葉綠素

{{百科小圖片|bkg1k.jpg|}}[[葉綠素]] 

chlorophyll 

光合作用膜中的綠色色素，它是光合作用中捕獲光的主要成分。　　
==簡(jiǎn)介==
一類與光合作用(photosynthesis)有關(guān)的最重要的色素。光合作用是通過合成一些有機(jī)化合物將光能轉(zhuǎn)變?yōu)榛瘜W(xué)能的過程。葉綠素實(shí)際上見于所有能營(yíng)光合作用的生物體，包括綠色植物、[[原核]]的[[藍(lán)綠藻]](藍(lán)菌)和真核的藻類。葉綠素從光中吸收能量，然后能量被用來將[[二氧化碳]]轉(zhuǎn)變?yōu)樘妓衔铩?

葉綠素有幾個(gè)不同的類型︰葉綠素a和b是主要的類型，見于[[高等植物]]及綠藻；葉綠素c和d見于各種藻類，常與葉綠素a并存；葉綠素c罕見，見於某些金藻；[[細(xì)菌]]葉綠素見于某些細(xì)菌。在綠色植物中，葉綠素見于稱為[[葉綠體]]的[[細(xì)胞器]]內(nèi)的膜狀盤形單位([[類囊體]])。葉綠素[[分子]]包含一個(gè)中央鎂原子，外圍一個(gè)含氮結(jié)構(gòu)，稱為[[卟啉]]環(huán)；一個(gè)很長(zhǎng)的碳-氫[[側(cè)鏈]](稱為[[葉綠醇]]鏈)連接於卟啉環(huán)上。葉綠素種類的不同是某些側(cè)基的微小變化造成。葉綠素在結(jié)構(gòu)上與血紅素極為相似，血紅素是見于哺乳動(dòng)物和其他[[脊椎動(dòng)物]]紅血球內(nèi)的色素，用以攜帶氧氣。

葉綠素是[[二氫卟酚]]（chlorin）色素，結(jié)構(gòu)上和卟啉（porphyrin）色素例如血紅素類似。在二氫卟酚環(huán)的中央有一個(gè)鎂原子。葉綠素有多個(gè)側(cè)鏈，通常包括一個(gè)長(zhǎng)的植基（phytyl chain）。以下是自然界中可以找到的幾種葉綠素：

<table><tr><td><br /></td><td align="" width="100">葉綠素a</td><td align="" width="100">葉綠素b</td><td align="" width="100">葉綠素c1</td><td align="" width="100">葉綠素c2</td><td align="" width="100">葉綠素d</td></tr><tr><td align="" width="1">分子式</td><td align="" width="1">C55H72O5N4Mg</td><td align="" width="1">C55H70O6N4Mg</td><td align="" width="1">C35H30O5N4Mg</td><td align="" width="1">C35H28O5N4Mg</td><td align="" width="1">C54H70O6N4Mg</td></tr><tr><td align="" width="1">C3 團(tuán)</td><td align="" width="1">-CH=CH2</td><td align="" width="1">-CH=CH2</td><td align="" width="1">-CH=CH2</td><td align="" width="1">-CH=CH2</td><td align="" width="1">-CHO</td></tr><tr><td align="" width="1">C7 團(tuán)</td><td align="" width="1">-CH3</td><td align="" width="1">-CHO</td><td align="" width="1">-CH3</td><td align="" width="1">-CH3</td><td align="" width="1">-CH3</td></tr><tr><td align="" width="1">C8 團(tuán)</td><td align="" width="1">-CH2CH3</td><td align="" width="1">-CH2CH3</td><td align="" width="1">-CH2CH3</td><td align="" width="1">-CH=CH2</td><td align="" width="1">-CH2CH3</td></tr><tr><td align="" width="1">C17 團(tuán)</td><td align="" width="1">-CH2CH2COO-Phytyl</td><td align="" width="1">-CH2CH2COO-Phytyl</td><td align="" width="1">-CH=CHCOOH</td><td align="" width="1">-CH=CHCOOH</td><td align="" width="1">-CH2CH2COO-Phytyl</td></tr><tr><td align="" width="1">C17-C18 鍵</td><td align="" width="1">單鍵</td><td align="" width="1">單鍵</td><td align="" width="1">雙鍵</td><td align="" width="1">雙鍵</td><td align="" width="1">單鍵</td></tr><tr><td align="" width="1">存在于</td><td align="" width="1">普遍存在</td><td align="" width="1">一般于[[陸生植物]]</td><td align="" width="1">多種藻類</td><td align="" width="1">多種藻類</td><td align="" width="1">一些[[紅藻]]</td></tr><tr><td align="" width="1">作用</td><td align="" width="1">1 天線作用 2 反應(yīng)中心</td><td align="" width="1">天線作用</td></tr></table>

{{百科小圖片|bkg1l.jpg|分子立體模型}}綠色植物是利用空氣中的二氧化碳、陽光、泥土中的水份及礦物質(zhì)來為自己制造食物，整個(gè)過程名為“光合作用”，而所需的陽光則被葉子內(nèi)的綠色元素吸收，這一種綠色的有機(jī)化合物就是<b>葉綠素</b>。

高等植物葉綠體中的葉綠素主要有葉綠素a 和葉綠素b 兩種（分子式： C40H70O5N4Mg）屬于合成天然低分子有機(jī)化合物。葉綠素不屬于芳香族[[化合物]]。它們不溶于水，而溶于有機(jī)溶劑，如[[乙醇]]、[[丙酮]]、[[乙醚]]、[[氯仿]]等。在顏色上，葉綠素a 呈藍(lán)綠色，而葉綠素b 呈黃綠色。在右圖所示的葉綠素的結(jié)構(gòu)圖中,可以看出,此分子含有3種類型的雙鍵,即碳碳雙鍵,碳氧雙鍵和碳氮雙鍵。按化學(xué)性質(zhì)來說，葉綠素是葉綠酸的酯，能發(fā)生[[皂化]]反應(yīng)。葉綠酸是雙[[羧酸]]，其中一個(gè)羧基被[[甲醇]]所酯化，另一個(gè)被葉醇所酯化。

葉綠素分子含有一個(gè)卟啉環(huán)的“[[頭部]]”和一個(gè)葉綠醇的“尾巴”。鎂原子居于卟啉環(huán)的中央，偏向于帶正電荷，與其相聯(lián)的氮原子則偏向于帶負(fù)電荷，因而卟啉具有極性，是親水的，可以與[[蛋白質(zhì)]]結(jié)合。葉醇是由四個(gè)[[異戊二烯]]單位組成的[[雙萜]]，是一個(gè)親脂的脂肪鏈，它決定了葉綠素的脂溶性。葉綠素不參與氫的傳遞或氫的[[氧化還原]]，而僅以[[電子傳遞]]（即電子得失引起的氧化還原）及[[共軛]]傳遞（直接能量傳遞）的方式參與能量的傳遞。

卟啉環(huán)中的鎂原子可被H＋、Cu2＋、Zn2＋所置換。用酸處理葉片，H＋易進(jìn)入葉綠體，置換鎂原子形成去鎂葉綠素，使葉片呈褐色。去鎂葉綠素易再與銅離子結(jié)合，形成銅代葉綠素，顏色比原來更穩(wěn)定。人們常根據(jù)這一原理用[[醋酸]]銅處理來保存綠色植物[[標(biāo)本]]。

葉綠素共有a、b、c和d4種。凡進(jìn)行光合作用時(shí)釋放氧氣的植物均含有葉綠素a；葉綠素b存在于高等植物、綠藻和[[眼蟲藻]]中；葉綠素c存在于硅藻、[[鞭毛藻]]和褐藻中，葉綠素d存在于紅藻。

葉綠素a的分子結(jié)構(gòu)由4個(gè)吡咯環(huán)通過4個(gè)甲烯基（=CH—）連接形成環(huán)狀結(jié)構(gòu)，稱為卟啉（環(huán)上有側(cè)鏈）。卟啉環(huán)中央結(jié)合著1個(gè)鎂原子，并有一環(huán)戊酮（Ⅴ），在環(huán)Ⅳ上的[[丙酸]]被葉綠醇（C20H39OH）酯化、皂化后形成鉀鹽具水溶性。在酸性環(huán)境中，卟啉環(huán)中的鎂可被H取代，稱為去鎂葉綠素，呈褐色，當(dāng)用銅或鋅取代H，其顏色又變?yōu)榫G色，此種色素穩(wěn)定，在光下不退色，也不為酸所破壞，浸制植物標(biāo)本的保存，就是利用此特性。在光合作用中，絕大部分葉綠素的作用是吸收及傳遞光能，僅極少數(shù)葉綠素a分子起轉(zhuǎn)換光能的作用。它們?cè)诨铙w中大概都是與蛋白質(zhì)結(jié)合在一起，存在于類囊體膜上。

葉綠醇是親脂的脂肪族鏈，由于它的存在而決定了葉綠素分子的脂溶性，使之溶于丙酮、[[酒精]]、乙醚等有機(jī)溶劑中。主要吸收紅光及藍(lán)紫光（在640-660nm的紅光部分和430-450nm的藍(lán)紫光強(qiáng)的吸收峰），因?yàn)槿~綠素基本上不吸收綠光使綠光透過而顯綠色，由于在結(jié)構(gòu)上的差別，葉綠素a呈藍(lán)綠色，b呈黃綠色。在光下易被氧化而退色。葉綠素是雙羧酸的酯，與堿發(fā)生皂化反應(yīng)。　　
==葉綠素對(duì)人體的作用==
造血功能。諾貝爾獎(jiǎng)得獎(jiǎng)人Dr.Richard Willstatter和Dr.Hans Fisher發(fā)現(xiàn)，葉綠素的分子與人體的紅血球分子在結(jié)構(gòu)上很是相似，唯一的分別就是各自的核心為鎂原子與鐵原子。因此，飲用葉綠素對(duì)產(chǎn)婦與因意外失血者會(huì)有很大的幫助。

幫助解除體內(nèi)[[殺蟲劑]]與藥物殘?jiān)[營(yíng)養(yǎng)學(xué)]]家Bernard Jensen博士指出，葉綠素能除去殺蟲劑與藥物殘?jiān)腫[毒素]]，并能與輻射性物質(zhì)結(jié)合而將之排出體外。此外，他也發(fā)現(xiàn)一般上健康的人會(huì)比病患者擁有較高的血球計(jì)數(shù)，但通過吸收大量的葉綠素之后，病患者的血球計(jì)數(shù)就會(huì)增加，健康狀況也會(huì)有所改善。

養(yǎng)顏美膚。新英國(guó)醫(yī)藥期刊曾經(jīng)做過這樣的報(bào)導(dǎo)：葉綠素有助于克制內(nèi)部[[感染]]與[[皮膚]]問題。美國(guó)[[外科]]雜志報(bào)導(dǎo)：Temple大學(xué)在1200名病人身上，嘗試以葉綠素醫(yī)治各種[[病癥]]，效果極佳。　　
==葉綠素在食品加工與儲(chǔ)藏中的變化==
① 酸和熱引起的變化

綠色[[蔬菜]]加工中的熱燙和殺菌是造成葉綠素?fù)p失的主要原因。在加熱下組織被破壞，細(xì)胞內(nèi)的有機(jī)酸成分不再區(qū)域化，加強(qiáng)了與葉綠素的接觸。更重要的是，又生成了新的有機(jī)酸，如[[乙酸]]、[[吡咯酮]]羧酸、草酸、[[蘋果]]酸、[[檸檬酸]]等。由于酸的作用，葉綠素發(fā)生脫鎂反應(yīng)生成[[脫鎂葉綠素]]，并進(jìn)一步生成焦脫鎂葉綠素，食品的顏色轉(zhuǎn)變?yōu)殚蠙炀G、甚至褐色。pH是決定脫鎂反應(yīng)速度的一個(gè)重要因素。在pH9.0時(shí)，葉綠素很耐熱；在pH3.0時(shí)，非常不穩(wěn)定。植物組織在加熱期間，其pH值大約會(huì)下降1，這對(duì)葉綠素的降解影響很大。提高罐藏蔬菜的pH是一種有用的護(hù)綠方法，加入適量鈣、鎂的氫氧化物或氧化物以提高熱燙液的pH，可防止生成脫鎂葉綠素，但會(huì)破壞植物的質(zhì)地、風(fēng)味和維生素C。

② 酶促變化

在植物[[衰老]]和儲(chǔ)藏過程中，酶能引起葉綠素的分解破壞。這種酶促變化可分為直接作用和間接作用兩類。直接以葉綠素為[[底物]]的只有[[葉綠素酶]]，[[催化]]葉綠素中[[植醇]]酯鍵水解而產(chǎn)生脫植醇葉綠素。脫鎂葉綠素也是它的底物，產(chǎn)物是水溶性的脫鎂脫植葉綠素，它是橄欖綠色的。葉綠素酶的最適溫度為60～82℃，100℃時(shí)完全[[失活]]。

起間接作用的有[[蛋白酶]]、[[酯酶]]、脂[[氧合酶]]、[[過氧化物酶]]、[[果膠]]酯酶等。蛋白酶和酯酶通過分解葉綠素蛋白質(zhì)復(fù)合體，使葉綠素失去保護(hù)而更易遭到破壞。脂氧合酶和過氧化物酶可催化相應(yīng)的底物氧化，其間產(chǎn)生的物質(zhì)會(huì)引起葉綠素的氧化分解。果膠酯酶的作用是將果膠水解為果膠酸，從而提高了質(zhì)子濃度，使葉綠素脫鎂而被破壞。

③ 光解

在活體綠色植物中，葉綠素既可發(fā)揮光合作用，又不會(huì)發(fā)生光分解。但在加工儲(chǔ)藏過程中，葉綠素經(jīng)常會(huì)受到光和氧氣作用，被光解為一系列小分子物質(zhì)而褪色。光解產(chǎn)物是[[乳酸]]、檸檬酸、[[琥珀酸]]、[[馬來酸]]以及少量[[丙氨酸]]。因此，正確選擇包裝材料和方法以及適當(dāng)使用[[抗氧化劑]]，以防止[[光氧化]]褪色。　　
==葉綠素參與全球碳循環(huán)==
日本發(fā)現(xiàn)葉綠素D可能影響全球碳循環(huán)。

東京2008年8月，日本一研究小組在新一期國(guó)《科學(xué)》雜志上報(bào)告說，一種能使光合作用在近紅外線照射下進(jìn)行的物質(zhì)——葉綠素D在地球海洋與湖泊中廣泛存在，這種葉綠素可能是地球上碳循環(huán)的驅(qū)動(dòng)力之一。 

此前的研究認(rèn)為，葉綠素D只存在于少數(shù)海洋藻類內(nèi)部，分布在海洋中很有限的海域，對(duì)地球碳循環(huán)的作用可以忽略不計(jì)。但日本海洋研究開發(fā)機(jī)構(gòu)和京都大學(xué)聯(lián)合進(jìn)行的新研究發(fā)現(xiàn)先前的結(jié)論有誤。 

這兩所機(jī)構(gòu)發(fā)表的新聞公報(bào)說，研究人員從北冰洋、日本的相模灣和琵琶湖、南極水域等水溫和鹽分濃度差異較大的9處水域采集水底堆積物，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，所有堆積物中都含有葉綠素D及其光合作用的產(chǎn)物。 

公報(bào)說，葉綠素D是吸收波長(zhǎng)700納米至750納米的近紅外線進(jìn)行光合作用的唯一色素，上述發(fā)現(xiàn)說明近紅外線在光合作用中得到了利用，而且可能對(duì)地球上的碳循環(huán)產(chǎn)生了影響。 

研究人員估計(jì)，若將全球范圍內(nèi)葉綠素D吸收的二氧化碳換算成碳，每年可能約有10億噸，相當(dāng)于大氣中平均每年二氧化碳增加量的約四分。

[[分類:營(yíng)養(yǎng)]][[分類:中草藥]][[分類:生物學(xué)]][[分類:色素]]
{{四吡咯}}