klorofil (kloro- + -fil) (biljno zelenilo), zeleni biljni pigment, naziv za nekoliko srodnih kemijskih spojeva iz skupine porfirina. Smješten je u kloroplastima, u svim zelenim dijelovima biljke, te je nužan u procesu fotosinteze. Glavna mu je zadaća apsorpcija svjetlosne energije i njezin prijenos na druge molekule. Sunčevu svjetlost apsorbira najviše u plavom i crvenom dijelu spektra, dok zelenu svjetlost odbija (zbog toga biljke imaju prevladavajuću zelenu boju). Energija koju klorofil apsorbira služi za pretvaranje ugljikova dioksida iz zraka i vode iz tla u glukozu, kojom se biljke koriste kao izvorom energije i građevnim materijalom (→ fotosinteza). Klorofil imaju sve zelene biljke, alge i neke fotosintetske bakterije. U biljaka postoje dva kemijski srodna oblika klorofila: tamnozeleni klorofil a i žutozeleni klorofil b, koji se međusobno razlikuju po tome što na drugome pirolskome prstenu klorofil a ima metilnu (–CH3), a klorofil b aldehidnu skupinu (–CHO). Alge imaju nekoliko po građi srodnih klorofila (npr. klorofil c kod smeđih alga i kremenjašica, a klorofil d kod crvenih).
Struktura
Molekula klorofila izgrađena je od četiri
pirolova prstena, međusobno povezana ugljikovim mostom, koji čine tetrapirolski porfirinski prsten sličan onomu u hemu
hemoglobina. U središtu toga prstena nalazi se ion magnezija, a na prstenu nekoliko različitih kemijskih skupina, npr. vinilna, metilna ili aldehidna, etilna, izociklični pentanonski prsten, te propionska kiselina, na koju se esterski veže alkohol fitol (→
terpeni), koji pridonosi dobroj topljivosti molekule u mastima i alkoholu.
Sposobnost apsorpcije plavog i crvenoga dijela spektra Sunčeve svjetlosti klorofilu daju dvostruke konjugirane veze između susjednih ugljikovih atoma u kojima se nalaze osobito gibljivi π elektroni. Oni ne pripadaju pojedinom atomu, već konjugiranomu sustavu kao cjelini. Za prijelaz u pobuđeno stanje (π → π*) takvu je elektronu dovoljan kvant ili foton vidljive svjetlosti. Specifična prstenasta struktura klorofila omogućuje da π elektroni osciliraju u prstenastom sustavu, a mogu i cirkulirati. Molekule klorofila mogu apsorbiranu svjetlosnu energiju prenositi na druge molekule i preuzeti je od njih, npr. kod crvenih i smeđih alga te cijanobakterija drugi pomoćni biljni pigmenti (fikoeritrin, fukoksantin, fikocijanin) apsorbiranu energiju zelenoga dijela spektra predaju klorofilu a, najvažnijemu pigmentu fotosinteze.
Klorofili a i b poredani su u tilakoidnim membranama kloroplasta u tzv. fotosustave, na čijem se rubu nalaze karotenoidi, koji dio primljene energije prenose na klorofile b i a, dio viška energije s pobuđenoga klorofila preuzimaju i oslobađaju kao toplinu, a uz to zaštićuju klorofile od oksidativne fotodestrukcije koju uzrokuju prisutni superoksidni radikali.
Alkoholni ekstrakt klorofila u prolaznom je svjetlu zelene boje, a u upadnome fluorescira crveno. U alkoholnom ekstraktu listova obično se osim klorofila a i b nalaze i karotenoidi. Mućkanjem alkoholne otopine biljnog ekstrakta s benzenom mogu se odvojiti klorofili a, b i karoten od ksantofila. Daljnjom obradbom s alkoholnom otopinom natrijeve lužine odvoji se alkohol fitol od klorofilidnoga dijela molekule, koji postane topljiv u alkoholnom sloju, a u benzenskom sloju zaostane žutonarančasti karoten.
Najvažnija otkrića
Klorofil su prvi put (1817) izolirali Joseph Bienaimé Caventou i
Pierre Joseph Pelletier.
Julius Sachs utvrdio je (1883) da se fotosintetski pigment nalazi u kloroplastima, te da se fotosintezom na svjetlosti stvaraju ugljikohidrati. Klorofile
a i
b izolirao je i pročistio
Richard Willstätter, koji je otkrio kemijsku strukturu klorofila, dokazavši (1906) da je sastavljen od dvaju vrlo sličnih spojeva, te identificiravši magnezij kao središnji atom u njegovoj strukturi.
Hans Fischer, koji je otkrio kemijsku strukturu hemoglobina, zapazio je da je ona u jednom svom dijelu slična strukturi klorofila, dok je
Robert Burns Woodward izvršio sintezu prirodnih spojeva, među ostalima i molekule klorofila.
Uporaba
Klorofil se koristi za bojenje ulja, masti i voskova, te kao senzibilizator za fotografiju u boji. Dobiva se ekstrakcijom iz prirodnih izvora: jestivoga biljnog materijala,
trava,
lucerne i
koprive. Tijekom naknadnog odstranjivanja otapala, prirodno prisutan koordinirani magnezij može se u potpunosti ili djelomično ukloniti iz klorofila kako bi se dobio feofitin, molekula slična klorofilu, u čijem se središtu umjesto iona magnezija nalaze dva atoma vodika; njegova boja je maslinastosmeđa. Lipofilni oblik klorofila prelazi u hidrofilni s pomoću enzima klorofilaze koji
katalizira odvajanje alkohola
fitola iz klorofila ili feofitina, čime nastaju klorofilid (molekula slična klorofilu koja sadržava metalni ion, ali ne i fitolni ester) i žutosmeđi feoforbid (molekula slična klorofilu koja ne sadržava ni metalni ion ni fitolni ester; klorofilid bez metalnog iona).
Klorofil je poznat po svojim antioksidacijskim svojstvima. U hrani se primarno nalazi u obliku lipofilnih derivata, uključujući klorofil a i b (svježe voće i povrće), feofitin i pirofeofitin koji nemaju metalni ion (termički obrađeno voće i povrće), dok su vodotopljivi derivati klorofila klorofilid i feoforbid. Koristi se u prehrambenoj industriji kao prirodno bojilo za hranu, odnosno prehrambeni aditiv (često označen kao E 140 ili E 141 na natpisima proizvoda). Klorofilin je smjesa različitih oblika klorofila, koja nastaje saponifikacijom klorofila, odnosno feoforbida. Alkalijske soli klorofilina (E 140) dobivaju se saponifikacijom ekstrakata iz prirodnih izvora, pri čem se metilni i fitolni esteri hidroliziraju te se može parcijalno pocijepati ciklopentenilni prsten. Kiselinske skupine neutraliziraju se kako bi nastale kalijeve i/ili natrijeve soli. Bakrovi kompleksi klorofila (bakar-klorofili, odnosno prehrambeni aditiv E 141) dobivaju se dodatkom bakrove soli tvari dobivenoj ekstrakcijom iz prirodnih izvora. Natrijeve ili kalijeve soli bakrovih kompleksa klorofilina (natrijev bakar-klorofilin ili kalijev bakar-klorofilin) alkalijske su soli klorofilina što se dobivaju dodatkom bakra produktima nastalima saponifikacijom ekstrakata iz prirodnih izvora. Bakrovi kompleksi klorofila i klorofilina ne preporučuju se osobama s tzv. Wilsonovom bolešću, genetičkim poremećajem zbog kojega se u organizmu nakuplja višak bakra.
