Clorofila é o nome de um grupo de pigmentos verdes que permite que plantas, algas e cianobactérias aproveitem a energia da luz na fotossíntese. Nas plantas e nas algas, ela se concentra nos cloroplastos e dá a folhas e outros tecidos grande parte de sua cor verde.
As clorofilas absorvem principalmente luz azul e vermelha e absorvem menos luz verde. Existem diferentes formas, entre elas as clorofilas a, b, c, d e f. A clorofila a é o principal pigmento dos centros de reação na fotossíntese oxigênica. Outras formas ampliam as faixas do espectro aproveitadas na captação de luz e, em certos organismos, as clorofilas d e f também ocupam posições específicas nos fotossistemas.
Nos fotossistemas, moléculas de clorofila captam energia luminosa e a encaminham para centros de reação, onde a separação de cargas inicia o fluxo de elétrons. Na fotossíntese oxigênica, esse fluxo ajuda a formar ATP e NADPH, que fornecem energia química e poder redutor para a assimilação de dióxido de carbono. A oxidação da água repõe elétrons no fotossistema II e libera O2.
A clorofila também pode ser extraída e medida em laboratório, estimada diretamente em folhas por métodos ópticos e detectada a distância por sensores e satélites. Clorofilas e derivados também são usados como corantes alimentares. A degradação desses pigmentos participa da perda da cor verde durante a senescência de folhas e o amadurecimento de alguns frutos, enquanto medições oceânicas de clorofila são usadas para acompanhar a distribuição do fitoplâncton.
História miniatura|esquerda|upright=0.75|alt=Retrato em preto e branco de Mikhail Tsvet.|Ao separar pigmentos vegetais em estudos da clorofila, Mikhail Tswett empregou em 1906 o termo "cromatografia" para o método que usava. Em 1817, Joseph Bienaimé Caventou e Pierre Joseph Pelletier isolaramEm química, isolar uma substância significa separá-la de uma mistura em quantidade e pureza suficientes para estudá-la. o pigmento e lhe deram o nome de clorofila.Ver: . Na p. 490, os autores propõem um novo nome para a clorofila: "Nous n'avons aucun droit pour nommer une substance connue depuis long-temps, et à l'histoire de laquelle nous n'avons ajouté que quelques faits; cependant nous proposerons, sans y mettre aucune importance, le nom de chlorophyle, de chloros, couleur, et φύλλον, feuille : ce nom indiquerait le rôle qu'elle joue dans la nature." Em tradução: "Não temos nenhum direito de dar nome a uma substância conhecida há muito tempo e cuja história só acrescentamos alguns fatos. Ainda assim, proporemos, sem atribuir importância a isso, o nome clorofila, de chloros, cor, e φύλλον, folha: esse nome indicaria o papel que ela desempenha na natureza." O termo combina as palavras gregas χλωρός, khloros, "verde-pálido", e φύλλον, phyllon, "folha". Em 1906, a presença de magnésio na clorofila foi demonstrada.
No mesmo ano, Mikhail Semenovich Tswett separou pigmentos vegetais por cromatografia de adsorção enquanto estudava a clorofila e chamou o método de "cromatografia".
Os estudos de Richard Willstätter sobre pigmentos vegetais, em especial a clorofila, renderam-lhe o Prêmio Nobel de Química de 1915. Em 1940, Hans Fischer e H. Wenderoth propuseram a estrutura bruta correta da clorofila a, trabalho citado na elucidação estereoquímica posterior da molécula.
Robert Burns Woodward e seus colaboradores publicaram em 1960 a síntese total da clorofila. Ian Fleming completou em 1967 a atribuição da configuração absoluta da molécula, e Woodward e seus coautores publicaram em 1990 o relato experimental completo da síntese.
A clorofila f foi anunciada em 2010 após ser isolada de cultivos obtidos de estromatólitos de Shark Bay, na Austrália Ocidental, mantidos sob luz no infravermelho próximo. A cultura mais purificada continha uma cianobactéria filamentosa. Espectros de ressonância magnética nuclear, ópticos e de massa permitiram determinar sua fórmula molecular, C55H70O6N4Mg, e a estrutura de 2-formil-clorofila a.O nome "2-formil" indica que um grupo químico formila, −CHO, ocupa a posição 2 da molécula.
Estrutura e propriedades Estrutura molecular miniatura|direita|upright=0.85|alt=Modelo tridimensional da molécula de clorofila a, com o magnésio no centro do anel e uma longa cadeia lateral.|Na clorofila a, o magnésio fica no centro da molécula, e a longa cadeia fitila ajuda o pigmento a permanecer associado à membrana do tilacoide. As diferentes clorofilas formam uma família de pigmentos fotossintéticos relacionados e compartilham um macrociclo tetrapirrólicoUm macrociclo é um grande anel de átomos. "Tetrapirrólico" indica que esse anel é construído a partir de quatro unidades do tipo pirrol. com um quinto anel isocíclico.Nesse uso, "isocíclico" se refere ao quinto anel que faz parte do próprio sistema de anéis da clorofila, em vez de ser apenas uma cadeia lateral. Nas clorofilas a, b, d e f, esse macrociclo é do tipo clorina, reduzido em relação às porfirinas. As clorofilas c mantêm a ligação C17–C18 dupla, característica do tipo porfirina.
No centro da molécula, quatro átomos de nitrogênio formam o chamado centro N4,N4 é uma forma curta de dizer que quatro átomos de nitrogênio apontam para o centro do anel e podem coordenar um metal. que na maioria das clorofilas liga um átomo de magnésio, enquanto os hemes ligam ferro. Os ligantes axiais associados ao Mg2+ costumam ser omitidos dos diagramas para deixá-los mais fáceis de ler. Ao redor desse núcleo ficam cadeias laterais,Cadeias laterais são grupos ligados ao núcleo principal de uma molécula. Mudanças nessas partes podem alterar suas propriedades sem trocar todo o esqueleto químico. entre elas a longa cadeia fitila, derivada do fitol, presente nas clorofilas a, b, d e f. Como essa cadeia é hidrofóbica,Uma parte hidrofóbica interage pouco com a água e tende a se associar a regiões menos aquosas, como o interior das membranas celulares. ela favorece a ancoragem do pigmento à membrana do tilacoide.
Nas plantas terrestres, a clorofila a é a forma mais distribuída e difere da clorofila b porque tem um grupo metila onde a outra molécula tem um grupo formila. Essa pequena mudança altera o espectro de absorçãoUm espectro de absorção mostra quais comprimentos de onda uma substância absorve com maior ou menor intensidade. e, quando as duas formas estão presentes, amplia a porção da luz visível que a planta consegue absorver.
Formas e ocorrência miniatura|esquerda|upright=1.05|alt=Fórmula estrutural plana da clorofila d, com o átomo de magnésio no centro.|Pequenas mudanças nos grupos laterais distinguem as formas de clorofila. Na clorofila d, essas diferenças deslocam a absorção para comprimentos de onda mais longos que os da clorofila a. Entre os organismos que realizam fotossíntese oxigênica, a clorofila a é a forma predominante nos centros de reação.O centro de reação é a pequena região do fotossistema onde a energia captada pela luz inicia uma transferência de elétrons. A clorofila b acompanha a clorofila a em plantas e algas verdes, enquanto as clorofilas c ocorrem em grupos de algas. As clorofilas d e f, deslocadas para comprimentos de onda mais longos, aparecem em certas cianobactérias. As bacterioclorofilas são moléculas aparentadas encontradas em bactérias fototróficas e participam da fotossíntese anoxigênica.
As tabelas abaixo comparam as fórmulas, os grupos laterais, o tipo de ligação C17−C18 e a ocorrência das principais formas de clorofila.
Forma Fórmula molecular Ocorrência Clorofila a C55H72MgN4O5 Fotossíntese oxigênica Clorofila b C55H70MgN4O6 Plantas e algas verdes Clorofila c1 C35H30MgN4O5 Diferentes algas Clorofila c2 C35H28MgN4O5 Diferentes algas Clorofila c3 C36H28MgN4O7 Emiliania huxleyi Clorofila d C54H70MgN4O6 Cianobactérias Clorofila f C55H70MgN4O6 Cianobactérias
Forma Grupo C2 Grupo C3 Grupo C7 Clorofila a −CH3 −CH=CH2 −CH3 Clorofila b −CH3 −CH=CH2 −CHO Clorofila c1 −CH3 −CH=CH2 −CH3 Clorofila c2 −CH3 −CH=CH2 −CH3 Clorofila c3 −CH3 −CH=CH2 −COOCH3 Clorofila d −CH3 −CHO −CH3 Clorofila f −CHO −CH=CH2 −CH3
Forma Grupo C8 Grupo C17 Ligação C17−C18 Clorofila a −CH2CH3 −CH2CH2COO−fitila Simples(clorina) Clorofila b −CH2CH3 −CH2CH2COO−fitila Simples(clorina) Clorofila c1 −CH2CH3 −CH=CHCOOH Dupla(porfirina) Clorofila c2 −CH=CH2 −CH=CHCOOH Dupla(porfirina) Clorofila c3 −CH=CH2 −CH=CHCOOH Dupla(porfirina) Clorofila d −CH2CH3 −CH2CH2COO−fitila Simples(clorina) Clorofila f −CH2CH3 −CH2CH2COO−fitila Simples(clorina)
O nome clorofila e foi aplicado a um pigmento detectado em amostras naturais na década de 1940, mas sua estrutura molecular nunca foi determinada. O pigmento ainda não foi confirmado como fotossinteticamente ativo e pode ser um artefato derivado da clorofila a. As cadeias laterais também podem variar dentro de uma mesma forma. Prochlorococcus, por exemplo, contém as formas divinílicas clorofila a2 e clorofila b2.Nessas formas, um grupo vinila ocupa a posição 8 da molécula, em lugar do grupo etila presente nas formas monovinílicas correspondentes.
Propriedades ópticas miniatura|direita|upright=1.0|alt=Diagrama de uma folha com luz azul, verde e vermelha, mostrando maior absorção do azul e do vermelho e menor absorção do verde.|A clorofila absorve com mais intensidade nas regiões azul e vermelha. Como a região verde é menos absorvida, tecidos ricos no pigmento tendem a parecer verdes. miniatura|esquerda|upright=1.0|alt=Gráfico com curvas de absorbância das clorofilas a e b ao longo do espectro visível.|Os picos de absorção das clorofilas a e b não coincidem. Em conjunto, os dois pigmentos absorvem luz em partes diferentes do espectro visível.
Como as clorofilas a e b absorvem pouco na região verde e com mais intensidade no azul e no vermelho, a luz que não é absorvida pode atravessar ou ser espalhada pelo tecido, contribuindo para a aparência verde das folhas. A reflexão difusa vem sobretudo da estrutura do tecido, não de uma propriedade de a clorofila "refletir verde". A posição exata dos máximos de absorçãoUm máximo de absorção é o ponto do espectro em que o pigmento absorve luz com mais força. muda conforme a forma da clorofila, o solvente e o ambiente molecular. Em éter dietílico, os máximos de absorção ficam aproximadamente em 430 e 661 nm para a clorofila a, e 453 e 642 nm para a clorofila b.Um nanômetro, abreviado nm, é um bilionésimo de metro.
miniatura|direita|upright=0.9|alt=Duas amostras de solução de clorofila, uma verde sob luz branca e outra com emissão vermelha sob luz ultravioleta.|Parte da energia absorvida pela clorofila pode voltar a ser emitida como luz vermelha. Essa fluorescência também pode ser medida para acompanhar o funcionamento do aparato fotossintético. Quando uma molécula de clorofila absorve luz, parte dessa energia pode voltar a ser emitida como fluorescência. O espectro depende do meio e da organização dos pigmentos. Em folhas intactas, aparecem em geral uma banda perto de 685 nm e outra perto de 735 nm, e a banda de menor comprimento de onda é mais afetada pela reabsorção da luz no tecido.
Derivados miniatura|esquerda|upright=1.05|alt=Fórmula estrutural da feofitina a, semelhante à clorofila mas sem magnésio central.|Na feofitina, o magnésio central da clorofila é substituído por dois átomos de hidrogênio, uma das transformações químicas que geram derivados do pigmento. Mudar algumas partes da molécula produz derivados com propriedades diferentes. Se o magnésio central for substituído por dois átomos de hidrogênio, a clorofila se transforma em feofitina. Se a cadeia fitila for removida, forma-se clorofilida, e a molécula sem magnésio e sem a cadeia fitila recebe o nome de feoforbídeo. As clorofilinas são derivados mais polaresEm química, uma molécula mais polar costuma interagir melhor com substâncias polares, entre elas a água. obtidos por saponificação de clorofilas ou de derivados relacionados.
Função na fotossíntese Captação de luz e transferência de energia