مقدمه :
رنگ سبز گیاهان ، رنگ برخی از جلبکها و باکتریها (قهوه‌ای ، قرمز و بنفش) به نوع واکنشهای فتوسنتزی آنها وابسته است. رنگدانه‌های مسئول این رنگها در این موجودات عامل اصلی جذب انرژی نور خورشیدند. مهمترین این رنگدانه‌ها در فتوسنتز سبزینه (کلرفیل) موجود در گیاهان سبز است. کلروفیل در واقع پورفیرینهای منیزیم است که ساختارشان با پورفیرینهای آهن‌دار تفاوت دارد. این ساختار شامل دو بخش است: یک بخش سر که همان پورفیرین منیزیم‌دار است و یک بخش دم که از زنجیره هیدروکربنی آب‌گریز ساخته شده است. این زنجیره فیتول نیز نامیده می‌شود.
در گیاهان ، انواع مختلف کلروفیل وجود دارد که بر حسب ساختارشان به نام کلروفیلهای a ، b ، c و غیره نامگذاری شده‌اند. در گیاهان عالی معمولا دو نوع کلروفیل a و b وجود دارد که ساختار مشابهی دارند و تفاوتشان در گروه R آنهاست. اگر R یک گروه متیل (CH3) باشد، کلروفیل از نوع a و اگر عامل فرمیل (CHO) باشد کلروفیل از نوع b است هر دو کلروفیل a و b نور مرئی را در طول موج مشخصی بین 700 - 400 نانومتر جذب می‌کنند.
انواع کلروفیل در گیاهان
تمام گیاهان فتوسنتز کننده دارای کلروفیل a هستند ولی وجود کلروفیلهای کمکی (فرعی) مثل b ، c و d بستگی به نوع گیاه دارد. مثلا در گیاهان عالی معمولا کلروفیل b دیده می‌شود. در حالی که در جلبکهای سبز- آبی و قهوه‌ای و سرخ این کلروفیل وجود ندارد. رنگیزه‌های کلروفیل موجود در باکتریهای فتوسنتز کننده را باکتریو کلروفیل می‌نامند و دو نوع a و b از آن یافت می‌شود.
نسبت انواع کلروفیلها در گیاهان
در بیشتر گیاهان نسبت کلروفیل a به کلروفیل b بر حسب شدت نور که بر گیاه می‌تابد تغییر می‌کند. مثلا میانگین این نسبت در گیاهان آلپی (گیاهان گروههای آلپ) که در معرض نور شدید هستند حدود 5/5 است در صورتی که در گیاهان سایه پسند و گریزان از نور این نسبت 3/2 است.
طیف جذبی کلروفیلها
اگر نور تک رنگی به طول موجهای مختلف حاصل از منشوری را روی برگ سبزی بتابانیم و شدت فتوسنتز را در طول موجهای مختلف اندازه بگیریم، معلوم می‌شود که تاثیر نور آبی (با طول موجی نزدیک به 420 نانومتر) و نور سرخ (با طول موجی نزدیک به 680 - 670 نانومتر) به حد بیشینه بوده و تاثیر نور سبز با ( طول موجی حدود 600 - 500 نانومتر) به حد کمینه است. این طیف کنشی در رابطه با طول موج در مورد کلروفیل که رنگیزه عمده کلروپلاست در گیاهان است ظاهرا با خواص جذبی یا ، به عبارت بهتر طیف جذبی نور ارتباط دارد.
زیرا کلروفیل وقتی از برگ استخراج می‌شود دقیقا همان طول موجهایی را که به بیشترین وجه در فتوسنتز موثرند به مقدار زیاد جذب می‌کند. از مقایسه طیف جذبی رنگیزه‌های کلروفیل با طیف کنشی آن معلوم می‌شود که کلروفیلهای a و b و کارتنوئیدها در جذب نور برای فتوسنتز دخالت دارند. بعضی از این رنگیزه‌ها تنها نقش گیرنده انرژی نوری را ایفا می‌کنند و بطور غیر مستقیم با انتقال انرژی خود به رنگیزه‌های اصلی که مستقیما در تبدیل انرژی نوری به انرژی شیمیایی عمل می‌کنند نقش کمکی دارند.
طیف کنشی
طیف کنشی عبارتست از دامنه عمل رنگیزه مسئول واکنش نور شیمیایی که با اندازه‌گیری سرعت واکنش نور شیمیایی و در طول موجهای متفاوت و رسم منحنی آن بدست می‌آید.
رابطه بین طیف جذبی کلروفیلها با ترکیب شیمیایی آنها
محلول خالص کلروفیل a آبی مایل به سبز و محلول کلروفیل b سبز متمایل به زرد است. طیف جذبی کلروفیل a با b تفاوت دارد و بر حسب نوع پروتئینی که با آنها ترکیب شده است تغییر می‌کند. طیف جذبی باکتریو کلروفیل نیز دارای دو نقطه بیشینه جذب یکی از ناحیه نور آبی و دیگری در فرو سرخ است که اوج جذبی اخیر بر حسب نوع پروتئینی که به آن متصل است بین 800 تا 890 نانومتر تغییر می‌کند.
ساختار شیمیایی کلروفیل
ساختار شیمیایی کلروفیل به این ترتیب است که در مرکز مولکول کلروفیل یک اتم منیزیم قرار دارد که به چهار شبکه کربنی موسوم به چهار حلقه پیرولی متصل است و قسمت حلقوی (پورفیرین) مولکول یا سر آن را تشکیل می‌دهد. در محل کربن شماره 7 این هسته پورفیرینی یک زنجیره بلند کربنی به نام زنجیر فیتولی اتصال دارد که قسمت دم مولکول را می‌سازد هسته چهار پیرولی یا سر مولکول کلروفیل قطب آب دوست و زنجیر فیتولی یا دم کلروفیل قطب آب گریز (یا چربی دوست) آن را تشکیل می‌دهد و به همین جهت کلروفیل و مولکولهای نظیر آن را ترکیبات دوپسند می‌نامند.
تفات ساختاری کلروفیل a با کلروفیل b
تفاوت ساختاری کلروفیل a با کلروفیل b در سومین کربن آنهاست. در کلروفیل a یک گروه متیل (CH3) به کربن شماره 3 متصل است در حالی که در کلروفیل b یک گروه آلدئیدی (O=HC) به این کربن چسبیده است.
جایگاه کلروفیلها
کلروفیلها و کارتنوئیدها تقریبا همیشه در قسمت تیغه‌ای (لاملی) کلروپلاست وجود دارند. زیرا تیغه‌ها که نیمی از آنها پروتئین و نیمی دیگر لیپید است محل مناسبی جهت اتصال مولکولهای دوپسند کلروفیل است. دم چربی دوست کلروفیل جذب بخش لیپیدی شده و سر آبدوست آن با بخش پروتئینی تیغه‌ها پیوندهای ضعیف تشکیل می‌دهد و همین امر موجب می‌شود که مولکولهای کلروفیل با نظمی خاص در داخل لاملها به ردیف درآیند.
رنگیزه‌های نوری در گیاهان
فتوسنتز پدیده‌ای است که در گیاهان سبز و جلبکهای سبز- آبی رخ می‌دهد. رنگ سبز این گیاهان به نوع واکنشهای فتوسنتزی آنها وابسته است. رنگدانه‌های مسئول این رنگها در این موجودات عامل اصلی جذب انرژی نوری خورشیدند. از مهمترین رنگدانه‌ها در فتوسنتز ، سبزینه موجود در گیاهان سبز است. در گیاهان انواع مختلف کلروفیل وجود دارد که بر حسب ساختارشان به نام کلروفیلهای c , b , a و غیره نامگذاری شده‌اند.
کاروتنوئیدها با رنگهای قرمز ، زرد و بنفش و فیکوبیلینها با رنگهای آبی و قرمز دو دسته مهم دیگر از رنگدانه‌های فتوسنتزی هستند. دو نوع کاروتنوئید در کلروپلاستها وجود دارد. کاروتنها پیش‌ساز ویتامین A در جانوران‌اند و گزانتوفیل. هر دو ساختار هیدروکربنی با پیوندهای مضاعف دارند. در فتوسنتز اکثرا انرژی خورشیدی جذب شده و بوسیله کاروتنوئیدها (در طول موج 470 تا 520 نانومتر) به کلروفیل انتقال داده می‌شود. همین رنگدانه‌ها اساس ساختار فتوسیستمهای II , I را تشکیل می‌دهند.
کلروفیل ها
کلروفیلها رنگیزه‌های سبز و فعال فتوسنتزی موجود در کلروپلاست‌اند که به انواع متنوع c , b , a , e , d شناخته شده‌اند. تمام گیاهان فتوسنتز کننده دارای کلروفیل a هستند ولی وجود کلروفیل کمکی مثل d , c ,b بستگی به نوع گیاه دارد. در بعضی جلبکها کلروفیل b وجود ندارد و به عوض آن کلروفیل c یا d دیده می‌شود. کلروفیل a به رنگ آبی مایل به سبز و محلول خالص کلروفیل b به رنگ سبز متمایل به زرد است. طیف جذبی کلروفیل a با b تفاوت دارد و بر حسب نوع پروتئینی که با آنها ترکیب شده فرق می‌کند.
ساختار شیمیایی کلروفیل
ساختمان کلروفیل با بخش آهن‌دار هموگلوبین خون جانوران شباهت دارد. ساختار شیمیایی کلروفیل به این ترتیب است که در مرکز مولکول کلروفیل یک اتم منیزیم قرار دارد که به چهار شبکه کربنی موسوم به چهار حلقه پیرولی متصل است و قسمت حلقوی (پورفیرین) سر مولکول آن را تشکیل می‌دهد. در محل کربن شماره 7 این هسته پورفیرینی یک زنجیره بلند کربنی بنام زنجیر فیتولی اتصال دارد که قسمت دوم مولکول را می‌سازد. هسته چهار پیرولی یا سر مولکول کلروفیل قطب آبدوست و زنجیر فیتولی یا دم کلروفیل قطب آب گریز (یا چربی دوست) آن را تشکیل می‌دهد و به همین جهت کلروفیل و مولکولهای نظیر آن را ترکیبات دوپسند می‌نامند.
کاروتنوئیدها
کاروتنوئیدها ترکیباتی لیپیدی هستند که به مقدار زیاد در جانوران و گیاهان به رنگ نارنجی تا ارغوانی یافت می‌شوند.
کاروتن
نخستین ترکیبات کاروتنوئیدی که توسط واکنرود (در سال 1831) شناخته شد و از ریشه هویچ استخراج گردید، بتا β کاروتن است. β کاروتن وقتی به دو نیمه مساوی تقسیم شود دو مولکول ویتامین A می‌سازد که ویتامین A پس از اکسایش به رتینال یا رنگیزه گیرنده نور در چشم انسان تبدیل می‌گردد. الکترونهای رتینال موجود در یاخته‌های گیرنده شبکیه چشم با جذب فوتونهای نور برانگیخته شده تغییراتی را در غشای یاخته‌ها بوجود می‌آورد و منجر به تحریک گیرنده‌های عصبی می‌شود. رتینال فوتونهایی را که انرژی متوسطی دارند و طول موج آنها بین 400 تا 700 نانومتر یعنی همان طیف نور مرئی است جذب می‌کنند.
گزانتوفیلها
کاروتنوئیدها از کربن و هیدروژن تشکیل شده‌اند. کاروتنوئیدها علاوه بر کربن و هیدروژن ، اکسیژن نیز دارند (فرم اکسید شده کاروتنوئیها) گزانتوفیل خوانده می‌شوند که خیلی بیش از کاروتنها و به میزان 2 برابر آنها در گیاهان یافت می‌شوند.
ساختار شیمیایی کاروتنوئیدها
هر مولکول کاروتنوئید یک زنجیره بلند هیدروکربنی اشباع نشده شامل دو نیمه یا دو قسمت است که توسط یک پیوند مضاعف بهم متصلند. هر نیمه مولکول از چهار واحد ایزوپرین تشکیل شده است. β (بتا) کاروتن دو حلقه آنیونی β یکسان در دوانتهای زنجیره هیدروکربنی دارد. در حالی که α کاروتن یک حلقه آنیونی α و یک حلقه آنیونی β (بتا) دارد.
اهمیت کاروتنوئیدها
علاوه بر نقش فیزیولوژی کاروتنوئیدها در ارتباط با ویتامین A وتاثیر آن در قوه بینایی جانوران ، امروزه اهمیت آنها در گیاهان روشن شده است. این رنگیزه‌ها در خارج از ماده زنده دارای فلوئورسانس نیستند ولی باعث ایجاد این پدیده در کلروفیل a می‌شوند. از این رو طول موجهایی از نور را که کلروفیل a قادر به جذب آنها نیست جذب نموده و به آن منتقل می‌سازند. از طرف دیگر بعضی از پژوهشگران معتقدند که کاروتنوئیدها طول موجهایی از نور را که باعث اکسایش نوری کلروفیل می‌شوند جذب می‌کنند و بدین ترتیب کلروفیل را محافظت می‌نمایند.
فیکواریترینها و فیکوسیانینها
فیکواریترینها و فیکوسیانینها از دیگر رنگیزه‌های کمکی هستند که به دسته‌ای از پروتئینهای مرکب به نام بیلی‌پروتئینها تعلق دارند.گروه پروستتیک این بیلی پروتئینها ، فیکوبیلین خوانده می‌شود که قویا به قسمت پروتئینی متصل است. این بخش در حلالهای آلی ، نظیر کلروفرم حل می‌شود. از این رو مطالعه آن بطور مجزا و خالص دشوار است. فیکواریترینها به رنگ سرخ در جلبکهای سرخ و فیکوسیانینها به رنگ آبی در جلبکهای آبی همراه با رنگیزه‌های کلروفیل و کاروتنوئید به انتقال انرژی به کلروفیل α کمک می‌کنند.
ساختار شیمیایی
این رنگیزه‌ها نیز مثل کلروفیلها از چهار حلقه پیرولی تشکیل شده‌اند. اما چهار حلقه پیرول بطور زنجیره‌ای بهم متصل‌اند. از این گذشته فیتول و منیزیم ندارند. این رنگیزه‌ها در یاخته‌ها به پروتئین متصل‌اند. هر دو نوع فیکوبیلین فوق در جذب نور و فتوسنتز موثرند. فیکواریترین بویژه نور سبز را در جهت انجام فتوسنتز جذب می‌کند و بهمین علت نیز جلبکهای سرخ می‌توانند در ژرفای آبها زندگی کنند. زیرا نور سبز کمتر جذب مولکولهای آب می‌شوند و در نتیجه بیشتر نفوذ می‌کند.
استخراج رنگهای طبیعی از اندامهای گیاهی
قبل از تهیه رنگها به طریق مصنوعی ( Synthetic )، برای مصارف خوراکی ، داروئی و صنعتی ، از رنگهای طبیعی استفاده می شد ، لیکن با تهیه رنگهای مصنوعی ، استفاده از رنگهای طبیعی رو به کاهش رفت. از طرفی به مرور زمان مشخص گردید که رنگهای مصنوعی برای تغذیه انسان خالی از خطر نیست. لذا توجه به رنگهای طبیعی مورد توجه مجدد قرار گرفته است.
در حال حاضر، در خراسان ، به منظور رنگ آمیزی پشم و ابریشم در صنعت قالی بافی از رنگهای مختلفی که در ریشه ، ساقه ، برگ ، گل و میوه گیاهان مختلف به شرح زیر وجود دارد ، استفاده می کنند :
از ریشه روناس ( Madder ) با نام علمی ( Rubia tinctorium ( رنگ قرمز مخملی استخراج می گردد.
از غده ریشه زرد چوبه ( Turmeric ) با نام علمی ( Curcuma longa ) در صنعت ، رنگ قرمز ، نارنجی یا قهوه ای مایل به قرمز و در طبخ غذا ، رنگ زرد بدست می آید.
از برگ نیل ( Indigo ) با نام علمی ( Indigofera tinctorial ) رنگ آبی سیر استخراج می گردد. برگها دارای یک گلیکوزید بی رنگ قابل حل در آب می باشند که در آب اکسید شده و رنگ آبی غیر قابل حل در آب را تولید می کند.
از برگ انگور ( Grape ) با نام علمی (Vitis Vinifera ) رنگ سبز پسته ای و زرد استخراج می گردد.
از برگهای سایر درختان نیز می توان کلروفیل استخراج نمود و از آن برای رنگ آمیزی غذاها ، سوپ ، داروها و موادصنعتی استفاده نمود. ارزش کلروفیل به بی ضرری کامل آن است. کلروفیل در نقش بو زدا نیز می تواند مورد استفاده قرار گیرد.
از برگ و ساقه های جوان حنا ( Henna ) با نام علمی ( Lawsonia inermis ) رنگ نارنجی بدست می آید که در رنگ کردن مو ، انگشتان و پارچه از آن استفاده می شود.
از پوست سبز میوه گردو ( ( Walnutبا نام علمی ( Juglans regia ) که از درختان بومی ایران است ، رنگ قهوه ای سیر استخراج می گردد.
از پوست قرمز انار ( Pomegranate ) با نام علمی (Punica granatum ) که از درختان بومی ایران است ، همراه با اجزاء گیاهان دیگر ، رنگهای مختلفی بدست می آید.
فرمت این مقاله به صورت Word و با قابلیت ویرایش میباشد
تعداد صفحات این مقاله 18 صفحه
پس از پرداخت ، میتوانید مقاله را به صورت انلاین دانلود کنید
دانلود مقاله استخراج کلروفیل ها (رنگینه) از برگ
نویسند‌گان: محسن قاسمی ، امین اله معصومی ، مرتضی صادقی