Chlorophyll
Was ist Chlorophyll, wie ist es aufgebaut und welche Funktion hat es bei der Photosynthese? All das erfährst du in diesem Beitrag und im Video dazu!
Inhaltsübersicht
Was ist Chlorophyll?
Chlorophyll (auch Blattgrün) ist ein natürlicher Farbstoff, der in allen Organismen vorkommt, die Photosynthese betreiben. Er ist insbesondere in den Chloroplasten der Pflanzen zu finden und erfüllt dort wichtige Funktionen bei der Photosynthese.
So ist Chlorophyll an der Absorption der Lichtenergie und der Umwandlung in chemische Energie beteiligt und ermöglicht der Pflanze, zu überleben und zu wachsen. Außerdem verleiht es den Pflanzen ihre grüne Farbe.
Schon gewusst? Neben den Pflanzen betreiben auch Algen und einige Prokaryoten (z. B. Cyanobakterien) Photosynthese . Tierzellen enthalten hingegen kein Chlorophyll.
Es gibt verschiedene Chlorophylltypen. Sie unterscheiden sich in ihren Absorptionsspektren und erscheinen deshalb in unterschiedlichen Farben. Die bekanntesten sind das blau-grüne Chlorophyll a und das gelb-grüne Chlorophyll b.
Chlorophyll (Blattgrün) ist ein natürlicher Farbstoff in Pflanzenzellen. Sein Name setzt sich aus dem griechischen chlōrós („hellgrün“) und phýllon („Blatt“) zusammen.
Chlorophyll Aufbau
In den Pflanzenzellen findest du das Chlorophyll insbesondere innerhalb der sogenannten Thylakoide in den Chloroplasten . In den Prokaryoten liegt es im Cytoplasma . Hier kann das Blattgrün über die sogenannte Biosynthese selbst hergestellt werden. Da der Prozess jedoch von der Lichteinstrahlung abhängig ist, kann ohne Licht auch kein Blattgrün hergestellt werden. Da die Lichteinstrahlung im Herbst abnimmt, wird auch das Chlorophyll abgebaut. Deswegen verlieren die Blätter im Herbst ihre grüne Farbe.
Die Grundstruktur des Chlorophylls ist eine komplexe Verbindung namens Chelat. Es besteht aus dem Porphyrin (C20H14N4), das du dir als ein Molekül aus vier sogenannten Pyrrol Ringen vorstellen kannst, an das unterschiedliche Reste gebunden sind. So ein Molekül nennst du Derivat (= Derivatisierung).
Zu den Derivaten gehören nicht nur die Chlorophylle, sondern auch das Häm des Hämoglobins, welches du im Blut vieler Lebewesen finden kannst. Das Häm verleiht dem Blut seine rote Farbe. Das Blattgrün und das Hämoglobin unterscheiden sich aber insbesondere in ihrem Zentralion: Während das Häm ein Eisenion (Fe2+) in seiner Mitte enthält, besitzt das Chlorophyll ein Magnesiumion (Mg2+). Den Derivatkomplex mit einem Zentralion kannst du als Chelat bezeichnen.
Das Chlorophyllmolekül ist ähnlich wie das Chelat aufgebaut. Im Gegensatz zu dem Grundgerüst besteht es aber nicht aus vier, sondern aus fünf Ringen. Je nachdem, welche Reste dann an dieser Struktur gebunden sind, kannst du zwischen den verschiedenen Chlorophylltypen unterscheiden.
Chlorophyll Absorptionsspektrum
Verschiedene Arten von Chlorophyll-Molekülen unterscheiden sich durch ihre individuellen Strukturen, insbesondere in ihrem sogenannten Absorptionsspektrum, also der Fähigkeit, Licht zu absorbieren/aufzunehmen.
Die nicht absorbierten Bereiche werden entsprechend reflektiert. Das ist also die Farbe, die du später sehen kannst.
Insbesondere in Lösungsmitteln wie Ethanol, Aceton oder Diethylether kann das Blattgrün ihr Absorptionsmaximum erreichen. Das Absorptionsspektrum kannst du durch verschiedene Frequenzbereiche (Wellenlängen) beschreiben.
Je nach Chlorophylltyp unterscheidet sich das Absorptionsspektrum. Das hängt mit der Strukturformel zusammen und kann bei den Chlorophylltypen Chlorophyll a und Chlorophyll b beobachtet werden.
Chlorophyll a
Chlorophyll a absorbiert hauptsächlich oranges und rotes (Frequenzbereich: 600-700 nm), sowie dunkelblaues und violettes Licht (400-470 nm). Der Bereich des grünen-grünblauen Lichts (470-600 nm) wird vom Chlorophyll a hingegen reflektiert. Aus dem Grund nehmen wir es mit einer grünblauen Farbe wahr.
Den reflektierten Bereich und die Strukturformel siehst du hier:
Chlorophyll a kommt insbesondere in den sogenannten Cyanobakterien vor. Diese Bakterien sind in der Lage, eine oxygene Photosynthese zu betreiben. Das wichtigste Merkmal einer oxygenen Photosynthese ist die Produktion von Sauerstoff. Im Gegensatz dazu steht die anoxygene Photosynthese mancher Bakterien, bei der andere anorganische Stoffe gebildet werden.
Chlorophyll b
Chlorophyll b absorbiert hauptsächlich blaues und rotes Licht und reflektiert grünes sowie gelbes Licht. Dadurch nimmt der Betrachter es als gelbgrün wahr.
Seine Strukturformel und der reflektierte Bereich des Chlorophylls sehen so aus:
Chlorophyll b kommt insbesondere in sogenannten Grünalgen und auch allen Landpflanzen vor. Du findest es zum Beispiel in Gemüse, wie Grünkohl oder Spinat.
Arten Übersicht
Hier haben wir dir eine Übersicht der wichtigsten Chlorophylltypen inklusive ihrer Absorptionsmaxima und ihrem Vorkommen erstellt:
| Chlorophylltyp | Absorptionsmaxima | Farbe | Beispele Vorkommen |
|---|---|---|---|
| Chlorophyll a | 430 nm, 662 nm (in Aceton) | blaugrün | Cyanobakterien |
| Chlorophyll b | 454 nm, 643 nm (in Diethylether) | gelbgrün | Grünalgen, Landpflanzen |
| Chlorophyll c | 444 nm, 576 nm, 626 nm | grün | Braunalgen, Kieselalgen, Goldalgen |
| Chlorophyll d | 447 nm, 688 nm | Rotalgen | |
| Chlorophyll f | 706 nm, 722 nm | Cyanobakterien in Stromatolithen |
Chlorophyll Funktion bei der Photosynthese
Das Blattgrün hat innerhalb der Photosynthese verschiedene Aufgaben:
- Lichtabsorption: Ihre Hauptfunktion ist die Absorption von Licht (= Energie). Hierfür gibt es die sogenannten Lichtsammelkomplexe, also eine Ansammlung mehrerer Chlorophyllmoleküle. Sie sollen die Fläche vergrößern und dadurch die Lichtabsorption steigern.
- Weiterleitung der Energie: Die aufgenommene Lichtenergie wird von Pigment zu Pigment weitergeleitet, bis sie am sogenannten Reaktionszentrum ankommt. Dabei handelt es sich um einen wichtigen Bestandteil aller Photosynthese betreibenden Organismen.
- Energieumwandlung: Im Reaktionszentrum befinden sich zwei Chlorophylle (= special pair). Sie nehmen die absorbierte Energie auf und wandeln sie in chemische Energie in Form von ATP um. Auf diese Weise kann sie für den weiteren Verlauf der Photosynthese genutzt werden.
Photosynthese
Das Blattgrün sorgt in Pflanzen und anderen Photosynthese betreibenden Organismen für die Aufnahme des Lichts und seine Umwandlung in chemische Energie. Im Anschluss finden weitere Schritte der Photosynthese statt. Welche das sind und welche Zellbestandteile neben den Chloroplasten noch beteiligt sind, erfährst du in unserem Video dazu!
