Clorofilla: struttura, funzioni

La clorofilla è un composto chelante ovvero un composto in grado di formare complessi con i metalli che si trova nei grana dei cloroplasti delle cellule vegetali e in tutti gli organismi che compiono la fotosintesi.

Nel 1817 i chimici francesi Joseph Bienaimé Caventou e Pierre Joseph Pelletier nell’ambito dei loro studi sugli alcaloidi isolarono per la prima volta la clorofilla

Struttura della clorofilla

Si ritenne che fosse un singolo composto ma solo nel 1912 il chimico tedesco Richard Martin Willstätter, premio Nobel per la Chimica nel 1915 dimostrò che la clorofilla è costituita da una miscela di due composti denominati clorofilla di tipo a  e di tipo b:

Agitando una soluzione di etere di petrolio contenente questo composto con metanolo acquoso si separano i due componenti.

Quella di tipo a rimane nella soluzione di etere di petrolio mentre quella di tipo b passa nella soluzione acquosa di metanolo. I due tipi differiscono tra loro solo nella composizione della catena laterale. La clorofilla a ha il gruppo metilico  –CH₃ mentre la clorofilla b ha il gruppo aldeidico –CHO.

Nella clorofilla è presente uno ione magnesio Mg²⁺ centrale che ha intorno un anello porfirinico. La porfirina presenta quattro atomi di azoto che si legano allo ione metallico centrale secondo una geometria quadrato planare.

La clorofilla a, che si trova in rapporto 1:3 con quella b, è un solido di colore blu-nero mentre la clorofilla b è un solido verde scuro. Entrambe conferiscono una colorazione verde a soluzioni organiche e sono dei fotorecettori in quanto contengono un insieme di legami semplici e doppi alternati che risultano delocalizzati. Come i polieni delocalizzati la clorofilla presenta forti bande di assorbimento nella regione dello spettro visibile consentendo alle piante di assorbire energia dal sole.

A causa dei gruppi laterali diversi presenti nei due tipi di clorofilla si hanno spettri di assorbimento diversi in quanto mentre la luce non viene significativamente assorbita a 460 nm dalla clorofilla a, si ha un forte assorbimento da parte della clorofilla b alla stessa lunghezza d’onda. Queste due clorofille risultano così e si completano a vicenda nell’assorbimento della luce solare.

Assorbe la radiazione blu e quella rossa ma non assorbe e quindi riflette le radiazioni che hanno una lunghezza d’onda compresa tra 500 e 600 nm. Esse corrispondono  al colore verde:

Per la sua intensa colorazione è usata come colorante di saponi, oli, cere e nel campo dolciario.

Funzioni

La sua funzione più importante  risiede  nella fotosintesi, processo in cui a partire dall’anidride carbonica presente nell’atmosfera e dall’acqua metabolica si ottengono sostanze organiche come il glucosio, zucchero fondamentale nella vita della pianta secondo la reazione:

6 CO₂ + 6 H₂O → C₆H₁₂O₆ + 6 O₂  (1)

Dalla fotosintesi si ottiene ossigeno molecolare che la pianta libera nell’atmosfera attraverso gli stomi.

La fotosintesi quindi, oltre a rendere le piante organismi autotrofi da cui dipende la vita dell’uomo sulla Terra,  fornisce ossigeno fondamentale per la respirazione.

L’energia chimica immagazzinata dalla fotosintesi in carboidrati permette lo svolgimento di  reazioni biochimiche negli organismi degli esseri viventi.

La reazione fotosintetica è una reazione di ossidoriduzione in cui CO₂ è ridotta e H₂O è ossidata secondo le seguenti semireazioni:

6 CO₂ + 24 H⁺ + 24 e^– → C₆H₁₂O₆ + 6 H₂O  (2)

2 H₂O → O₂ + 4 H⁺ + 4 e^–

Moltiplicando la seconda semireazione per 6 si ha:

12 H₂O →6 O₂ + 24 H⁺ + 24 e^–  (3)

Sommando la (2) alla (3) e semplificando si ottiene la (1).

Essa costituisce il tramite per il trasferimento di elettroni. Infatti quando assorbe l’energia dalla luce un elettrone della clorofilla è eccitato a un livello energetico maggiore. In questo stato a più alta energia l’elettrone è più rapidamente trasferito a un’altra molecola. Ciò  innesca una catena di trasferimenti di elettroni che termina con il trasferimento di un elettrone all’anidride carbonica. La clorofilla che ha perso un elettrone può accettarlo da un’altra molecola concludendo il processo.