什么是叶绿素？

叶绿素是高等植物和所有其他光合生物中含有的一种绿色元素。叶绿素A和叶绿素B溶于乙醇、乙醚、丙酮等溶剂，不溶于水。因此，可以用丙酮、甲醇、乙醇、乙酸乙酯等极性溶剂提取叶绿素。

叶绿素是植物光合作用的主要色素，是一类含脂类的色素家族，位于类囊体膜上。叶绿素吸收大部分红光和紫光但反射绿光，所以叶绿素是绿色的，它对光合作用的光吸收起关键作用。叶绿素镁卟啉化合物，包括叶绿素A、B、C、D、F、原叶绿素和细菌叶绿素等。叶绿素不稳定，与光、酸、碱、氧、氧化剂等有关。会分解它。在酸性条件下，叶绿素分子很容易失去卟啉环中的镁，成为脱镁叶绿素。叶绿素有很多用途，比如提供维生素、解毒、抗病等。

分类

分为叶绿素a、叶绿素b和叶绿素c。

、叶绿素d、叶绿素f [2]、原叶绿素和细菌叶绿素等。

叶绿素名称

存在地点

最大吸收带

叶绿素a

在所有的绿色植物中

红光和蓝光。

叶绿素b

高等植物、绿藻、裸藻和管藻

红光和蓝光。

叶绿素c

硅藻、甲藻、褐藻、鹿角藻、隐藻

红光和蓝光。

叶绿素

红藻和蓝藻

红光和蓝光。

叶绿素f

胚芽

不可见光(红外波段)

原叶绿素

黄化植物(苗期)

近红光和蓝紫光

细菌叶绿素

紫色细菌

红光和蓝光。

叶绿素的发现

德国化学家瓦尔斯特，在20世纪初，采用当时最先进的色谱分离方法，从绿叶中提取物质。经过10年的努力，Wallstedt终于用成吨的绿叶抓住了叶子中的神秘物质——叶绿素。正是因为叶绿素在植物中发挥的奇特作用，我们人类才能生存。1915年，沃尔斯特因成功提取叶绿素而获得诺贝尔化学奖。

内在发挥的独特作用让我们人类得以生存。1915年，沃尔斯特因成功提取叶绿素而获得诺贝尔化学奖。

性质和结构

化学组成

叶绿素分子结构

叶绿素a

19世纪初，俄国化学家、色谱法创始人M.C. Tsvet用吸附色谱法证明了高等植物叶片中的叶绿素有两种成分。经过多年的努力，h .菲舍尔、德国等。，搞清楚了叶绿素复杂的化学结构。1960年，美国R.B. Woodward领导的实验室合成了叶绿素a，至此，叶绿素的分子结构已经确定。

叶绿素分子由两部分组成:核心部分是卟啉环，其功能是吸光；另一部分是长脂肪烃侧链，称为植醇，叶绿素通过植醇插入类囊体膜。与含铁的血红素基团不同，叶绿素卟啉环含有一个镁原子。叶绿素分子通过卟啉环中单键和双键的变化吸收可见光。叶绿素之间的结构差异很小。例如，叶绿素A和B的区别仅在于吡咯环II上的附加基团:前者是甲基，后者是甲醛。细菌叶绿素和叶绿素a的区别在于卟啉环I上的乙烯基被酮基取代，环II上的一对双键被氢化。

化学性质

高等植物叶绿体中的叶绿素主要包括叶绿素a和叶绿素b，它们不溶于水，但溶于有机溶剂，如乙醇和c。

叶绿素计

酮、醚、氯仿等。叶绿素a的分子式为c 55h 72 o 5n 4mg；；叶绿素b的分子式为C55H70O6N4Mg。在颜色上，叶绿素a是蓝绿色，而叶绿素b是黄绿色。根据化学性质，叶绿素是叶绿酸的酯，可以发生皂化反应。叶绿素酸是一种二羧酸，其中一个羧基被甲醇酯化，另一个被叶醇酯化。

叶绿素分子包含一个卟啉环“头”和一个氯酚“尾”。镁原子位于卟啉环的中心，趋于带正电，与之缔合的氮原子趋于带负电。所以卟啉具有极性和亲水性，能与蛋白质结合。叶醇是由四个异戊二烯单元组成的二萜，是亲脂性的脂肪链，决定了叶绿素的脂溶性。叶绿素不参与氢转移或氢氧化还原，只通过电子转移(即电子得失引起的氧化还原)和共轭转移(直接能量转移)参与能量转移。

卟啉环中的镁原子可以被氢离子、铜离子和锌离子取代。当叶子用酸处理时，氢离子很容易进入叶绿体，取代镁原子形成脱镁叶绿素，使叶子变成褐色。脱镁叶绿素容易与铜离子结合形成铜取代叶绿素，颜色比以前更稳定。根据这一原理，人们常用醋酸铜处理绿色植物标本。叶绿素是亲脂性脂肪链，它的存在决定了叶绿素分子的脂溶性，使其溶于丙酮、乙醇、乙醚等有机溶剂。由于结构的不同，叶绿素A是蓝绿色，而叶绿素B是黄绿色。在光照下容易氧化变色。叶绿素是二元羧酸的酯，与碱发生皂化反应。

叶绿素很不稳定，与光、酸、碱、氧、氧化剂等有关。会分解它。在酸性条件下，叶绿素分子很容易失去卟啉环中的镁，成为脱镁叶绿素。叶绿素可以进行一些类似光合作用的反应，一些化合物在光照下可以被氧化或还原。制备的叶绿素薄膜在光照下可以产生光电势和光电流，还可以催化一些氧化还原反应。

光合作用

光合作用是指绿色植物通过叶绿体将光能转化为化学能，储存在落叶有机物中，并释放出氧气的过程。光合作用的第一步是光能被叶绿素吸收并电离。产生的化学能暂时储存在三磷酸腺苷(ATP)中，最后二氧化碳和水转化为碳水化合物和氧气。

德国科学家萨克斯做了这样一个实验:把绿叶放在黑暗中几个小时，为了让叶子里的营养物质消耗掉。然后将刀片的一半露出来，另一半遮住。一段时间后，用碘蒸气处理叶子，发现遮光的半片叶子颜色不变，而露出的半片叶子呈深蓝色。这个实验成功地证明了绿叶在光合作用中产生淀粉。

1880年，德国科学家恩格尔曼对水绵的光合作用进行了一项实验:将装载有水绵和好氧细菌的临时薄膜置于没有空气的黑暗环境中，然后用非常细的光束照射水绵。通过显微镜观察，发现好氧细菌只集中在被光束照射的叶绿体附近。如果临时负载完全暴露在光线下，好氧细菌将集中在叶绿体的所有受光部分周围。恩格尔曼的实验证明，氧气是由叶绿体释放出来的，叶绿体是绿色植物进行光合作用的地方。

将去除淀粉的紫罗兰叶在阳光下放置几个小时后，用碘试剂检测。发现只有叶子上的绿色区域变色，白色区域没有，也就是说只有绿色区域有淀粉。这说明光合作用离不开叶绿素，叶绿素的存在是光合作用的必要条件。

荧光磷光现象

叶绿素在可见光波段的吸收光谱在蓝光和红光分别有一个显著的吸收峰，不同种类的叶绿素吸收峰的位置和消光值不同。叶绿素A的最大吸收波长为420-663nm，叶绿素B的最大吸收波长为460- ** 5nm。当叶绿素分子位于叶绿体膜上时，由于叶绿素与膜蛋白的相互作用，光吸收特性会发生微小的变化。

叶绿素的酒精溶液在透射光下呈翠绿色，在反射光下呈棕红色。

红色叶绿素的这种荧光现象，光，是叶绿素受光激发时发出的荧光。这种现象就是荧光现象。主要原理是叶绿素有两个不同的吸收峰。叶绿素吸收光线的能力很强。如果把叶绿素的丙酮提取物放在光源和分光镜之间，你可以看到光谱中的一些波长的光被吸收了。因此光谱中出现黑线或暗带，称为吸收光谱。叶绿素吸收光谱有两个最强的区域:一个在波长为** 0nm-660nm的红色部分，另一个在波长为430nm-450nm的蓝紫色部分。其他光吸收较少，其中绿光吸收最少。因为叶绿素吸收的绿光最少，所以叶绿素的溶液是绿色的。叶绿素的丙酮提取物在透射光下呈翠绿色，在反射光下呈棕红色。叶绿素溶液的荧光可以达到吸收光的10%左右。而鲜叶的荧光度较低，约占其吸收光的0.1%-1%。

荧光效应在植物生理学中应用广泛。这种效应可以用来研究植物的抗逆生理。由于植物的叶绿素在胁迫下会发生变化，研究其荧光可以作为植物胁迫程度的指标。此外，还有磷光效应。当荧光出现时，光源立即中断，用灵敏的光学仪器在短时间内就能看到微弱的红光，这就是磷光。

生物合成和代谢

叶绿素A的生物合成途径是琥珀酰辅酶a和甘氨酸缩合生成δ-氨基乙酰丙酸，两个δ-氨基乙酰丙酸缩合生成吡啶。

绿叶

卟啉原是一种衍生物，由四个卟啉原聚合成一个卟啉环──原卟啉ⅳ，它是形成叶绿素和血红素的常见前体。与亚铁结合形成血红素，与镁结合形成镁原卟啉。镁原卟啉接受另一个甲基，环化后成为带ⅴ环的原植醇叶绿素，经光还原酯化形成叶绿素a。

落叶

叶绿素和其他物质一样，在体内不断更新。它被叶绿素酶分解或被光氧化漂白。深秋的时候，很多树种的叶子都是美丽的红色，这是因为叶绿素的降解速度快于合成速度，叶绿素的含量减少，原本被叶绿素覆盖的类胡萝卜素和花青素的颜色显现出来。叶绿素含有氮和镁，类胡萝卜素不含氮和镁。

在植物衰老和贮藏过程中，酶会引起叶绿素的分解和破坏。这种酶促变化可分为直接作用和间接作用。叶绿素酶是唯一直接以叶绿素为底物的酶，催化叶绿素中的叶绿醇酯键水解生成不含叶绿醇的叶绿素。脱镁叶绿素也是它的底物，产物是水溶性脱镁叶绿素，呈橄榄绿色。叶绿素酶最适温度为60-82℃，100℃完全失活。有蛋白酶、酯酶、脂肪氧合酶、过氧化物酶、果胶酯酶等。蛋白酶和酯酶分解叶绿素蛋白复合物，使叶绿素失去保护，更易受到伤害。脂肪氧化酶和过氧化物酶可以催化相应底物的氧化，氧化过程中产生的物质可以引起叶绿素的氧化分解。果胶酯酶的作用是将果胶水解成果胶酸，从而增加质子浓度，通过脱镁破坏叶绿素。

在有生命的绿色植物中，叶绿素既可以在光合作用中发挥作用，也可以不进行光解作用。但叶绿素在加工和储存过程中，常受光照和氧气的影响，被光解成一系列小分子物质而褪色。光解产物为乳酸、柠檬酸、琥珀酸、马来酸和少量丙氨酸。因此，正确选择包装材料和方法，正确使用抗氧化剂，可以防止光氧化褪色。

以及提取和分离方法。

画

叶绿素提取的制备是在半暗室中进行的，室温保持在25℃。提取步骤如下:

(1)取1000克新鲜绿叶，放入韦氏搅拌机中粉碎。

(2)将1000克粉碎的绿叶放入含有少量碳酸钙的丙酮(20℃)中提取，直到过滤和清洗后的叶碎片无色。

(3)将过滤后的丙酮提取液放入盛有1升石油醚和100毫升丙酮的漏斗中，然后轻轻旋转，加入蒸馏水至分层。水层中大部分丙酮和水溶性杂质被丢弃，只留下石油醚溶液。

(4)石油醚溶液用蒸馏水再次纯化后，用200ml含石油醚和0.01g草酸的80%甲醇溶液洗涤5次以上，最后得到黄绿色悬浮液。

(5)用无水硫酸钠干燥悬浮液，将其渗透到由3cm厚的蔗糖粉制成的柱中，然后用石油醚洗涤沉淀的色素以除去类胡萝卜素，使其只含有天然叶绿素。

(6)含有天然叶绿素的蔗糖柱分为两层，绿色层为4-10毫米的叶绿素B层，另一层蓝色层为2-6毫米的叶绿素A层。

(7)将蓝色层中间的部分(蓝色层的一半左右)放入乙醚中，过滤并洗脱悬浮液，用蒸馏水洗涤，用硫酸钠干燥，用器皿过滤，得到叶绿素a。

(8)去除步骤(6)中绿色层的中间部分，快速放入乙醚中，过滤，洗脱，制得叶绿素B乙醚溶液。

不同的

色谱是分离、纯化和鉴定有机化合物的重要方法，特别是在微量分析中。果蔬中的色素主要有脂溶性胡萝卜素、叶黄素、叶绿素和水溶性花青素。在提取实验中，我们可以利用相似配伍原理滤除水溶性花青素，然后通过薄层层析、柱层析和高效液相色谱分离胡萝卜素、叶黄素和叶绿素。由于这三种色素的极性依次减弱，我们可以适当选择单一有机溶剂或不同比例的混合溶剂作为展开剂和洗脱剂，以确定最佳的优化分离条件。

测定方法

编辑

叶绿素含量的测定方法主要有紫外分光光度法、荧光分析法、活体叶绿素仪、光声光谱法和高效液相色谱法。然而，目前分光光度法是最广泛使用的方法。

提取物中叶绿素的吸收光谱表明，在红光区和蓝紫色区分别有两个强吸收峰。不同提取溶剂和原料得到的叶绿素溶液的吸收光谱相似。叶绿素a和叶绿素b在红色区域的最大吸收峰分别在663nm和5nm附近，在蓝紫色区域的最大吸收峰分别在429nm和453nm附近。由于提取溶剂和原料的不同，叶绿素提取液的最大吸收值在光谱扫描后可能会有小范围的波动。

高效液相色谱法定量检测叶绿素含量准确度高，效果好。流动相为甲醇和丙酮，体积比为80: 20，流动相中加入质量分数为0.1%的冰醋酸，流速为1.0mL/min。利用每种色素的色谱峰面积进行定量，叶绿素a和叶绿素b的定量可通过外标法从工作曲线中获得。[6]

稳定性影响因素

光

在活体植物中，叶绿素受到很好的保护，可以发挥光合作用而不降解。但体外叶绿素对光非常敏感，光和氧的作用会导致叶绿素不可逆的分解。在自然条件下或在含有胶体分子团的水溶液中，叶绿素可以发生光氧化反应产生自由基。因此，有研究者认为叶绿素的光氧化降解需要有氧分子的参与，其降解速率随着氧分子浓度的增加而加快。单线态氧和羟基自由基是叶绿素光化学反应的活性中间体，可与叶绿素吡咯链反应，进一步产生过氧自由基等自由基，最终导致卟啉环和吡咯链分解，从而引起褪色。当然，影响光氧化的因素有很多，比如水分、温度、光照时间、光照强度、光的波长范围等。在这些因素中，主要有光照时间、光照强度、光的波长范围和氧浓度。目前这方面的研究主要集中在自然光(复合光)对颜料的影响，大部分研究都不是很深入。然而，关于单色光(不同波段的光)对叶绿素稳定性影响的报道很少。

叶绿素酶

研究表明，叶绿素酶是一种糖蛋白。酶催化叶绿素结构中的叶绿醇键，水解产生叶绿醇，是叶绿素降解的关键酶。叶绿素酶以叶绿素为底物，是一种酯酶。脱镁叶绿素也是叶绿素酶的底物，酶促反应的产物是脱镁叶绿素。叶绿素酶的最适反应温度在60 ~ 80℃之间。实验表明，80℃以上叶绿素酶活性下降，100%完全失活。

温度

有研究表明，叶绿素提取液的降解速率曲线在不同加热温度下有明显的拐点。叶绿素在80℃以下时，降解速度较慢，在90℃以上时，降解速度迅速加快。一般来说，随着温度的升高，叶绿素的降解速率逐渐加快，但在较低温度下降解速率不明显。

ph值

体系的pH值是影响叶绿素稳定性的重要因素。叶绿素在中性和弱酸性及碱性条件下是稳定的。相关研究表明，当pH值在6-11之间时，叶绿素的保存率高达90%。但当体系pH值降至4时，叶绿素脱镁反应速率明显，且随着酸度的增加，破坏作用更大。

氧

大多数文献报道叶绿素的降解速率与氧浓度呈正相关，也就是说，随着氧浓度的增加，提取液的整体系统变得更严重，即叶绿素的保存率更低。

金属离子

在酸性条件下，叶绿素分子卟啉环中的镁离子可以被氢离子取代，生成黄褐色的脱镁叶绿素。脱镁叶绿素分子中的氢离子可以被其他金属离子取代，如铜、锌、钙离子，生成相应的叶绿素金属离子的络合物，从而变成绿色。实验表明，这种配合物对酸、光、氧和热的稳定性大大提高，这些离子都能提高叶绿素的保存率，使叶绿素得以长期保存，其中铜离子的效果优于锌离子。虽然叶绿素铜络合物的颜色和稳定性比锌络合物好，但铜离子是重金属离子，所以要严格控制其含量。锌是人体必需的微量元素。因此，在绿色果蔬加工过程中，用锌离子代替叶绿素分子中的镁离子，形成稳定的锌叶绿素复合物，并在工业上得到应用。