Chlorophyll

Chlorophyll, grüner Farbstoff der Pflanzen, der in den Chloroplasten die Lichtenergie der Sonne absorbiert und im Verbund mit anderen Komponenten die Nutzung dieser Energie ermöglicht.

Das Chlorophyllmolekül weist einen ähnlichen Bau auf wie eine Reihe anderer wichtiger biologischer Moleküle. Es besteht aus einem Kranz von vier Pyrrolringen (siehe heterocyclische Verbindungen), in dessen Mitte sich wie die Achse eines Wagenrades ein stabilisierendes Magnesiumatom befindet. (Beim Vitamin B₁₂ findet sich in dieser Position ein Atom Cobalt, beim Sauerstoff übertragenden Hämoglobin liegt ein Eisenatom im Zentrum vor, ebenso wie bei den diversen Zytochrommolekülen, die als Redoxkatalysatoren an der Atmung und anderen physiologischen Prozessen beteiligt sind.) Das Chlorophyllmolekül besitzt zusätzlich noch eine lipophile (fettlösliche) Seitenkette, das Phytol, das seiner Verankerung in der Chloroplastenmembran dient.

An der Photosynthese der höheren Pflanzen sind die Chlorophylle a und b beteiligt, die sich nur geringfügig unterscheiden. Chlorophyll b verbessert die Lichtausbeute; es fehlt allerdings bei manchen Algenarten, bei denen statt dessen Chlorophyll c auftritt. Da auch manche Bakterien Photosynthese betreiben, verfügen diese ebenfalls über Chlorophylle, die als Bakterienchlorophyll a bis e bezeichnet werden. Die Bakterienchlorophylle besitzen als verankernde Seitenketten ebenfalls langkettige, lipophile Verbindungen wie z. B. Farnesol bei den Chlorobiaceae (siehe Schwefelbakterien) oder Geranylgeraniol bei der Gattung Rhodopseudomonas (Purpurbakterien).

Bei der Absorption von Licht geht das Chlorophyll in einen angeregten Zustand über, in dem es einerseits Elektronen an die Elektronentransportkette in den Thylakoiden (Lamellenkörpern) der Chloroplasten abgibt und gleichzeitig die fehlenden Elektronen durch Aufnahme von Elektronen aus dem Prozess der Wasserspaltung aufnimmt. Bei der Spaltung des Wassers bleiben die positiven Protonen und der neutrale Sauerstoff übrig. Durch die Absorption des Lichtes werden die Chlorophyllmoleküle so stark angeregt, dass sie nicht nur Elektronen abgeben und aufnehmen: Sie können ihre Anregungsenergie außerdem auf andere Moleküle übertragen. Ein empfänglicher Partner dabei wäre der gerade frei werdende Sauerstoff, der aus einem energiearmen so genannten Triplettzustand (dem Grundzustand des Sauerstoffs) in einen angeregten, hochreaktiven Singulettzustand übergehen kann. Geschähe dies, dann zerstörte dieser aggressive oxidierende Sauerstoff das Chlorophyll und bleichte es aus. Um diese gefährliche Energieübertragung zu verhindern, sind Chlorophylle immer mit Carotinoiden assoziiert. Diese übernehmen die Anregungsenergie unmittelbar und geben sie als energiearme Wärmestrahlung wieder ab. Deshalb gibt es keine grünen Pflanzen ohne Carotinoide. Manche Herbizide hemmen die Carotinoidsynthese bei Pflanzen, die dadurch, ihres Schutzes beraubt, ausbleichen und absterben.