Czy możemy zzielenieć po zjedzeniu dużej michy sałaty? Wiemy, że na pewno nie. Jest to następny dowód na to, że nie jesteśmy tym, co jemy. Tę zieloność, ale tylko roślinom, nadaje chlorofil. Ssaki, a do nich należymy, zielone nie bywają. Jednak, jak zwykle znajdzie się wyjątek. Nie jest to co prawda barwa skóry, ale okrywy, czyli sierści. Pewna grupa leniwców hoduje na swej sierści zielone glony i z tego powodu są to zielone ssaki (1). Na poniższym zdjęciu widnieje taki leniwiec (2):
Zielony kolor alg powodowany jest przez chlorofil, który produkują. Leniwce dzięki tej barwie ukrywają się przed drapieżnikami wśród liści zielonych od chlorofilu. Jest to kamuflaż. Dla porównania zieloności poniżej prezentuję namalowaną przeze mnie akwarelami sałatę:
Jest to ulubiona „róża” mojej koleżanki, która z ogromnym powodzeniem stosuje dietę nisko węglowodanową i zielona sałata gra w niej główna rolę.
Co to jest chlorofil?
Związki organiczne, które nadają częściom roślin (głównie liściom) charakterystyczny zielony kolor, to chlorofile. Są one obecne roślinach, algach i bakteriach fotosyntetyzujących (np. w sinicach) (3). W poprzednich artykułach pokazywałam przygotowane przeze mnie schematy wzorów różnych związków. Stosowałam zamiast symboli literowych atomów „kolorowe kulki”. Jeden z czytelników uświadomił mi, że dla osoby nie obeznanej w chemii nie ma różnicy, czy to wzór chemiczny, czy schemat z „kulkami” i tak nie jest to zbyt komunikatywne. Poniżej zamieszczam wzór chlorofilu a (4):
Cząsteczka każdego chlorofilu zbudowana jest z pochodnej porfiryny określanej feoporfiryną. My też syntetyzujemy porfiryny, które są częścią enzymów, oraz hemwystępujący w mioglobinie i hemoglobinie (Tak na marginesie to hemoglobina jako wyizolowana substancja jest brunatna i przyznaję, że ją widziałam). Centralne miejsce w feoporfirynie zajmuje magnez łączący się z atomami azotu każdego z pierścieni. Taka porfiryna tworząca kompleks z magnezem ma zdolność do absorpcji promieniowania elektromagnetycznego w zakresie widzialnym. Obecność magnezu wpływa na zdolność agregacji cząsteczek chlorofilu, co ułatwia przekazywanie energii wzbudzenia pomiędzy cząsteczkami. W większości chlorofili (poza chlorofilami c) feoporfiryna łączy się poprzez wiązanie estrowe z alkoholem o 20 atomach węgla – fitolem. Jest to alkohol izoprenowy, czyli występuje w nim pięciowęglowe ugrupowanie izoprenoidowe, podobnie jak w witaminach rozpuszczalnych w tłuszczach i cholesterolu. Jego rolą jest łączenie chlorofili z błonami białkowo-lipidowymi w organellach komórki. Do układu porfiryny w różnych miejscach przyłączone są dodatkowe grupy. Wpływają one na niewielkie zmiany zdolności absorpcji kwantów światła przez poszczególne rodzaje chlorofili. W zależności od rodzaju podstawników układu porfirynowego wyróżnia się typy chlorofilu. Najbardziej rozpowszechnione w przyrodzie to chlorofil a i chlorofil b występujące u wszystkich roślin przeprowadzających fotosyntezę. Chlorofile c i d występują jedynie u części glonów. U prokariontów zdolnych do przeprowadzania fotosyntezy mogą występować: chlorofil a (tylko u sinic) oraz wiele rodzajów bakteriochlorofili oznaczanych literami od a do g.
Z czego powstaje chlorofil?
Początkowym substratem do syntezy chlorofili jest jeden z aminokwasów białkowych – kwas glutaminowy (3), z którego po kilku przemianach powstaje aminokwas niebiałkowy ALA (kwas delta aminolewulinowy). U nas też na drodze syntezy porfiryn powstaje ten aminokwas, ale z innych substratów i oczywiście przemiany enzymatyczne też są inne. W wyniku kondensacji dwóch ALA – tak, jak u nas – powstaje porfobilinogen. Cztery porfobilinogeny dają początek protoporfirynie. Kolejne etapy syntezy prowadzą do powstania pierścienia protoporfiryny IX, do której jest wprowadzony atom magnezu. Po kilku przemianach powstaje chlorofilid a, który łączony jest w reakcji estryfikacji z dwudziestwęglowym alkoholem izoprenowym – fitolem. Powstały chlorofil a może bezpośrednio służyć do absorpcji światła lub zostać przekształcony przez oksygenazę chlorofilu b do drugiego z najczęściej występujących chlorofili. Jeśli roślina nie jest oświetlana odpowiednim światłem (słonecznym) chlorofil nie powstaje. Dopiero ekspozycja roślin (np. po wykiełkowaniu) na światło pozwala na zakończenie syntezy chlorofili.
Po co jest chlorofil?
Funkcją chlorofili w organizmach przeprowadzających fotosyntezę jest wychwytywanie kwantów światła i przekazywanie energii wzbudzenia do centrum reakcji fotoukładu, skąd wybijane są elektrony, spożytkowane następnie w dalszych etapach fotosyntezy. Fotosynteza (ze starogreckiego: światło i łączenie) – proces wytwarzania związków organicznych z materii nieorganicznej zachodzący w komórkach zawierający chlorofil lub u bakterii bakteriochlorofil, przy udziale światła (5). Znaczna zawartość chlorofili w organizmach fotosyntetyzujących jest odpowiedzialna za ich zieloną barwę. Zielony kolor chlorofilu spowodowany jest wysoką absorpcją w czerwonej i niebieskiej części spektrum światła, a niską absorpcją w zielonej części spektrum światła (długość fali 500–600 nm). Substancjami potrzebnymi do fotosyntezy, czyli jej substratami, są woda i dwutlenek węgla, produktami tego procesu są zaś glukoza i tlen. Poniższy schemat obrazuje zjawisko fotosyntezy (w dużym uproszczeniu):
Do przeprowadzenia fotosyntezy niezbędny jest zielony barwnik – chlorofil, który pochłania światło, rozpoczynając ciąg reakcji chemicznych. Jedną z nich jest rozkład wody na wodór i tlen. Tlen jest wydalany do atmosfery, z kolei wodór wraz z dwutlenkiem węgla służą do wytwarzania cukrów. Energia świetlna zostaje zmagazynowana w cząsteczkach glukozy. Wszystkie reakcje chemiczne zachodzą w odpowiednim tempie dzięki wyspecjalizowanym białkom – enzymom. Im bardziej intensywna jest fotosynteza, tym więcej substancji organicznych wytwarzają rośliny.
Barwa roślin
Substancje nadające tkankom roślinnym barwę nie są tylko dla ich urody godnej podziwiania. Pełnią one określone funkcje metaboliczne. Na poniższym schemacie pokazuję barwniki roślinne (według 6):
Dzieli się je na barwniki fotosyntetyczne i barwniki ochronne. Do fotosyntetycznych należy chlorofil oraz karotenoidy (ksantofile żółte i karoteny pomarańczowe). Zwracam uwagę na fakt, że występują dwa chlorofile: a i b. Chlorofil a jest niebieski, a chlorofil b jest żółty. W efekcie oba te chlorofile nadają roślinie barwę zieloną. Tak to jest z mieszaniem się barwników i powstawaniem widzianych przez nas kolorów. Do barwników ochronnych należą różne glikozydy. Są nimi antocyjany (E163) barwiące intensywnie na fioletowo lub niebiesko, które nadają częściom roślin kolory o różnym natężeniu (fioletowe, niebieskie), a także betaniny (E162 – czerwień buraczana)(7).
Barwniki syntetyzowane przez rośliny znajdują się w specjalnych organellach komórkowych, takich jak chloroplasty, chromoplasty i wakuole. Chlorofile, które są w chloroplastach, nadają charakterystyczne zielone zabarwienie liściom, łodygom oraz innym częściom roślin. Barwa kwiatów, owoców oraz bardzo często liści zależy również od wszystkich barwników. Jesienią w Polsce ustaje w roślinach synteza chlorofilu, a obecny w chloroplastach ulega degradacji (oczywiście występują u nas także rośliny zimozielone, w których ta degradacja nie ma miejsca). Wtedy to, widoczne stają się inne barwniki fotosyntetyczne, których dotychczasowa obecność była maskowana przez chlorofil, czyli karoteny i ksantofile. W konsekwencji dominują kolory żółte i pomarańczowe. Czerwień w liściach jest wynikiem gromadzenia się w nich różnym stopniu barwników ochronnych widocznych w liściach pozbawionych chlorofilu.
Świat na zielono
Chlorofil A (E140, C.I. naturalna zieleń 3) jest używany jako barwnik w przemyśle spożywczym do produkcji np. zup, sosów, oliwy z oliwek, lodów oraz fermentowanych napojów mlecznych. Został uznany za nieszkodliwy w zastosowaniach spożywczych. Rzadko spotykanym działaniem niepożądanym chlorofilu jest uczulenie na światło. Jest również wykorzystywany w produktach takich, jak antyperspiranty i płyny do płukania jamy ustnej. Stężenie chlorofilu a w wodzie jest powszechnie stosowanym miernikiem szacowanej biomasy fitoplanktonu.
Co dzieje się ze zjedzonym przez nas chlorofilem, dlaczego nie zieleniejemy?
W zielonych częściach roślinach, które jadamy, występują różne ilości chlorofilu, w zależności od gatunku rośliny i sposobu jej hodowli. Przykładowo w 100 g zielonej rośliny(8): jarmużu jest 187 – 308 mg chlorofilu; szpinaku jest 33 – 127 mg chlorofilu; rzymskiej sałacie jest 24,5 – 28,9 mg; brokułów jest 2,1 – 159 mg chlorofilu. Chlorofil ulega degradacji pod wpływem podgrzania, środowiska kwaśnego i na drodze enzymatycznej (8). Wielu zwierzętom w trawieniu chlorofilu pomagają mikroorganizmy występujące w ich przewodzie pokarmowym. Ostatecznie podczas przetwarzania z chlorofilu jest uwolniony jon magnezu, reszta fitylowa (powstaje z niej kwas fitanowy, o którym będzie w dalszej części), a porfiryny ulegają dalszej degradacji. U nas tylko 1 – 3% chlorofilu z diety zostaje wchłonięte z przewodu pokarmowego i jest degradowane w wątrobie (8).
Czy chlorofil może być niebezpieczny?
Jak niektóre kwasy tłuszczowe kwas fitanowy nie może ulec degradacji w procesie beta-oksydacji (9). Ten kwas pochodzący z degradacji chlorofilu (odcięcie ogona fitolu) jest jako lipid odkładany w wielu tkankach zwierząt, które występują w naszej diecie. Na pewnym etapie naszego metabolizmu musi być przekształcony w procesie alfa-oksydacji w peroksysomach (organella komórkowe). Okazuje się, że są osoby dotknięte wadą metaboliczną, z powodu której nie jest to możliwe. Jest to choroba Refsuma (Sigvald Refsum opisał ją pierwszy latach 40 XX wieku), w wyniku której kwasu fitanowego gromadzi się w osoczu krwi i w tkankach (10). Chorobę powoduje mutacja genu PHYH na chromosomie 10, kodującego enzym: hydroksylazę fitanoilo-CoA (ang. phytanoyl-CoA hydroxylase), przeprowadzającą alfa-oksydację kwasu fitanowego. Niedobór PHYH powoduje kumulację dużych ilości kwasu fitanowego w tkankach.
Wydaje się szokujące, że chlorofil może zaszkodzić. Szczęśliwie nie zieleniejemy od zjedzonego chlorofilu. Może czasem tylko ze złości. Oczywiście dieta bogata w zielone części roślin służy nam i jak wiemy służyła nawet prehistorycznym gadom – dinozaurom. Nie ukryję faktu, że 5% populacji ludzkiej ma zielone oczy, ale to nie za sprawą chlorofilu.
Literatura
- Sloth – Wikipedia
- tree-sloth.jpg (537×537) (wordpress.com)
- Chlorofile – Wikipedia, wolna encyklopedia
- Chlorofil A – Wikipedia, wolna encyklopedia)
- Fotosynteza – Wikipedia, wolna encyklopedia
- „”Lokalizacja komórkowa barwinków roślinnych” K. Głowacka, W. E. Pluskota, lokalizacja_komorkowa_barwnikow_roslinnych.pdf (ceo.org.pl)):
- Antocyjany – Wikipedia, wolna encyklopedia
- Mol.Nutr.Food Res. 2021, 65, 2000761
- https://en.wikipedia.org/wiki/Phytanic_acid#cite_note-pmid9819701-7)
- Post bioch 64 (4), 2018 Liczba odwiedzin: 4930
