クロロフィルaのソースを表示

{{DISPLAYTITLE:クロロフィル''a''}}
{{Chembox
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| ImageName = Structure of chlorophyll ''a''
| IUPACName = Chlorophyll ''a''
| SystematicName = Magnesium [methyl (3''S'',4''S'',21''R'')-14-ethyl-4,8,13,18-tetramethyl-20-oxo-3-(3-oxo-3-{{(}}[(2''E'',7''R'',11''R'')-3,7,11,15-tetramethyl-2-hexadecen-1-yl]oxy}propyl)-9-vinyl-21-phorbinecarboxylatato(2−)-''κ''<sup>2</sup>''N'',''N''′]
| OtherNames = α-Chlorophyll
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| PubChem = 6433192
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| StdInChI = 1S/C55H73N4O5.Mg/c1-13-39-35(8)42-28-44-37(10)41(24-25-48(60)64-27-26-34(7)23-17-22-33(6)21-16-20-32(5)19-15-18-31(3)4)52(58-44)50-51(55(62)63-12)54(61)49-38(11)45(59-53(49)50)30-47-40(14-2)36(9)43(57-47)29-46(39)56-42;/h13,26,28-33,37,41,51H,1,14-25,27H2,2-12H3,(H-,56,57,58,59,61);/q-1;+2/p-1/b34-26+;/t32-,33-,37+,41+,51-;/m1./s1
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| InChIKey = ATNHDLDRLWWWCB-WJQLOWBJSA-M
| SMILES = CCC1=C(C2=NC1=CC3=C(C4=C([N-]3)C(=C5[C@H]([C@@H](C(=N5)C=C6C(=C(C(=C2)[N-]6)C=C)C)C)CCC(=O)OC/C=C(\C)/CCCC(C)CCCC(C)CCCC(C)C)[C@H](C4=O)C(=O)OC)C)C.[Mg+2]
| SMILES1 = COC(=O)C9C(=O)c6c(C)c3n7c6c9c2C(CCC(=O)COCC=C(C)CCCC(C)CCCC(C)CCCC(C)C)C(C)c1cc5n8c(cc4n([Mg]78n12)c(c=3)c(CC)c4c)c(C=C)c5C
| UNII = YF5Q9EJC8Y
| UNII_Ref = {{fdacite|changed|FDA}}
| EC_number = 207-536-6
| RTECS = FW6420000
  }}
|Section2={{Chembox Properties
| C=55 | H=72 | Mg=1 | O=5 | N=4
| Appearance = 緑色
| Odor = 無臭
| Density = 1.079 g/cm<sup>3</sup><ref name=chemister />
| MeltingPt = ~
| MeltingPtC = 152.3
| MeltingPt_ref = <ref name=crc>{{CRC90}}</ref><br>分解<ref name=chemister>{{cite web|last = Anatolievich|first = Kiper Ruslan | name-list-style = vanc |website = chemister.ru|url = http://chemister.ru/Database/properties-en.php?dbid=1&id=1870|title = Chlorophyll ''a''|access-date = 2014-08-23|archive-url = https://web.archive.org/web/20141129080648/http://chemister.ru/Database/properties-en.php?dbid=1&id=1870|archive-date = 2014-11-29|url-status = dead}}</ref>
| Solubility = 不溶
| SolubleOther = [[エタノール]]、[[ジエチルエーテル]]によく溶ける<br />[[ベンジン]]<ref name=crc />、[[アセトン]]、[[ベンゼン]]、[[クロホルム]]<ref name=chemister />に可溶
| Absorbance = 本文を参照
  }}
|Section3={{Chembox Hazards
| MainHazards = 
| FlashPt = 
| AutoignitionPt =
  }}
}}

'''クロロフィル''a'''''は、[[酸素]][[光合成]]で使用される[[クロロフィル]]の1種類である。スペクトルで紫から青とオレンジから赤の[[波長]]からほとんどのエネルギーを吸収し、緑や緑に近い部分はあまり吸収しない<ref>{{Cite web |url=http://www.emc.maricopa.edu/faculty/farabee/BIOBK/BioBookPS.html |title=Photosynthesis |url-status=dead |archive-url=https://web.archive.org/web/20091128090227/http://www.emc.maricopa.edu/faculty/farabee/BIOBK/BioBookPS.html |archive-date=2009-11-28 |accessdate= |url-status-date=2022-02-20}}</ref>。クロロフィルは光を反射しないが細胞壁などの構造により拡散反射された緑色の光が反射光に多く含まれるため、クロロフィルを含む組織は緑色に見える<ref>{{cite journal | vauthors = Virtanen O, Constantinidou E, Tyystjärvi E | title = Chlorophyll does not reflect green light - how to correct a misconception | journal = Journal of Biological Education | volume = in press | date = December 2020 | pages = 1–8 | doi = 10.1080/00219266.2020.1858930 | doi-access = free }}</ref>。この{{仮リンク|光合成色素|en|photosynthetic pigment}}は、[[電子伝達系]]における主要な電子供与体としての役割があるため、[[真核生物]]、[[藍藻]]、および[[原核緑藻]]の光合成に不可欠である<ref name="Plant Biology 2">
{{cite book |last1=Raven |first1=Peter H. |last2=Evert |first2=Ray F. |last3=Eichhorn |first3=Susan E. | name-list-style = vanc |chapter=Photosynthesis, Light, and Life |title=Biology of Plants |publisher=W. H. Freeman |year=2005 |pages=119–127 |edition=7th |isbn=0-7167-9811-5 }}
</ref>。クロロフィルaはまた、{{仮リンク|緑色植物の光捕集複合体|en|Light-harvesting complexes of green plants|label=アンテナ複合体}}において共鳴エネルギーを伝達し、特定のクロロフィル{{仮リンク|P680|en|P680}}および{{仮リンク|P700|en|P700}}が配置されている反応中心で終了する<ref name="Chlorophyll a Fluorescence 3">
{{cite book | last1 = Papageorgiou | first1 = G. | last2 = Govindjee | name-list-style = vanc  | title = Chlorophyll ''a'' Fluorescence, A Signature of Photosynthesis | series = Advances in Photosynthesis and Respiration | volume = 19 | publisher = Springer | year = 2004 | page = 14, 48, 86 | author2-link = Govindjee }}
</ref>。

==クロロフィル''a''の分布==
クロロフィル''a''はほとんどの光合成生物が[[化学エネルギー]]を放出するために不可欠であるが、光合成に使用される唯一の色素ではない。すべての酸素光合成生物はクロロフィル''a''を使用するが、{{仮リンク|クロロフィルb|en|chlorophyll b|label=クロロフィル''b''}}のような{{仮リンク|補助色素|en|accessory pigment}}が異なっている<ref name="Plant Biology 2"/>。クロロフィルaは[[嫌気性生物|嫌気性]]光独立栄養生物である[[緑色硫黄細菌]]にもごく少量含まれている<ref name="Genome sequence 4">
{{cite journal | vauthors = Eisen JA, Nelson KE, Paulsen IT, Heidelberg JF, Wu M, Dodson RJ, Deboy R, Gwinn ML, Nelson WC, Haft DH, Hickey EK, Peterson JD, Durkin AS, Kolonay JL, Yang F, Holt I, Umayam LA, Mason T, Brenner M, Shea TP, Parksey D, Nierman WC, Feldblyum TV, Hansen CL, Craven MB, Radune D, Vamathevan J, Khouri H, White O, Gruber TM, Ketchum KA, Venter JC, Tettelin H, Bryant DA, Fraser CM | display-authors = 6 | title = The complete genome sequence of ''Chlorobium tepidum'' TLS, a photosynthetic, anaerobic, green-sulfur bacterium | journal = Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America | volume = 99 | issue = 14 | pages = 9509–14 | date = July 2002 | pmid = 12093901 | pmc = 123171 | doi = 10.1073/pnas.132181499 | bibcode = 2002PNAS...99.9509E | doi-access = free }}
</ref>。これらの生物は[[バクテリオクロロフィル]]と一部のクロロフィル''a''を使用するが、酸素を生成しない<ref name="Genome sequence 4"/>。{{仮リンク|酸素非発生光合成|en|Anoxygenic photosynthesis}}は、この過程に適用される用語であり、光合成の光反応中に酸素が生成される酸素光合成と異なる。

==分子構造==
クロロフィル''a''は、4つの窒素原子が中央の[[マグネシウム]]原子を取り囲む[[クロリン]]環から構成され、他のいくつかの[[側鎖]]と[[炭化水素]]の尾を有する。
{| style="margin:auto;"  class="wikitable"
|<center>[[File:Chlorophyll-a-3D-balls.png|200px]]</center>||[[File:Chlorophyll-a-3D-spacefill.png|200px]]
|-
| colspan="2" style="text-align:center;" |長い炭化水素の尾を示すクロロフィル''a''分子の構造
|}

===クロリン環===
[[File:Chlorin.svg|class=skin-invert-image|thumb|100px|left|クロロフィル''a''の中心環構造である[[クロリン]]]]
クロロフィル''a''は、[[クロリン]]と呼ばれる大きな環構造に囲まれたマグネシウム[[イオン (化学)|イオン]]が含まれる。クロリンは[[ピロール]]に由来する[[複素環式化合物]]である。クロリンの4つの窒素原子がマグネシウム原子を囲み、結合する。マグネシウム中心はその構造をクロロフィル分子として独自に定義する<ref name="Plant Physiology 5">
{{cite book |last1=Zeiger |first1=Eduardo |last2=Taiz |first2=Lincoln | name-list-style = vanc |chapter=Ch. 7: Topic 7.11: Chlorophyll Biosynthesis |chapter-url=http://4e.plantphys.net/article.php?ch=0&id=76 |title=Plant physiology |publisher=Sinauer Associates |location=Sunderland, MA |year=2006 |isbn=0-87893-856-7 |edition=4th }}
</ref>。[[バクテリオクロロフィル]]のポルフィリン環は飽和しており、光の吸収に変化を起こす交互に配列した二重結合と単結合はない<ref name="Biochemistry 7">
{{cite book |first1=Mary K. |last1=Campbell |first2=Shawn O. |last2=Farrell | name-list-style = vanc |title=Biochemistry |url= https://books.google.com/books?id=NYa45_BxgukC&pg=PA647 |date=20 November 2007 |publisher=Cengage Learning |isbn=978-0-495-39041-1 |pages=647 |edition=6th}}
</ref>。

===側鎖===
[[File:C-3 position Chlorophyll a.svg|class=skin-invert-image|thumb|160px|left|緑で囲んだCH<sub>3</sub>はC-7位のクロロフィル''a''の[[メチル基]]である。]]
[[側鎖]]はさまざまなクロロフィル分子のクロリン環に結合する。側鎖が異なることでクロロフィル分子の特徴が異なり、光の吸収スペクトルを変化する<ref name="Plant Ecology I 7">
{{Cite book | vauthors = Lange L, Nobel P, Osmond C, Ziegler H | title = Physiological Plant Ecology I – Responses to the Physical Environment | volume = 12A | publisher = Springer-Verlag | year = 1981 | pages = 67, 259 }}
</ref><ref name="Spectral Properties of 10 Natural Chlorophyll Molecules">
{{cite journal | vauthors = Niedzwiedzki DM, Blankenship RE|author2-link=Robert E. Blankenship| title = Singlet and triplet excited state properties of natural chlorophylls and bacteriochlorophylls | journal = Photosynthesis Research | volume = 106 | issue = 3 | pages = 227–38 | date = December 2010 | pmid = 21086044 | doi = 10.1007/s11120-010-9598-9 | s2cid = 28352285 }}
</ref>。例えば、クロロフィル''a''とクロロフィル''b''の唯一の違いはクロロフィル''b''がC-7位にメチル基ではなく[[アルデヒド]]を有する点である<ref name="Spectral Properties of 10 Natural Chlorophyll Molecules"/>。

===炭化水素の尾===
クロロフィル''a''は長い[[疎水性]]の尾を持ち、[[葉緑体]]の[[チラコイド膜]]にある他の疎水性タンパク質に分子を固定する<ref name="Plant Biology 2"/>。長い炭化水素の尾は、ポルフィリン環から分離すると、[[地球化学]]の研究と石油源の決定に重要な[[プリスタン]]や[[フィタン]]というバイオマーカーの前駆体となる。

==生合成==
クロロフィル''a''の生合成経路はさまざまな[[酵素]]を利用する<ref name="biosynthesis 8">{{cite journal | vauthors = Suzuki JY, Bollivar DW, Bauer CE | title = Genetic analysis of chlorophyll biosynthesis | journal = Annual Review of Genetics | volume = 31 | issue = 1 | pages = 61–89 | year = 1997 | pmid = 9442890 | doi = 10.1146/annurev.genet.31.1.61 }}</ref>。ほとんどの植物では、クロロフィルは[[グルタミン酸]]に由来し、[[ヘム]]と[[シロヘム]]と共有される分岐経路に沿って合成される<ref>{{cite journal| title=Tetrapyrroles: the Pigments of Life. A Millennium review |last = Battersby | first = A. R. | journal =Nat. Prod. Rep.  | year =2000 | volume = 17 |issue = 6 | pages =507–526 |doi=10.1039/B002635M | pmid = 11152419}}</ref><ref name="akhtar94">{{cite book |doi=10.1002/9780470514535.ch8|chapter=The Modification of Acetate and Propionate Side Chains During the Biosynthesis of Haem and Chlorophylls: Mechanistic and Stereochemical Studies|title=Ciba Foundation Symposium 180 - the Biosynthesis of the Tetrapyrrole Pigments|series=Novartis Foundation Symposia|year=2007|last1=Akhtar|first1=M.|volume=180|pages=131–155|pmid=7842850|isbn=9780470514535}}</ref><ref name="Review">{{cite journal |title=Biosynthesis of chlorophylls from protoporphyrin IX |last =Willows | first =Robert D. | journal =Natural Product Reports  | year =2003 | volume = 20 |issue = 6 | pages =327–341 |doi=10.1039/B110549N |pmid=12828371}}</ref>。最初の段階では、グルタミン酸を[[5-アミノレブリン酸|アミノレブリン酸]] (ALA) に組み込む。次に、ALAの2つの分子が[[ポルフォビリノーゲン]] (PBG) に還元され、PBGの4つの分子が結合して{{仮リンク|プロトポルフィリンIX|en|Protoporphyrin IX}}を形成する<ref name="Plant Physiology 5"/>。

{{仮リンク|クロロフィル合成酵素|en|Chlorophyll synthase}}<ref>{{cite journal |doi= 10.1515/BC.2002.198 |title= Pre-Loading of Chlorophyll Synthase with Tetraprenyl Diphosphate is an Obligatory Step in Chlorophyll Biosynthesis |year= 2002 |last1= Schmid |first1= H. C. |last2= Rassadina |first2= V. |last3= Oster |first3= U. |last4= Schoch |first4= S. |last5= Rüdiger |first5= W. |journal= Biological Chemistry |volume= 383 |issue= 11 |pages= 1769–78 |pmid= 12530542 |s2cid= 3099209 |url= https://epub.ub.uni-muenchen.de/17847/1/bc.2002.198.pdf }}</ref>は反応{{EC number|2.5.1.62}}を触媒することにより、クロロフィル''a''<ref>{{cite journal |doi=10.1007/s11103-004-2331-3 |title=Recent advances in chlorophyll biosynthesis and breakdown in higher plants |year=2004 |last1=Eckhardt |first1=Ulrich |last2=Grimm |first2=Bernhard |last3=Hortensteiner |first3=Stefan |journal=Plant Molecular Biology |volume=56 |issue=1 |pages=1–14 |pmid=15604725 |s2cid=21174896 }}</ref><ref>{{cite journal |doi=10.1007/s11120-006-9076-6  |title=Recent advances in chlorophyll biosynthesis |year=2007 |last1=Bollivar |first1=David W. |journal=Photosynthesis Research |volume=90 |issue=2 |pages=173–194 |pmid=17370354 |s2cid=23808539 }}</ref>の生合成を完了する酵素である。
:クロロフィリドa + [[フィチル二リン酸]] <math>\rightleftharpoons</math> クロロフィル''a'' + 二リン酸
これにより、20個の炭素[[ジテルペン]]アルコール[[フィトール]]がついたクロロフィリド''a''のカルボキシ基のエステルが形成される。

==光合成の反応==
===光吸収===

====光スペクトル====
[[File:Chlorophyll ab spectra-en.svg|thumb|220px|left|クロロフィル''a''とクロロフィル''b''の吸収スペクトル。2つを一緒に使用すると、エネルギーを生成するための光の吸収の大きさが高まる。]]
クロロフィル''a''は[[紫]]、[[青]]、[[赤]]の光を吸収し、[[緑]]の光を主に反射する。この反射により、クロロフィルは緑色に見える。補助的な光合成色素は吸収される光のスペクトルを広げ、光合成に使用できる波長の範囲を広げる<ref name="Plant Biology 2"/>。クロロフィル''a''にクロロフィル''b''を並べると、吸収スペクトルが広がる。暗い場所では、植物はクロロフィル''a''分子に対するクロロフィル''b''分子の比率を大きくし、光合成の収量を増やす<ref name="Plant Ecology I 7"/>。

====集光====
[[File:Chlorophyll a antenna complex.jpg|thumb|160px|right|葉緑体のチラコイド膜内でのエネルギー伝達を伴うアンテナ複合体。反応中心のクロロフィル''a''は、励起された電子を受容体に伝達する唯一の色素である。]]
光合成色素による光の吸収により、光子が化学エネルギーに変換される。[[葉緑体]]に放射される光エネルギーは、[[チラコイド]]膜の色素に当たり、それらの電子を励起する。クロロフィル''a''分子は特定の波長のみ捕捉するため、生物は黄色の円で示された補助色素を使用して、より広い範囲の光エネルギーを捕捉することがある<ref name="Chlorophyll a Fluorescence 3"/>。次に、捕捉された光を共鳴エネルギーとしてある色素から次の色素に伝達し、反応中心の特殊なクロロフィル''a''分子に到達するまでエネルギーを色素から色素へ渡す<ref name="Plant Ecology I 7"/>。これらの特別なクロロフィル''a''分子は[[光化学系II]]と[[光化学系I]]の両方に存在する。これらは光化学系IIではP680、光化学系IではP700と呼ばれる<ref name="Ishikita 9">{{cite journal | vauthors = Ishikita H, Saenger W, Biesiadka J, Loll B, Knapp EW | title = How photosynthetic reaction centers control oxidation power in chlorophyll pairs P680, P700, and P870 | journal = Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America | volume = 103 | issue = 26 | pages = 9855–60 | date = June 2006 | pmid = 16788069 | pmc = 1502543 | doi = 10.1073/pnas.0601446103 | bibcode = 2006PNAS..103.9855I | doi-access = free }}</ref>。P680とP700は電子伝達系への主要な{{仮リンク|電子供与体|en|electron donor}}である。これらの2つの系は一電子酸化の酸化還元電位が異なる。P700のE<sub>m</sub>は約500{{nbsp}}mVであり、P680のE<sub>m</sub>は約1,100-1,200{{nbsp}}mVである<ref name="Ishikita 9" />。

===主な電子供与===
クロロフィル''a''は光合成のエネルギー段階で非常に重要である。光合成の過程を進めるには2つの[[電子]]を{{仮リンク|電子受容体|en|electron acceptor}}に渡す必要がある<ref name="Plant Biology 2"/>。両方の光合成系の反応中心内には酸化還元反応を介して電子を[[電子伝達系|伝達系]]に渡すクロロフィル分子の対がある<ref name="Ishikita 9"/>。

== 出典 ==
{{reflist|2}}

== 関連項目 ==
*{{仮リンク|光化学系II集光性タンパク質|en|Photosystem II light harvesting protein}}
*{{仮リンク|クロロフィルb|en|Chlorophyll b}}
*{{仮リンク|クロロフィルc|en|Chlorophyll c}}

== 外部リンク ==
*{{harvnb|Zeiger|Taiz|2006|loc=Topic 7.11: Chlorophyll Biosynthesis}}

{{テトラピロール}}

{{DEFAULTSORT:くろろふいるA}}
[[Category:テトラピロール]]
[[Category:光合成色素]]