Klorofil - Definisi, Struktur, Jenis, Biosintesis dan Kegunaan

Definisi, Struktur, Jenis, Biosintesis dan Kegunaan dari Klorofil

Pengertian Klorofil

Apa itu Klorofil ?

Klorofil adalah kelas penting dari molekul pigmen yang bertindak sebagai fotoreseptor utama pada kebanyakan tumbuhan hijau.

• Klorofil adalah pigmen fotosintesis yang terlibat dalam menyerap radiasi elektromagnetik dan membantu konversi energi cahaya menjadi energi kimia melalui sintesis senyawa organik. Istilah 'klorofil' berasal dari dua kata Yunani; khloros artinya hijau pucat dan phyllon artinya daun.
• Pigmen fotosintesis biasanya memiliki warna berbeda, dan mereka menyerap cahaya dengan panjang gelombang berbeda tergantung warnanya.
• Klorofil unik untuk pigmen lain karena menyerap sinar cahaya dengan panjang gelombang tertentu yang memiliki energi yang cukup untuk membangun jaringan.
• Klorofil pada tumbuhan hadir di semua bagian hijau dan terlokalisasi dalam bentuk unit seperti cakram yang disebut tilakoid di kloroplas setiap sel.
• Klorofil sebagian besar menyerap bagian biru dari radiasi elektromagnetik dengan beberapa radiasi dari bagian merah. Namun, itu tidak menyerap bagian hijau dan malah memantulkannya, menghasilkan warna hijau yang khas.
• Meskipun klorofil paling banyak ditemukan pada tumbuhan hijau, klorofil ditemukan di hampir semua organisme fotosintetik mulai dari alga hingga beberapa bakteri. Klorofil yang ditemukan pada makhluk hidup yang berbeda mungkin dari jenis yang berbeda.
• Klorofil yang ditemukan di daun ada dalam bentuk kompleks pemanen cahaya, dan sifat penyerap cahayanya juga sangat berbeda.
• Dalam bentuk bebas, klorofil menjadi tereksitasi oleh cahaya dan dengan cepat melepaskan energi dalam bentuk fluoresensi.
• Namun, dalam bentuk utuh di daun, energi yang diserap diteruskan ke molekul berikutnya dengan fluoresensi yang sangat sedikit.
• Klorofil dengan demikian merupakan pigmen penting yang bertanggung jawab untuk penyerapan energi dari cahaya dan transfernya ke dalam bentuk kimiawi sehingga dapat dimanfaatkan oleh organisme hidup.

Struktur klorofil

• Molekul klorofil terdiri dari inti logam pusat yang dikelilingi oleh struktur yang mengandung nitrogen, menghasilkan cincin porfirin.
• Semua molekul klorofil dicirikan oleh adanya empat cincin mirip pirol (dengan demikian disebut tetrapyrroles) bersama dengan cincin kelima tambahan.
• Selain itu, terdapat sejumlah rantai samping yang melekat pada struktur cincin, salah satunya yang terpenting adalah rantai samping dari hidrokarbon panjang yang disebut cincin fitol.
• Rumus molekul klorofil adalah C 55 H 72 MgN 4 O 5 .
• Klorofil diklasifikasikan sebagai klorin, yang merupakan kerabat dekat porfirin seperti hemoglobin.
• Ada berbagai jenis klorofil yang mungkin berbeda dalam struktur kimianya seperti yang terjadi pada organisme hidup yang berbeda.
• Di antara semua jenis klorofil, struktur klorofil a adalah yang paling banyak dipelajari.
• Secara struktural, klorofil berbeda dari pigmen fotosintetik lainnya karena mereka memiliki jaringan ikatan tunggal dan rangkap bergantian yang membuatnya cukup efektif terhadap fotoresepsi.
• Elektron dalam molekul tidak terlokalisasi tetapi tetap didistribusikan ke seluruh ikatan, yang memungkinkan pigmen lebih mudah menyerap cahaya.

Jenis Klorofil

Klorofil a

• Klorofil a adalah jenis klorofil yang paling banyak tersebar yang ditemukan di semua organisme hidup yang mampu melakukan fotosintesis oksigen (menghasilkan oksigen sebagai produk sampingan).
• Ini juga telah dilaporkan dalam jumlah kecil di beberapa bakteri belerang yang melakukan fotosintesis anaerobik.
• Pigmen menyerap sebagian besar panjang gelombang yang ada dalam bagian biru-ungu dan oranye-merah dari cahaya, dan memantulkan cahaya kuning-hijau, menghasilkan munculnya warna hijau pada bagian-bagian tersebut.
• Ini ditemukan di sebagian besar organisme fotosintetik milik eukariota, cyanobacteria, dan prochlorophytes di mana mereka bertindak sebagai donor elektron utama dalam rantai transpor elektron.
• Struktur klorofil a mirip dengan struktur dasar klorofil dengan cincin klorin dimana empat atom nitrogen mengelilingi ion magnesium.
• Klorofil a berbeda dengan klorofil lainnya pada jenis rantai samping yang menempel pada cincin. Ia memiliki gugus metil dan etil pendonor elektron pada posisi C-7 dan C-8, yang membedakannya dari klorofil b.
• Ekor hidrokarbon dalam kasus klorofil a bersifat hidrofobik yang memungkinkan pengikatan molekul ke protein hidrofobik lain dalam membran tilakoid kloroplas.
• Biosintesis klorofil a terjadi melalui reaksi antara klorofilida a dan phytyl difosfat dengan adanya enzim klorofil sintase.

Klorofil b

• Klorofil b adalah klorofil paling melimpah kedua dalam organisme fotosintetik oksigen. Ini dibedakan dari klorofil a dalam substitusi formil di posisi C-7 cincin.
• Klorofil b hadir sebagai bagian dari komponen kompleks antena perifer.
• Ini disintesis dengan oksidasi gugus metil yang ada di klorofil a menjadi gugus formil.
• Rumus molekul klorofil b adalah C 55 H 70 MgN 4 O 6, dan ini menyerap sebagian besar cahaya biru pada spektrum panjang gelombang.
• Klorofil b ditemukan pada sebagian besar tumbuhan darat di sekitar fotosistem II dan pada kloroplas yang beradaptasi dengan naungan, rasio klorofil b lebih banyak pada fotosistem II daripada pada fotosistem I.
• Konsentrasi klorofil b dapat meningkat dengan adaptasi organisme, dan dengan peningkatan klorofil b, kisaran panjang gelombang yang diserap oleh organisme juga meningkat.
• Proses biosintesis klorofil b mirip dengan klorofil a, dan berlangsung dengan adanya enzim klorofil sintase.

Klorofil c

• Klorofil c adalah suatu bentuk klorofil yang bertindak sebagai pigmen aksesori dan distribusinya kurang luas dibandingkan klorofil a dan b.
• Pigmen ini ditemukan pada ganggang eukariotik berwarna coklat keemasan, ganggang laut, dan dinoflagellata.
• Klorofil c menghasilkan warna biru-hijau karena menyerap cahaya di daerah panjang gelombang 447-520nm. Rumus molekul klorofil c adalah C 35 H 28 O 5 N 4 Mg.
• Secara struktural, klorofil c berbeda dengan klorofil lain karena memiliki struktur cincin porfirin tanpa ekor isoprenoid atau cincin D.
• Mereka memiliki asam trans akrilik di C-17 (cincin D), bukan rantai samping asam propionat klorofil a dan b, yang di semua pigmen klorofil c polar tidak diesterifikasi menjadi fitol atau alkohol rantai panjang alifatik lainnya.
• Pigmen klorofil yang ada dalam bentuk klorofil c dibagi lagi menjadi klorofil c 1 , klorofil c 2, dan klorofil c 3 . Namun baru-baru ini, lima klorofil c baru juga telah diidentifikasi.
• Klorofil c 1 adalah bentuk umum klorofil c yang berbeda dari c 2 dengan adanya gugus etil alih-alih gugus vinil pada posisi C-8.
• Klorofil c 2 adalah bentuk paling umum dari klorofil c yang memiliki gugus vinil pada posisi molekul C-8.
• Klorofil c 3 adalah klorofil polar yang diisolasi dari alga haptophyte Emiliania huxleyi dan picoplanktonic chrysophyte Pelagococcus subviridis .

Klorofil d

• Klorofil d adalah salah satu bentuk klorofil yang lebih langka yang ditemukan pada beberapa spesies alga merah dan cyanobacteria.
• Ini sebagian besar ditemukan di alga laut, di mana ia bertindak sebagai adaptasi yang sesuai dengan alga dan organisme fotosintetik yang ditemukan di perairan dalam di mana tidak banyak cahaya yang dapat menembus.
• Klorofil d menyerap panjang gelombang merah jauh di luar jangkauan optik dan beberapa panjang gelombang di wilayah biru-hijau.
• Secara struktural, klorofil d mirip dengan klorofil b tetapi berbeda dari klorofil a dengan adanya gugus formil di cincin A struktur.
• Rumus molekul klorofil d adalah C 54 H 70 MgN 4 O 6 .
• Klorofil d adalah pigmen penting dalam cyanobacteria yang hidup bebas yang hidup di lingkungan terang yang memperoleh cahaya kurang tampak dan meningkatkan radiasi infra merah.
• Dalam beberapa kasus, klorofil d bahkan menggantikan klorofil dalam perannya memanen cahaya di pusat reaksi fotosintesis.

Klorofil e

• Klorofil e adalah bentuk klorofil langka yang ditemukan pada beberapa alga emas, terutama dua spesies, Tribonema bombycinum, dan Vaucheria hamata .
• Klorofil e ditemukan mirip dengan bakteri klorofil yang didistribusikan di cyanobacteria. Bertindak sebagai pigmen aksesori dalam organisme fotosintetik yang berbeda.
• Banyak yang tidak diketahui tentang klorofil e seperti yang baru-baru ini ditemukan.
• Struktur dan rumus molekul klorofil e belum diketahui.

Klorofil f

• Klorofil f adalah bentuk klorofil terbaru yang ditemukan dari stromatolit pada tahun 2010.
• Fungsi pasti klorofil f dalam fotosintesis masih belum jelas, tetapi beberapa bukti bahwa klorofil f berfungsi sebagai pigmen aksesori dapat ditemukan.
• Klorofil f berbeda dari klorofil lain karena dapat menyerap cahaya infra merah yang ada di wilayah merah dibandingkan kloroplas lainnya.
• Bagaimanapun, telah diamati bahwa produksi klorofil merah jauh ini meningkatkan efisiensi fotosintesis oksigenik.

Gambar: Struktur berbagai jenis Klorofil. Sumber Gambar: David Richfield (Klorofil a, b, c1, c2, c3) dan Yikrazuul (Klorofil d, f).

Klorofil Biosintesis

• Biosintesis klorofil pada tumbuhan tingkat tinggi terjadi di dalam plastida karena semua enzim yang terlibat dalam proses tersebut dikodekan dengan nuklir dan diimpor secara pasca-translasi ke kloroplas.
• Biosintesis klorofil terjadi bersamaan dengan produksi pigmen lain seperti karotenoid dan protein pengikat pigmen.
• Keseluruhan proses biosintesis klorofil dapat berlangsung dalam bentuk dua jalur; jalur bebas cahaya dan jalur bergantung cahaya.
• Biosintesis dimulai dengan jalur tidak tergantung cahaya, yang terjadi tanpa adanya sinar matahari diikuti oleh jalur bergantung cahaya yang terjadi sebagai langkah terakhir dari biosintesis klorofil.
• Dalam kasus klorofil bakteri, biosintesis terjadi hanya melalui jalur tidak tergantung cahaya, sedangkan jalur bergantung cahaya adalah satu-satunya jalur dalam kasus angiospermae.
• Kedua jalur tersebut hanya terjadi pada kasus alga, cyanobacteria, lumut, dan pakis.
• Kemampuan organisme yang berbeda untuk mensintesis klorofil tanpa adanya cahaya disebabkan oleh produksi enzim spesifik yang tidak bergantung cahaya.
• Langkah pengaturan kunci biosintesis klorofil pada tumbuhan hijau adalah reduksi trans cincin D protochlorophyllide untuk membentuk klorofilida.
• Konversi dikatalisis dengan adanya enzim kloroplas yang dikodekan nuklir, oksidoreduktase protochlorophyllide.
• Enzim yang diproduksi oleh angiosperm membutuhkan energi cahaya untuk katalisis, yang mengakibatkan ketergantungan pada cahaya untuk biosintesis klorofil.
• Dalam kasus gymnospermae, alga, dan beberapa tanaman lain, dihasilkan enzim yang mengurangi protochlorophyllide terlepas dari cahaya. Ini memungkinkan organisme menghasilkan klorofil dalam gelap.

Gambar: Jalur MEP dan Tetrapyrrole Berkolaborasi dalam Biosintesis Klorofil. Sumber Gambar: Sel Tumbuhan .

Proses Biosintesis Klorofil 

Keseluruhan proses biosintesis klorofil pada tumbuhan tingkat tinggi dapat dijelaskan dalam langkah-langkah berikut:

1. Ligasi glutamat ke tRNA

• Langkah pertama biosintesis klorofil adalah ligasi glutamat ke tRNA dengan adanya sintetase glutamil-tRNA.
• Dalam kasus sel eukariotik, terdapat dua jenis glutamil-tRNA sintetase, satu di kloroplas dan yang lainnya di sitosol.

2. Penurunan glutamil-tRNA

• Glutamyl-tRNA reduktase adalah enzim kedua dari jalur biosintesis yang mengkatalisis reduksi gugus α-karbonil aktif glutamyl-tRNA.
• Langkah ini berlangsung dengan adanya NADPH dan melepaskan glutamat -1-semialdehida.
• Agar reaksi berlangsung, diperlukan nukleotida piridin.

3. Pemindahan gugus amino

• Glutamat 1-semialdehida kemudian diubah menjadi 5-aminolevulinat dengan adanya enzim glutamat 1-semialdehida.
• Enzim adalah aminomutase yang mentransfer gugus amino dari C-2 substrat ke atom karbon tetangga (C-5).

4. Kondensasi dua 5-aminolevulinate

• Langkah selanjutnya adalah kondensasi dua molekul 5-aminolevulinat dengan adanya 5-aminolevulinic dehydrogenase, juga dikenal sebagai sintase porphobilinogen, untuk membentuk porphobilinogen.

5. Pembentukan coproporphyrinogen

• Empat molekul porfobilinogen kemudian bergabung membentuk tetrapirol linier, hidroksimetilbilan dengan adanya enzim porfobilinogen deaminase.
• Hidroksimetilbilan kemudian ditindaklanjuti oleh uroporfirinogen dekarboksilase untuk menghasilkan koproporfirinogen III.

6. Dekarboksilasi coproporphyrinogen

• Langkah selanjutnya adalah dekarboksilasi oksidatif rantai samping propionat pada cincin A dan B molekul coproporphyrinogen untuk menghasilkan protoporphyrinogen IX.
• Protoporphyrinogen oksidase kemudian mengkatalisis aromatisasi yang bergantung pada oksigen dari protoporphyrinogen menjadi protoporphyrin.

7. Penyisipan ion Mg

• Protoporphyrin kemudian diubah menjadi Mg-protoporphyrin dengan memasukkan ion Mg2 + di hadapan enzim Mg-chelatase.
• Proses ini merupakan reaksi dua langkah, keduanya bergantung pada ATP.

8. Pembentukan cincin isosiklik

• Pada langkah selanjutnya, Mg-protoporphyrin diubah menjadi protochlorophyllide. Reaksi tersebut dikatalisasi oleh M-protoporphyrin cyclase yang menghasilkan pembentukan cincin isosiklik E dari Mg-protoporphyrins.
• Langkah ini dapat terjadi baik secara aerob maupun anaerob. Jalur aerobik biasa terjadi pada tumbuhan dan alga, sedangkan jalur anaerob terjadi pada bakteri.

9. Konversi protochlorophyllide menjadi chlorophyllide

• Konversi protochlorophyllide menjadi chlorophyllide adalah satu-satunya langkah jalur yang membutuhkan cahaya.
• Tahap ini dikatalisis oleh protochlorophyllide oxidoreductase, yang membutuhkan cahaya untuk penambahan C17 dan C18 pada cincin D.

10. Pembentukan klorofil

• Langkah terakhir dari jalur biosintesis klorofil adalah konversi klorofilida menjadi klorofil dengan adanya enzim klorofil sintetase.
• Pembentukan berbagai jenis klorofil bergantung pada keberadaan berbagai enzim yang mengkatalisasi konversi.

Klorofil cair

• Klorofil cair adalah ekstrak klorofil cair yang dikumpulkan dari berbagai tumbuhan hijau.
• Klorofil cair dikumpulkan dari tanaman hijau seperti rumput gandum dengan cara dibuat jus atau dapat dikonsumsi sebagai suplemen.
• Penggunaan klorofil cair telah meningkat selama bertahun-tahun karena manfaat kesehatannya.
• Klorofil cair yang diperoleh sebagai suplemen sebenarnya disebut klorofilin, dan mengandung tembaga sebagai logam pusat menggantikan magnesium.
• Sifat klorofilin mirip dengan klorofil, dan memiliki manfaat kesehatan yang serupa.
• Klorofil cair berada dalam keadaan larut lemak, dan tidak larut dalam air. Ini diserap minimal, itulah sebabnya klorofil yang diekstraksi dari tanaman hijau tidak diserap dengan baik.
• Karena penurunan penyerapan magnesium klorofil, bentuk klorofil yang tersedia secara hayati digunakan sebagai suplemen.
• Klorofilin yang digunakan sebagai suplemen memiliki kapasitas antioksidan sekitar 2000 kali lebih banyak jika dibandingkan dengan buah beri.
• Klorofil cair diambil dengan mencampurkannya dengan air tawar. Dalam beberapa kasus, klorofil cair diberi bumbu, yang meningkatkan kesegarannya.
• Klorofil cair komersial memiliki konsentrasi berbeda yang digunakan untuk tujuan berbeda. Klorofil berkualitas tinggi tidak memiliki bahan pengawet.
• Klorofil cair memiliki banyak manfaat kesehatan mulai dari nafas segar hingga peningkatan sel darah.

Aplikasi / Kegunaan dan Manfaat Kesehatan dari Klorofil

Aplikasi / Kegunaan Klorofil

• Produk berbeda yang dihasilkan sebagai turunan klorofil digunakan untuk keperluan pewarnaan di industri.
• Pigmen juga digunakan dalam berbagai produk farmasi dan kosmetik sebagai agen pewarna atau penyembuhan luka.
• Klorofil juga berperan sebagai biomordan untuk meningkatkan proses pewarnaan produk tekstil.
• Turunan klorofil dan klorofil juga dapat digunakan sebagai bahan pelapis atau pelindung karena kemampuannya membentuk film laminar dengan sifat hidrofilik atau hidrofobik.
• Klorofil juga digunakan sebagai agen pengkelat karena struktur molekulnya yang kompleks.
• Karena struktur molekul klorofil yang unik, ini bertindak sebagai katalisis reduksi oksidasi dalam reaksi kimia dan fotosensitisasi.
• Sejumlah klorofil juga ditambahkan ke krim pelindung matahari karena kemampuannya memberikan perlindungan terhadap radiasi polikromatik.
• Bentuk turunan dari klorofil, klorofilin, diambil sebagai suplemen kesehatan oleh individu dengan gangguan kekebalan.

Keuntungan dalam Kesehatan

• Klorofilin dikenal dapat mengurangi peradangan pada kulit dan mencegah pertumbuhan bakteri pada luka kulit.
• Klorofil juga meningkatkan produksi sel darah (baik sel darah merah maupun sel darah merah) sekaligus meningkatkan kualitas sel-sel ini.
• Berdasarkan penelitian yang berbeda, klorofil menunjukkan sifat anti-karsinogenik yang membantu mengurangi risiko kanker.
• Klorofil memiliki kemampuan untuk menyerap racun yang membantu detoksifikasi sistem pencernaan.
• Penggunaan klorofil juga dikaitkan dengan penurunan berat badan; Namun, penelitian tentang topik ini masih sangat terbatas.
• Klorofil bertindak sebagai deodoran internal yang membantu menghilangkan bau dari bau mulut, keringat, urin, dan bau makanan.
• Klorofil membantu pencernaan dengan bertindak sebagai pengatur fermentasi usus. Ini mengurangi produksi gas di usus dan bahkan memiliki efek antibakteri.

Efek samping Klorofil

Meskipun klorofil atau klorofilin tidak diketahui beracun, ia memiliki beberapa kemungkinan efek samping.

• Dalam beberapa kasus, klorofil dapat menyebabkan masalah pencernaan pada beberapa individu.
• Diare bersama dengan feses berwarna hijau, kuning atau hitam dapat terjadi yang mungkin keliru untuk pendarahan gastrointestinal.
• Saat menggunakan secara topikal pada permukaan kulit, gatal, atau iritasi mungkin terjadi. Uji tempel harus dilakukan sebelum digunakan.
• Bila digunakan dalam jumlah besar, klorofil cair dapat menyebabkan reaksi alergi.