Klorofil
(dari bahasa Inggris, chlorophyll)
atau zat hijau daun (terjemah langsung dari bahasa Belanda, bladgroen) adalah pigmen yang dimiliki oleh berbagai organisme dan menjadi salah satu molekul berperan utama dalam fotosintesis.
Klorofil memberi warna hijau pada daun tumbuhan hijau dan alga hijau, tetapi juga dimiliki oleh berbagai alga
lain, dan beberapa kelompok bakteri fotosintetik. Molekul klorofil
menyerap cahaya merah, biru, dan ungu, serta memantulkan cahaya hijau dan sedikit
kuning, sehingga mata manusia menerima warna ini. Pada tumbuhan darat dan alga
hijau, klorofil dihasilkan dan terisolasi pada plastida yang disebut kloroplas.
Klorofil memiliki
beberapa bentuk. Klorofil-a terdapat pada semua organisme autotrof. Klorofil-b dimiliki alga hijau
dan tumbuhan darat. Klorofil-c dimiliki alga pirang, alga keemasan, serta diatom (Bacillariophyta). Klorofil-d dimiliki oleh alga merah (Rhodophyta). Selain berbeda rumus kimia,
jenis-jenis klorofil ini juga berbeda pada panjang gelombang cahaya yang
diserapnya.
Meskipun bervariasi,
semua klorofil memiliki struktur kimia yang bermiripan, yaitu terdiri dari porfirin tertutup
(siklik), suatu tetrapirol, dengan ion magnesium di pusatnya dan "ekor" terpena. Kedua gugus ini adalah kromofor ("pembawa
warna") dan berkemampuan mengeksitasi elektron apabila terkena cahaya pada panjang gelombang
tertentu.
Baca juga : Fotosintesis
Karena peran
klorofil, tumbuhan darat dapat membuat makanannya sendiri dengan bantuan cahaya matahari sehingga menjadi organisme
autotrof.
Klorofil
dan fotosintesis
Klorofil dan
fotosintesis adalah sesuatu yang sangat berhubungan karena Klorofil sangat
penting untuk fotosintesis, yang memungkinkan tanaman untuk menyerap energi
dari cahaya.
Molekul klorofil
secara khusus diatur di dalam dan sekitar fotosistem yang tertanam dalam
membran tilakoid kloroplas. Di bagian ini, klorofil memiliki dua fungsi utama.
Fungsi dari sebagian besar klorofil (sampai beberapa ratus molekul per
fotosistem) adalah untuk menyerap cahaya dan mentransfer energi cahaya melalui
transfer energi resonansi ke sepasang klorofil khusus di pusat reaksi
fotosistem.
Kedua saat diterima
fotosistem unit fotosistem II dan fotosistem I, yang memiliki klorofil sendiri
pusat reaksi yang berbeda, bernama P680 dan P700, masing-masing. Pigmen ini
dinamai panjang gelombang (dalam nanometer) merah-puncak maksimum penyerapan
mereka .
Sifat identitas, fungsi dan spektral dari jenis klorofil di setiap
fotosistem yang berbeda dan ditentukan oleh satu sama lain dan struktur protein
yang mengelilingi mereka. Setelah diambil dari protein ke dalam pelarut
(seperti aseton atau metanol).
Fungsi dari klorofil
pusat reaksi adalah dengan menggunakan energi yang diserap oleh dan dipindahkan
ke sana dari pigmen klorofil lainnya di fotosistem untuk menjalani pemisahan
muatan, reaksi redoks tertentu di mana klorofil menyumbangkan elektron ke dalam
serangkaian intermediet molekul yang disebut rantai transpor elektron.
Reaksi
dibebankan pusat klorofil (P680 +) yang kemudian dikurangi kembali ke keadaan
dasar dengan menerima elektron. Dalam fotosistem II, elektron yang mengurangi
P680 + akhirnya berasal dari oksidasi air menjadi O2 dan H + melalui
intermediet beberapa. Reaksi ini adalah bagaimana organisme fotosintetik seperti
tanaman menghasilkan gas O2, dan merupakan sumber untuk hampir semua O2 di
atmosfer bumi.
Fotosistem I biasanya bekerja secara seri dengan fotosistem II,
sehingga + P700 dari fotosistem I biasanya berkurang, melalui intermediet
banyak dalam membran tilakoid, oleh elektron akhirnya dari fotosistem II.
Reaksi transfer elektron dalam membran tilakoid yang kompleks, bagaimanapun,
dan sumber elektron yang digunakan untuk mengurangi P700 + dapat bervariasi.
Aliran elektron
dihasilkan oleh pigmen reaksi pusat klorofil digunakan untuk antar-jemput H +
ion melintasi membran tilakoid, menyiapkan potensi kemiosmotik digunakan
terutama untuk menghasilkan ATP energi kimia, dan elektron-elektron pada
akhirnya mengurangi + NADP ke NADPH, reduktor universal yang digunakan untuk
mengurangi CO2 menjadi gula serta pengurangan biosintesis lainnya.
Reaksi pusat
klorofil-protein kompleks mampu langsung menyerap cahaya dan melakukan kegiatan
tanpa biaya pemisahan pigmen klorofil lain, tetapi salib penyerapan bagian
(kemungkinan menyerap foton di bawah intensitas cahaya yang diberikan) kecil.
Dengan demikian, klorofil yang tersisa di fotosistem dan kompleks antena
protein pigmen yang berhubungan dengan fotosistem semua kooperatif menyerap dan
menyalurkan energi cahaya ke pusat reaksi. Selain klorofil, ada pigmen lain,
yang disebut pigmen aksesori, yang terjadi dalam protein kompleks pigmen
antena.
Sebuah siput laut
hijau, Elysia chlorotica, telah ditemukan untuk menggunakan klorofil untuk
dimakan dan melakukan fotosintesis untuk dirinya sendiri. Proses ini dikenal
sebagai kleptoplasty, dan tidak ada hewan lainnya yang memiliki kemampuan ini.
Mengapa
hijau dan tidak hitam?
Bagian lain dari
sistem fotosintesis tanaman hijau masih memungkinkan untuk menggunakan spektrum
cahaya hijau (misalnya, melalui struktur daun-perangkap cahaya, karotenoid,
dll). Tanaman hijau tidak menggunakan sebagian besar dari spektrum yang
terlihat seefisien mungkin.
Sebuah pabrik hitam dapat menyerap lebih banyak
radiasi, dan ini bisa menjadi sangat berguna, jika panas tambahan yang
diproduksi secara efektif dibuang (misalnya, beberapa tanaman harus menutup
bukaan mereka, yang disebut stomata, pada hari-hari panas untuk menghindari
kehilangan terlalu banyak air, yang meninggalkan konduksi hanya , konveksi, dan
radiasi panas-rugi sebagai solusi). Pertanyaannya mengapa menjadi molekul
menyerap cahaya hanya digunakan untuk kekuasaan pada tanaman hijau dan tidak
hanya hitam.
Shil DasSarma, ahli
genetika mikroba di University of Maryland, telah menunjukkan bahwa spesies
archaea lakukan menggunakan molekul lain menyerap cahaya, retina, untuk
mengekstrak listrik dari spektrum hijau. Dia menggambarkan pandangan beberapa
ilmuwan bahwa seperti hijau-menyerap cahaya archae pernah mendominasi
lingkungan bumi.
Ini bisa meninggalkan membuka "niche" untuk
organisme hijau yang akan menyerap panjang gelombang lain dari sinar matahari.
Ini hanya kemungkinan, dan Berman menulis bahwa para ilmuwan masih belum yakin
dari penjelasan satu.
Astronom dan ahli
matematika Fred Hoyle menduga bahwa klorofil adalah mungkin menjadi molekul
antar, menunjukkan kesamaan sifat cahaya menyerap debu antarbintang.