Über Chlorophyll

R. Willstätter
1913 Angewandte Chemie  
In den griinen Pflanzen geschieht durch die Wirkung des Chlorophylls die unermeBliche Produktion organischer Materie. Die Tiere sind die Parasiten der assimilierenden Pflanzen, und das Leben des Menschen zehrt gleichfalls von der pflanzlichen Synthese. Fur den gesamten ProzeB der Assimilation sind besondere Organe des Plasmakorpers, worin das Pigment lokalisiert ist, als Laboratorium eingerichtet, die Chlorophyllkorper. I n ihnen erfolgt im Lichte die Reduktion der Kohlensaure zu
more » ... e zu Kohlenhydraten, die nach S a c h s in Form der Starke sichtbar abgeschieden werden, um im Dunkeln wieder in Liisung zu gehen und auszuwandern. Diese Zuckersynthese ist ein energieverbrauchender ProzeB ; die Assimilation der Kohlensiiure erfordert die Assimilation des Sonnenlichtes. Den Ubergang der Energie von der Sonne zur Erde nutzen die Pflanzen mit der ganzen Fliiche h e r griinen Rlatter &us. Auf der chemischen Arbeit, die. in den Assimilaten gespeichert worden, beruht jede Arbeit der lebenden Wesen und der mit Kohle gespeisten Maschinen, uberhaupt das Leben auf der Erde. Ohne genauere Kenntnis des Chlorophylls war es moglich, seine energetische Funktion zu untersuchen. Das Chlorophyll dient als Farbstoff zur Absorption des Sonnenlichtes und als Fluorescent zur Ubertragung der aufgenommeneq Energie. L o m m e 1 hat in den siebziger Jahren die Forderung aufgestellt, daR die Arbeit jedes Lichtstrahles im lebenden Blatt seinem Warmeinhalt und dem Grade seiner Absorption durch das Chlorophyll, also der vom Blatt absorbierten Energiemenge proportional sei. Dieser Satz ist von Pflanzenphysiologen gepriift und wahrscheinlich gemacht worden. T i m i r i a z e f f und E n g e l m a n n haben die alteren Verauche von D a u b e n y , D r a p e r und S a c h s iiber den.Zusammenhang von Lichtfarbe und A9similationsintensitat fortgesctzt und festgestellt, daR das Maximum cler Assimilationsarbeit im Spektrum mit der Region des kraftigen Absorptionsbandes von Chlorophyll im Rot zusammenfallt. Ein weniger bedeutendes zweites Assimilationsmaximum hat T i m i r i a z e f f in der Gegend der F r a u n h o f e r sphen Linie F aufgefunden, und E n g e 1 m a n n hat mit seiner beriihmten Bakterienmethode die Beobachtung bestatigt. Entsprechend dem wohlbekannten Spektrum des Chlorophylls ist die Absorption des Lichtes durch die Chloroplasten eine selektive. Die Pflanzen sind nicht fur die maximale Assimilation des Sonnenlichtes organisiert, sondern ihre griine Farbe bedeutet nach einer neuen Erklarung von 8 t a h 1 einen Ausgleich zwischen dem Erfordernis, rnit geniigender Intensitat das Licht photochemisch aiiszuniitzen, und der Gefahr, durch zu intensive Absorption den Chlorophyllapparat und das gesamte Plasma zu gefahrden. So e r U r t sich nach 8 t a h 1 das griine Pflanzenkleid der Erde als eine Anpassung an die am reichlichsten zur Verfiigung stehenden Strahlengattungen, also a n die Zusammensetzung des diffusen Tageslichtes . Von der Ubertragung der absorbierten Lichtenergie fur die Photosynthese in den Chloroplasten sucht T i m i r i az e f f eine Vorstellung zu geben mit der Annahme, das Chlorophyll sei ein optischer Sensibilisator, der die Wirkung des absorbierten Lichtes auf die Umformung der Kohlensiiure iibertrage, etwa so wie eine schnelle Einwirkung roter Licb tstrahlen auf Silberhdogenide, die sonst nur gegen 1) Vortrag, gehalten auf der Heuptversammlung zu Breslau am Vgl. auch Angew. Chem. 26, I, 507 (1913). l6./9. 1913. Ch. 1919. A. zu Nr. 87. blaue und violette Strahlen empfindlich sind, durch Zusatz von Chlorophyll erreicht werde. Tiefer geht auf die optische Beteiligung des Chlorophylls an der Photosynthese eine Hypothese ein, die der russische Botaniker T s w e t t vor zwei Jahren veroffentlicht hat. Sie kniipft an die Anschauung an, nach der Fluorescenten bei der Einwirkung von Licht unter Energieaufnahme umkehrbare molekulare Veriinderungen erfahren, so daI3 sie bei der Riickbildung ihrer urspriinglichenKonstitution die aufgenommene Energie als Luminescenzlicht ausstrahlen. Dem-gemiil3 nimmt T s w e t t an, daB eine umkehrbare molebdare Veranderung im Chlorophyll Luminescenz oder vielmehr Phosphorescenzstrahlung hervorrufe, die von der Kohlenskure oder ihren Ionen ahsorbiert werde und ihren Zerfall bewirke. Die physikalische Betrachtung l&Bt die chemische Natur des Chlorophylls unberiicksichtigt. Indessen lehrt uns schon das Beispiel des Hamoglobins, daB es nicht geniigt, die physiologische Rolle eines natiirlichen Farbstoffes durch sein Absorptionsvermogen zu erklaren. Es bedarf daher der Untersuchung, ob die chemische Natur des Cblorophylls in seine Funktion fur das Leben der F'flanze Einblick gewahrt. Mit diesem Gedanken habe ich vor acht Jahren Versuche begonnen, Chlorophyll in Substanz kennen zu lernen und zu analysieren und es fiir die Aufgaben des Pflan~~mphysiologen verfiigbar zu macben. Zu der physiologischen Bedeutung gesellt sich das chemische Interesse an einer Substane, die D a r m i n "perhaps the most interesting of organic substances" genannt hat. Merkwiirdigerweise ist sie unbekannt geblieben hinsichtlich ihrer chemischen Natur. Vom Chlorophyll stellt uns die Natur Mengen zur Verfiiguug, denen gegeniiber die Produktion von Indigo einen verschwindend kleinen Betrag darstellt. Dennoch ist es nicht eine unmittelbare praktische Verwendung des Pigmentes, an die wir denken. Aber mittelbar beeinfluBt die Aufklarung der natiirlichen Produkte wesentlich die Entwicklung der chc mischen Technik. Die menschliche Phantasie war zu arm, um Atomgruppierungen zu erfinden, wie sie in den Naturgebilden entdeckt worden sind . Die Analyse des Alizarins , des Indigofarbstoffes , der natiirlichen gelben Beizenhrbstoffe , der iitherischen ole, der Alkaloide hat die Entfaltung der synthetischen Chemie geleitet. Die alteren Arbeiten iiber Chlorophyll verdienen geschichtliches Interesse. B e r z e 1 i u s hat es in den dreiliiger Jahren des vorigen Jahrhunderts zuerst unternommen, das Pigment aus den Blattern zu isolieren. In der Meinung, das Blattgriin vertrage den EinfluR von Saure und h u g e , ohne zersetzt zu werden, hat er fur die Isolierung starke Siiuren und Alkalien angewandt. Er konnte so nur zu Produkten tiefgreifender Zersetzung gelangen. B e r z c I i 11 s urteilte, daB das Chlorophyll weder ein Harz, noch Wachs oder Fett sei, sondern zu den Farbstoffen gehore, und er verglich seine Farbkraft rnit der von Indigo. Diese Untersuchung hat auf die Ansichten und die Arbeitsweise der spateren Forscher vie1 EinfluR gehabt. Mit Saure oder rnit Alkali ist in der Fdge, namentlich um die Mitte des vorigen Jahrhunderts, die Isolierung des Farbstoffes oft angestrebt worden, von M u 1 d e r , von M o r o t , von V e r d e i l und von F r B m y . Von V e r d e i l riihrt die Hypothese von der Verwandtschaft des Blut-und des Blattfarbstoffes her; nach ihm sollen beide sehr iihnlich sein, und Chlorophyll eine bedeutende Menge Eisen enthalten wie der Blutfarbstoff. Der Eisengehalt ist dann lange Zeit, auch noch in den Arbeiten von S c h u n c k , angenommen worden. F r B m y s Untersuchungen haben das Verhiiltnis der griinen zu den gelben €'ipmenten.der Blatter beriihrt. Bei der Einwirkung von fialzsaure und Ather verteilte aich der Farbstoff 81
doi:10.1002/ange.19130268701 fatcat:24xv2koexnhgnldlffd7ntbuqm