Els pigments vegetals

Els pigments vegetals Premi Nobel de   química , 1915   (Richard   Willstätter)

2015

    Aroa Serrano

2015

Els pigments vegetals ÍNDEX

PREMIS NOBEL Els Premis   Nobel van   ser   creats   en   el   seu   testament   per Alfred   Nobel,   inventor   de  la dinamita i industrial suec. La seua funció és la de premiar les persones la labor de les  quals haguera sigut excel∙lent al llarg de la seua vida en algun dels camps premiats.   Nobel   va   signar   el   seu   testament   al   Club   Suec­Noruec   de París el 27   de  novembre de 1895.   Se   sentia   culpable   per   la   seva   responsabilitat   com   a   empresari  enriquit a través d'una indústria productora de dinamita el principal mercat era la mineria,  però   també   la guerra.   Aquesta   pot   haver   estat   la   motivació   principal   del   seu   famós  testament, potser lligat al costum de l'època de realitzar accions per fer transcendir el 

seu nom en morir. 

Les diferents modalitats en què és pot aconseguir el premi són; en física, en medicina o  fisiologia,   en   literatura,   de   la   pau,   em   economia   o,   en   el   cas   que   explicarem   a  continuació, en química. 

INTRODUCCIÓ El  meu  objectiu   és  donar  una  idea de  quina  és la  rellevància  del  descobriment   en   qüestió   i   per   això   retrocedeixo   en   el   temps   per  parlar sobre el camí de creació de coneixement que culmina amb el  Nobel   de   què   estic   parlant.   Aquesta   culminació,   però,   és   per  necessitat una cosa transitòria, la ciència continua avançant. El Nobel de química de l’any 1915, lliurat a Richard Martin Willstätter,  en paraules de la Reial Acadèmia Sueca de les Ciències va ser; “Per  les  seves investigacions  sobre  pigments vegetals,  especialment  la  clorofil∙la”.

Durant la Primera Guerra Mundial l'Acadèmia va intentar mantenir­se neutral, i va atorgar  premis   a   científics   de   tots   dos   bàndols,   cosa   que   és   honrósa.   1915   va   ser   un   bon  exemple d'això , ja que el premi de Física es va lliurar a dos científics d'un bàndol (els  dos Bragg) i el de Química a un de l'altre bàndol: Richard Willstätter, un alemany. En  aquest   cas,   a   més,   l'honra   no   només   correspon   a   l'Acadèmia,   ja   que   Willstätter   va  demostrar   la   seva   talla   moral   durant   la   pròpia   Gran   Guerra   i   de   nou   en   la   terrible  Alemanya dels anys posteriors.

CONTEXT HISTORIC Richard Willstätter  (1872­1942 )

El primer a adonar­se que les plantes i la composició de l'aire  tenien alguna cosa a veure va ser el químic anglès Joseph  Priestley al segle XVIII. Priestley va realitzar multitud d'experiments per a determinar  la composició de l'aire. En alguns va fer cremar diferents coses en un recipient de  vidre hermèticament tancat, en altres va introduir petits animals, com ratolins, en  aquests recipients. Va extreure moltes conclusions sobre això, com l'existència de  l'aire desflogistizat capaç de sostenir la vida i fer cremar una espelma,  és a dir,  l'oxigen, però una és especialment interessant avui. En deixar un ratolí en el recipient hermètic durant cert temps arribava un moment en què  l'animal moria; en termes de Priestley i el concepte erroni de  Joseph Priestley  flogist,   la   respiració   del   animal   anava   flogistizant   l'aire   i  (1733­1804) "danyant­lo" fins que era incapaç de mantenir viu al ratolí. El  mateix passava en fer cremar una espelma. Però tot canviava a l'introduir una planta al recipient . Quan   Priestley   deixava   al   ratolí   tancat   però   afegia   una   mica   de   menta,   el   ratolí  sobrevivia. El mateix passava, naturalment, amb la vela i menta. La planta estava fent  alguna cosa a l'aire, una cosa contrari al que feien la vela i el ratolí. En paraules del propi  Priestley   en   el   seu  “Experiments   and   Observations   on   Different   Kinds   of   Air”  (Experiments   i  observacions  amb   diferents   tipus   d'aire),   de   1790,   a   la  secció   corresponent   als  seus  experiments amb plantes; “Un podria haver imaginat que, atès que l'aire comú és necessari per a la vida vegetal, el mateix que per a la   animal, tant plantes com animals ho haurien afectat de la mateixa manera, i reconec que jo mateix tenia   aquesta expectativa quan per primera vegada vaig posar una tija de menta en un recipient de vidre, cap per   avall en un got d'aigua. Però quan va continuar creixent allí diversos mesos, vaig descobrir que l'aire mai   s'extingia una espelma ni era perjudicial per al ratolí que vaig introduir­hi.” Priestley tenia una hipòtesi sobre el mètode pel qual les plantes podien "restaurar" l'aire  viciat per animals o combustions: “Aquesta restauració del aire viciat, crec, és efectuada per les plantes en absorbir la matèria flogística de  

què està sobrecarregat (l'aire) després de la combustió de cossos inflamables. Però hi hagi una base per a   aquesta conjectura o no, el fet és, penso jo, indiscutible.” Efectivament, la conjectura era errònia (encara que la intuïció de l'anglès, si penses en  aquesta matèria flogística com CO2, és notable), però el fet era indiscutible: Priestley va  realitzar   experiments   amb   tot   tipus   de   plantes   vives,   i   va   comprovar   que   aquesta  propietat no depenia del tipus de planta, i era una cosa que només succeïa amb els  vegetals. Estem encara a la fi del segle XVIII , i el vitalisme (la idea que els processos  relacionats   amb   els   organismes   vius   són   d'alguna   manera   incomparables   amb   els  processos inorgànics i probablement inexplicables) encara campa lliurement. Les plantes  feien això, però ningú sabia com ni per què. Vam descobrir alguna cosa més gràcies a un holandès, Jan Ingenhousz. Aquest  químic, biòleg i metge va demostrar entre altres coses que les plantes necessiten  respirar, de la mateixa manera que els animals, però també va demostrar una cosa  molt   més   interessant   per   a   nosaltres   ara   mateix:   el   fet   que   aquesta   màgica  "regeneració de l'aire" no era una cosa que la planta fes per si mateixa. Ingenhousz  va   introduir   plantes   vives   en   aigua   i   va   observar   la   formació   de  bombolles sobre els fulls, les bombolles es formaven sempre, però  en presència de llum solar eren molt més abundants i el gas era  diferent que en absència de llum . La conclusió del neerlandès va  ser clara: “Vaig observar que [ ... ] aquest meravellós procés no es deu en cap manera al   propi creixement de la planta, sinó a la influència de la llum del Sol sobre la planta”. Jan Ingenhousz  (1730­1799)

Avui en dia sabem, és clar, que el creixement de la planta sí  que té a veure amb això, però els acurats experiments de  Ingenhousz ens van obrir els ulls: el procés de "regeneració  de l'aire" no era una cosa inherent a la planta i independent del exterior, sinó un procés  que requeria llum solar. Una altra cosa era saber què diables estava passant a l'interior  de les cèl∙lules vegetals perquè això succeís. Què tenien les plantes que els permetia fer  alguna cosa aparentment màgic? Per comprendre­ho calia, en part, comprendre la composició de l'aire com a barreja de  gasos i poder identificar cada un d'ells, ja que parlar de "regenerar " l'aire  és bastant  dolent. El propi Priestley va identificar el gas que formava bombolles sobre les fulles  d'una planta submergida en aigua: era oxigen. Atès que l'oxigen és precisament el gas  que els éssers vius necessiten per respirar i els combustibles per cremar, això tenia molt  de sentit. Però, com i a partir de què produïen les plantes aquest oxigen? Ingenhousz ens va revelar part del trencaclosques: quan la planta formava bombolles  d'oxigen sobre les parts submergides en aigua es produïa un altre canvi simultani: el  contingut de l'aigua en àcid carbònic (H2CO3) disminuïa. Atès que l'àcid carbònic que  apareix naturalment en l'aigua és el resultat de la dissolució del diòxid de carboni (CO2)  de l'aire, les peces començaven a encaixar.

Altres científics van seguir realitzant experiments gairebé simultàniament, encara a la fi  del segle XVIII i principis del XIX. Un suís, Jean Senebier, es va adonar que qualsevol  part  de   la   planta   no   produïa   aquelles  bombolles:  només  les  parts  verdes  ho   feien   (i  només en presència de llum solar, una cosa que ja havia observat Ingenhousz). Un altre  suís, Nicolas Théodore de Saussure, es va adonar d'una cosa encara més important.  D'una banda, en exposar la planta a la llum solar l'aigua del recipient era consumida a   major ritme  que  en  la foscor, el que suggeria que la planta estava  utilitzant el aigua   d'alguna manera per produir l'oxigen. L'absorció d'aigua per part de les plantes és una  cosa molt obvia, però aquesta diferència de consum entre llum i foscor no ho va ser fins  a l'arribada del suís. 

Jean Senebier (esquerra) i Nicolas ­   A  Théodore de Saussure (dreta). més, si es mesurava la massa de la planta  segons passava el temps, així com el consum d'aigua, es comprovava que l'augment de  massa de la planta era més gran que la disminució de massa del aigua que la envoltava.  La diferència es devia al fet que la planta estava prenent matèria de dues fonts diferents:  d'una banda el aigua, i d'altra banda el diòxid de carboni de l'aire. Aquesta assimilació  del carboni aconseguia d'alguna manera combinar el H2O i el CO2 utilitzant l'energia de  la llum del Sol per produir el creixement de la planta. Tot i que el procés químic és molt més complex, i no vam ser conscients de moltes de les  seves complexitats fins a un segle després, un resum del que sabíem en l' XIX seria  alguna cosa com això : H2O + CO2 + llum →  O2 + Glúcids La raó de que la llum fos necessària, i d'això eren conscients els químics de l'època, era  el fet que la reacció necessitava d'energia per produir­se: les oxidacions requerides i els  enllaços que havien de trencar­se abans de formar altres nous exigien una aportació  d'energia considerable. D'acord amb el darwinisme que també es desenvolupava per  llavors,   les   plantes   havien   evolucionat   per   emprar   la   llum   del   Sol   com   aquesta   font  d'energia necessària. A principis del XIX érem conscients, per tant, d'un procés mitjançant el qual era possible  produir   matèria   orgànica   a   partir   de   substàncies   inorgàniques.   Per   descomptat   no  sabíem  exactament   com,  però   l'assimilació   de   matèria   vinguda   per   part   de   les   parts 

verdes de les plantes era una connexió entre el món comprensible quantitativament , el  de les coses no vives i el món dels éssers vius. Alguna cosa en les parts verdes de les  plantes era capaç de convertir el no viu a matèria viva. Però què era aquesta cosa? Tretze  anys després, van  arribar a una  conclusió parcial. Un farmacèutic i un  químic  francesos, Joseph Bienaimé Caventou i Pierre Joseph Pelletier, van  col∙laborar   junts   durant   anys   a   París   identificant   compostos  químicament actius presents en les plantes. Aquesta col∙laboració els  va portar a descobrir molts i molt famosos exemples del que amb el  temps es cridarien alcaloides. En quatre anys prodigiosos, entre 1817  i   1821,   Pelletier   i   Caventou   van   aïllar   cafeïna,   estricnina,   quinina,  brucina,   emetina...   i   una   substància   química   que   proporcionava   el  color verd a les plantes. Joseph Caventou i Pierre Pelletier en   Caventou i Pelletier van publicar en 1818 “Sud la   el descobriment de la quinina en 1820 Matière  veure't donis Feuilles” (Sobre la  substància  verda   de   les   fulles   ),   i   allí   van   batejar   aquest  compost amb el nom que vam seguir fent servir  avui en dia: “La substància verda dels vegetals [ ... ] Proposem donar­li el nom de clorofil∙la”. El nom proposat pels dos francesos era el resultat de combinar khloros i phyllon, del grec   groc­verdós i fulla. Khloros  és també l'origen del nom de l'element químic clor, per la  mateixa raó (el color). Encara que altres dels alcaloides vegetals obtinguts per Pelletier i  Caventou tenen probablement major importància (per les vides que van salvar , com la  quinina) el descobriment de la clorofil∙la és el que més m’interessa. La   clorofil∙la   no   estava   present   en   totes   les   parts   de   les   plantes:   el   miracle   de   la  "regeneració de l'aire" de Priestley només es produïa a les parts verdes, que és on es  troba aquest compost. Però és que, a més, aquesta substància no estava repartida per  tota la part verda, per a adonar­se calia observar amb  cura   la   cèl∙lula   vegetal   amb   un   microscopi   de   la  suficient potència. Un prussià, Julius von Sachs, ho va fer a mitjans del  segle XIX, i es va adonar d'alguna cosa: certs orgànuls  a   l'interior   de   la   cèl∙lula   vegetal   contenien   grans   de  midó   i   la   mida   d’aquests   grans   de   midó   canviava   al  llarg del dia. Durant el dia aquests petitíssims grànuls  de midó augmentaven gradualment de mida, i durant la  nit   disminuïen   de   mida.   I   aquestes   estructures   eren  l'únic lloc de la cèl∙lula on apareixia la clorofil∙la.

Per tant va resultar evident que, per una banda, aquests orgànuls eren els responsables,  pel   seu   contingut   en   clorofil∙la,   de   donar   el   color   verd   a   la   planta,   i   per   un   altre   es  confirmava que era la clorofil∙la la responsable química de la capacitat de les plantes per  realitzar   el   doble   i   meravellós   procés:   convertir   diòxid   de   carboni   i   aigua   en   matèria  orgànica   gràcies   a   la   llum   solar   i   emetre   en   conseqüència   oxigen   a   l'exterior.   Com  aquestes parts de la cèl∙lula li donaven el color verd a la planta, se'ls va donar el nom de  cloroplasts (pel grec massilles, formar). Julius von Sachs (1832­1897)

Al   mateix   temps   que   s'estudiaven   plantes   per   localitzar   la   clorofil∙la   en   elles,   molts  químics  intentaven  respondre   a  una   altra  Cloroplasts en les cèl lules de Plagiomnium affine pregunta:  què   era  exactament  la   clorofil∙la,  químicament parlant? Jöns Jacob Berzelius, havia trobat una sorprenent similitud entre  la clorofil∙la i un altre compost en principi molt diferent: l'hemoglobina, present a la sang   dels vertebrats.  L'hemoglobina és un pigment que, en combinar amb oxigen, pren un viu color vermell. La  clorofil∙la  també   és  un   pigment,   però  el   seu   color   és   verd.  Ara   bé,   l'hemoglobina  no  apareix en les plantes, el mateix que la clorofil∙la no apareix en els animals, i les seves  funcions biològiques són molt diferents: l'hemoglobina serveix per transportar oxigen en  el   torrent  sanguini.  D'altra   banda,  la   clorofil∙la   té   a  veure   amb   gasos.  Podrien   tenir  ambdues alguna cosa que veure químicament parlant?  D'acord amb Berzelius, sí. En tractar els dos compostos amb àcids i bases i realitzar  altres reaccions químiques amb tots dos, el suec va arribar a la conclusió que es  comportaven de manera tan semblant que probablement tenien una naturalesa molt  similar. Ara bé, li va ser impossible determinar la naturalesa exacta de les dues i en què  es   diferenciaven:   sí,   totes   dues   estaven   associades   a   vius   colors,   però   per   què   tan  diferents?

L'assumpte   era   dificilíssim   per   les  dates  de   que   parlo.   La   clorofil∙la   i   l'hemoglobina   i  tantes  altres   molècules  orgàniques   requerien,   per   a   ser   compreses,   no   només  d'una  enorme precisió en l'experimentació, sinó del  desenvolupament  d'una  química  orgànica,  ja  Jöns Jacob Berzelius (1779­1848) que aquest tipus de compostos era moltíssim  més complex que les molècules simples de la 

química inorgànica. Aquesta nova química va sorgir al segle XIX i, a la fi d'aquest segle,  per fi va començar a donar els seus fruits en el cas de la clorofil∙la. Serà a finals del segle, que es va produir un canvi no en el coneixement sinó en la  nomenclatura. Com he dit abans, durant molt de temps es va cridar al procés químic del  que la clorofil∙la era un element essencial en l’assimilació del carboni. No obstant això,  en 1893 el nord­americà Charles Barnes va proposar dos noms alternatius: fotosintaxis o  fotosíntesi. Al   mateix   temps   que   Barnes  proposava   noms  alternatius  per  al   procés,  els  científics  estaven   atacant   la   clorofil∙la   obtinguda   de   les   plantes   mitjançant   gairebé   qualsevol  reacció   de   la   que   eren   capaços.   De   fet,   l'època   i   el   coneixement   corresponent   feien  inevitable que es descobrís la naturalesa del compost. El seu mèrit era que, encara que  altres van realitzar experiments similars, va ser ell qui ho va fer amb més rigor, qui més  conclusions   va   extreure   i   qui   més   concloentment   va   determinar   les   propietats   de   la  clorofil∙la. Richard Martin Willstätter va néixer a Karlsruhe, Alemanya, en una família jueva a 1872.  Als 18 anys va entrar a la Universitat de Munich i allí va estudiar Química i es va graduar  sota la tutela d'Adolf von Baeyer, protagonista del Nobel de Química de 1905 pel seu  estudi d'un pigment orgànic, l'anyil.  Casualitat? No, von Baeyer va despertar l'interès de  Willstätter en la química orgànica en general, i en els pigments i alcaloides vegetals en 

Richard Willstätter de jove

particular. De fet, la tesi doctoral del jove en 1894 anava sobre l'estructura de la cocaïna. Ara bé, el treball de Willstätter sobre la clorofil∙la no ho va realitzar sota von Baeyer. Tot i  que encara quedaven anys per a l'arribada d'Adolf Hitler, l'antisemitisme ja bullia per tota  Europa, i a Alemanya era molt intens. El mateix von Baeyer va suggerir a Willstätter en  1902   que   es   convertís   al   cristianisme   i   es   bategés   per   suavitzar   les   coses   i   així   no  perjudicar   la   seva   carrera   professional,   però   el   jove   es   va   negar   i   va   decidir   buscar  fortuna fora d'Alemanya, a Suïssa, on l'estupidesa humana no era tan intensa. El 1905 va entrar a formar part del claustre de la Eidgenössische Technische Hochschule  de Zurich, i va ser allà on va començar a desentranyar els secrets d'aquesta molècula.  Willstätter ens va revelar grans secrets de la clorofil∙la però no va ser ell qui va identificar  absolutament tot el que hi ha en ella, perquè això caldrà va arribar al 1940.

EL DESCOBRIMENT Willstätter va seguir el treball de Berzelius amb àcids i bases, però amb més rigor encara  que el suec i, naturalment, amb seixanta anys d'avenços en química. El seu objectiu era  utilitzar   reaccions   químiques   per   a   "   trencar"   la   molècula:   havia   bastant   clar   que  probablement era  una molècula  orgànica complexa ,  és a  dir , formada  per  diverses  cadenes   i   grups   ,   de   manera   que   va   intentar   aïllar   aquestes   parts   una   per   una   per  identificar­les. Tractant la molècula amb hidròxid de potassi (KHO) va produir la hidròlisi d'un triglicèrid  mitjançant una base. En fer­ho va obtenir la primera "peça" identificable de la clorofil∙la:  un llarguíssim alcohol de fórmula empírica C20H40O que va denominar fitol. En retirar el  fitol de la clorofil∙la, desapareixia al voltant d'un terç de la seva massa, de manera que  Willstätter encara tenia per descobrir dues terceres parts de la molècula. Ara bé, el fitol no era el responsable del color verd de la clorofil∙la, perquè al eliminar el  que   quedava   seguia   sent   verd.   Willstätter   va   tractar   llavors   de   fer   reaccionar­lo   amb  bases fortes i després amb àcids forts, per identificar la raó del color verd. En aquesta  resta de la molècula l'alemany va trobar àcids carboxílics, però el més interessant de tot  és que aquesta resta contenia el que, després d'utilitzar àcids per aïllar­la , va resultar  ser magnesi. Algun altre químic havia detectat magnesi  abans,   però   no  havia estat capaç de demostrar que no fos una impuresa,  i la seva presència  era   tan   rara   (mai   abans   havia   estat   detectat   en   una  biomolècula)   que  era necessària gran contundència per demostrar que hi  era. Aquest magnesi constituïa al voltant del 3% del pes de la molècula, però va resultar ser  fonamental.   D'una   banda   la   part   de   la   molècula   que   el   contenia   semblava   ser  precisament   la   que   donava   el   color   verd   a   la   clorofil∙la,   i   Willstätter   va   denominar   a  aquestes estructures clorofil∙lites. D'altra banda no es tractava d'un  àtom de magnesi  perdut en l' extrem de la molècula: d'haver estat així seria molt fàcil aïllar­lo utilitzant els 

forces elèctriques, ja que els ions de magnesi tenen càrrega positiva. Però el metall era  molt difícil d'extreure de la clorofil∙la, com si estigués "tancat i lligat per tot arreu". Això no era nou. El que fa a l'hemoglobina especial és una estructura en forma d'anell  que conté en el seu interior ("tancat i lligat per tot arreu") un  àtom de ferro, i aquesta  estructura   és   la   responsable   del   color   particular   de   la   hemoglobina.   La   clorofil∙la  semblava   tenir,   per   tant,   una   similitud   sorprenent   amb  l'hemoglobina:  els experiments de Willstätter suggerien un anell orgànic que  contenia   al  seu centre un àtom metàl∙lic, però en comptes de ferro com  en el cas  de l'hemoglobina, de magnesi. Una similitud que no hagués  resultat sorprenent a Berzelius. 

Clorofil∙la;   l'anell   amb   àtoms   de   nitrogen   (blau)   i   magnesi (verd), a més de la llarga cadena de fitol   cap a l'esquerra.  Poc   més   tard  Willstätter va aconseguir demostrar més enllà de tot dubte  la connexió química entre hemoglobina i clorofil∙la. Aquests anells amb un àtom metàl∙lic  eren tan semblants que l'alemany va aconseguir , després d'un nombre de reaccions  químiques, obtenir un anell sense el  àtom metàl∙lic dins, a partir de la clorofil∙la, i el  mateix   anell   a   partir   de   l'hemoglobina.   Aquest   tipus   d'estructures   es   van   denominar  porfirines, hi ha moltes i gran nombre d'elles són pigments de colors brillants.

Grup hemo de l'hemoglobina. El centre amb àtoms   de nitrogen (blau) i ferro (morat).

Tant en el cas del grup hemo com  en el de la clorofil∙la, l'àtom metàl∙lic  pren   part   en   diverses   reaccions  d'oxidació­reducció: serveix de "dipòsit d'electrons" donats per altres àtoms, com l'oxigen  del CO2 en el cas de la clorofil∙la o el del O2 en el cas del grup hemo, de manera que els   organismes que els empren poden "atrapar" gasos o àtoms de molècules gasoses com a  part de la seva biologia. Però el químic no es va parar aquí. Quan Willstätter va realitzar aquestes "disseccions químiques" amb la clorofil∙la extreta  de diferents plantes es va adonar de dues coses. D'una banda, la clorofil∙la semblava ser  bàsicament   la   mateixa   molècula           Richard Willstätter al seu laboratori de          Berlín, 1913

independentment   de   la   planta   de   la   qual   provingués,   però   d'altra   banda   al  descompondre­la   en   els   seus   constituents   químics   semblava   obtenir   dos   resultats  diferents, com si en tots els casos existissin 2 clorofil∙les diferents. Després d'anys de  treball, tant en l'ETH de Zürich com posteriorment a la Universitat de Berlín i la Kaiser  (Societat del Kaiser Guillem per l'avanç de la ciència), Willstätter va poder publicar les  seves conclusions sobre aquesta  espècie de "doble clorofil∙la". Sí, ara que tenia cert  prestigi, la seva carrera no trobava obstacles pel fet de ser jueu. L'alemany havia trobat dues formes molt semblants, però no exactament iguals, de la  molècula, que va anomenar clorofil∙la A i clorofil∙la B. La primera era de color blau­verdós  i la segona groc­verdós, i en veure barrejades en gran quantitat el color resultant era el   "verd clorofil∙la" que veia en els cloroplasts. Però la clorofil∙la, és clar, no era verda, sinó  una barreja de les altres dues. La clorofil∙la A absorbia llum en unes longituds d'ona més  que   la   clorofil∙la   B  i   viceversa,   de   manera   que   juntes   absorbien   una   bona   porció   de  l'espectre solar. A la imatge del costat, només deixen un bon buit sense absorbir en la zona mitjana del  espectre   visible,   és   a   dir,   en   el   verd,   per   això   veiem   la   barreja   verda.   Per   què   no  absorbir tot i ser negra? No ho sabem, però cal recordar que l'evolució  biològica no té un pla i el que existeix no és la millor  solució possible en tots els casos. 

A  més   de   la   clorofil∙la,  Willstätter  va   estudiar  Patrons d'absorció de les clorofil∙les A i   altres pigments vegetals de color vermell i blau  B. intens   anomenats   antocianines.   Les  antocianines   donen   el   color   a   les   mores,   als  nabius,   les   cireres,   les   albergínies,   el   blat   de  moro   morat   i   moltes   flors   com   les   roses   o   els  pensaments. L'alemany va fer una cosa semblat al que va aconseguir amb la clorofil∙la:  "desmuntar" la gran molècula en fragments més petits i identificables. Les antocianines  van resultar ser glucòsids, és a dir, molècules formades per un glúcid unit a una altra  cosa. Atès que la glucosa no té color vermell ni blau, aquesta altra cosa era qui donava el color  a la flor o fruit, i Willstätter va denominar a aquests grups cianidines, encara que avui en   dia es diuen més comunament antocianidines. En estudiar moltes plantes es va adonar  que la reacció d'aquestes cianidines amb altres compostos a la planta (per exemple la  saba) podia donar al pigment colors bastant diferents. Atès que aquestes antocianines  tenen   tons   molt   intensos,   els   éssers   humans   hem   fins   i   tot   seleccionat   artificialment  plantes amb un major contingut en ells simplement per la seva aparença.

Antocianidines: coliflor morada Curiosament,   l'evolució  biològica   sembla   haver  seleccionat el contingut  en   antocianines  precisament   per   la   mateixa   raó:   a   diferència   de   la   clorofil∙la,   aquests   pigments   no  serveixen   per  produir  un   cicle   de  reaccions  químiques.   El   que   en   la   clorofil∙la   és un  "efecte   col∙lateral"   és  l'objectiu   d'aquests  pigments  vegetals:   atreure  insectes,  ocells  i  altres animals pel cridaners que són, ja sigui per pol∙linitzar, disseminar llavors o el que  sigui. Les antocianines són, “maquillatge evolutiu”. El que no va aconseguir Willstätter va ser identificar l'estructura exacta i detallada ni de  les antocianines ni de la clorofil∙la o, més ben dit, de les clorofil∙les, perquè a més de les  dues   que   va   descobrir   ell   va   resultar   haver­ne   més,   ni   tampoc   la   cadena   exacta   de  reaccions químiques que formen la fotosíntesi. Per a ambdues coses va caldre esperar  uns quants anys més. I part de la culpa d'això la va tenir la guerra. L'esclat de la Primera Guerra Mundial va fer molt difícil continuar les investigacions, però  la cosa va anar fins i tot pitjor que no fer res: Willstätter va ser convidat a un dels horrors  més espantosos creats per l'ésser humà, la síntesi de gasos verinosos. Era inevitable:  encara que el seu treball se centrés en els alcaloides vegetals, era una de les principals  figures de la química orgànica alemanya, i la Gran Guerra va ser un escenari d'horror en  aquest aspecte. Però, naturalment, la major part de la gent no ho veia així: per la majoria  era   una   qüestió   de   simple   patriotisme   i   lleialtat   desenvolupar   les   armes   més   letals  possibles. Així, un bon amic de Willstätter, Fritz Haber, el va convidar a unir­se a ell en l'elaboració  de gasos verinosos per utilitzar en la guerra. No obstant això, Richard Willstätter es va  negar   a   participar   en   tal   horror;   va   acceptar   per   contra   dedicar   el   seu   esforç   a  desenvolupar proteccions contra aquests gasos, i en poc temps havia dissenyat un filtre  per màscares antigàs d'enorme qualitat.

Richard Willstätter al seu laboratori en   acabar la Gran Guerra Després de la guerra i el guardó Willstätter  continuar el seu treball en química orgànica (va ser un dels principals defensors de la  idea que els enzims no eren organismes biològics sinó molècules complexes).

PARAULES DE L’ENTREGA DEL NOBEL Les paraules del professor Hammarsten, president de la comissió de Química de la Reial  Acadèmia  Sueca   de  les Ciències,  escrites i  no  pronunciades,  perquè  no  hi  va  haver  cerimònia de lliurament el 1915: “Per la seva propietat de fer possible l'assimilació de diòxid de carboni sota la influència de la llum solar i així   introduir la síntesi de substàncies orgàniques en les parts verdes de la planta, la clorofil∙la, com  és ben   sabut,   té   una   gran   importància   biològica   i  té   un   treball  extremadament  important   en   l'economia   de   la   Naturalesa. Elucidar la naturalesa i manera de funcionament d'aquesta substància és, per tant, una tasca de   màxima importància. No obstant això, les dificultats trobades pels investigadors en aquest camp han estat tan grans que fins fa   molt   poc   temps   han   evitat   un   estudi   satisfactori  del  problema   de   la  clorofil∙la.   Willstätter   és  el  primer,   juntament amb diversos dels seus alumnes, a solucionar aquestes dificultats mitjançant mètodes innovadors   i   molt   valuosos   i   mitjançant   investigacions   extenses,   dutes   a   terme   amb   un   mestratge   experimental   considerable. Arran dels nous i importants descobriments que han resultat d'aquestes investigacions ha   aconseguit revelar en totes les seves parts essencials la qüestió de la naturalesa química de la clorofil∙la. És cert que els investigadors anteriors havien observat que la clorofil∙la conté magnesi, a més d'altres   substàncies minerals. No obstant això, Willstätter té el mèrit d'haver estat el primer a reconèixer i demostrar   amb proves el fet que el magnesi no és una impuresa sinó una part integral de la clorofil∙la pura de la natura,   un fet d'enorme importància des del punt de vista biològic.

Ha demostrat que el magnesi està unit a la molècula de clorofil∙la d'una manera molt similar al del ferro a   l'hemoglobina, aquest enllaç és tan ferma que el magnesi no s'allibera fins i tot sota l'acció d'una base forta.   D'altra banda pot ser extret amb un àcid sense danyar la resta de la molècula de clorofil∙la , i la clorofil∙la   sense   magnesi   així   obtinguda   és   molt   útil   per   a   certes   investigacions.   Willstätter   ha   utilitzat   aquesta   circumstància per determinar fins a quin punt la clorofil∙la és la mateixa en diferents tipus de plantes . Les investigacions realitzades en més de dues centes plantes diferents, tant fanerògames com criptògames,   han demostrat que la clorofil∙la era la mateixa en tots els tipus examinats fins al moment. Aquesta clorofil∙la,   però, no és una substància químicament homogènia. És una barreja de dues clorofil∙les molt similars però   diferents, una d'elles blau­verdosa i l'altra groc­verdosa, i la primera apareix en major densitat en els fulls   que la segona. El fet que la clorofil∙la en la seva definició ordinària és una barreja de dos pigments verdosos ja havia estat   certament proposat com a probable per Stokes en 1864 , i tant Tsvett com Marchlevski havien donat suport   fermament aquesta hipòtesi. Ha estat Willstätter , però, qui ha demostrat això de manera concloent. La preparació de clorofil∙la en un estat pur i inalterat i en quantitats prou grans com per realitzar­hi una   anàlisi química ha estat, per descomptat, una de les tasques més importants en la investigació sobre ella, al   mateix temps era una de les més difícils de totes. En dur a terme aquesta tasca, Willstätter també ha   aconseguit obtenir els dos tipus diferents de clorofil∙la esmentats anteriorment en un estat pur, i així ha   obtingut una prova definitiva de la seva existència. En fer­ho ha aconseguit portar a terme una investigació en profunditat sobre el gran nombre de derivats   diversos   que   poden   obtenir   d'aquestes   dues   clorofil∙la   diferents,   i   com   a   resultat   d'això   ha   il∙luminat   considerablement   el   camp   de   la   química   de   la   clorofil∙la,   que   era   abans   molt   complicat   i   confús.   En   desenvolupar mètodes per preparar clorofil∙la pura en grans quantitats, també ha creat noves i prometedores   possibilitats d'investigacions futures i profitoses en aquest camp. No obstant això, la part més important de les investigacions de Willstätter ha estat la relacionada amb la   detecció de l'estructura química de la clorofil∙la. Ha demostrat que la clorofil∙la és un èster, el qual en ser   saponificat amb una base pot ser separat en un alcohol abans desconegut anomenat fitol, que representa   una tercera part de la molècula, i un pigment anomenat clorofil∙lina que conté magnesi, que forma la resta   de la molècula . Ha investigat amb cura aquests dos components tant de manera individual com a través  dels seus productes de transformació i descomposició. A més, ha descobert que aquesta separació de la clorofil∙la en els seus dos components abans esmentats   també es pot produir com a resultat de l'acció d'un enzim que apareix en les fulles, que ha cridat clorofilassa,   i així ha estat capaç d'elucidar la naturalesa de la clorofil∙la cristal∙litzada. Ha demostrat que aquesta no és,   com alguns investigadors havien suposat, el pigment pur i inalterat de les fulles. La clorofil∙la cristal∙litzada   és un producte de laboratori , un èster bàsic, que no té fitol. La clorofil∙la amorfa, que conté fitol, és el   pigment natural i inalterat que existeix en les parts verdes de la planta. Una part molt important del treball de Willstätter sobre l'estructura química de la clorofil∙la és la de les seves   investigacions sobre els pigments, la clorofilina i altres filines i derivats d'aquella. Aquestes investigacions   són de particular interès en la qüestió de la relació entre els pigments de la sang i la clorofil∙la.

És possible preparar, partint del pigment vermell de la sang, l'hemoglobina, substàncies de color morat i   lliures   de   ferro,   conegudes   com   porfirines,   i   la   coneguda   des   de   fa   més   temps   de   totes   elles   és   la   hematoporfirina. S'ha preparat una substància  òpticament molt similar a ella a partir d'un derivat de la   clorofil∙la per part d'Hoppe ­ Seyler, que ha cridat aquest pigment clorofíl∙lic filoporfirina per la similitud entre   les dues substàncies. Schunck i Marchlevski han demostrat posteriorment que hi ha una relació química   entre el pigment de la sang i la clorofil∙la, però també en aquest cas ha estat Willstätter qui ha dut a terme   les investigacions més concloents. En aquestes investigacions concernents al nucli de pigment tant en la clorofil∙la com en l'hemoglobina, ha   realitzat observacions noves i molt importants sobre els pirrals i la seva posició en aquest nucli, en particular   ha demostrat que és possible preparar, a partir d'aquests dos pigments, la mateixa porfirina, etioporfirina, la   molècula manté les característiques essencials del nucli pigmentós. En fer­ho ha demostrat de la manera   més concloent i interessant la relació entre els dos pigments més importants, biològicament parlant, de la   Naturalesa:  l'hemoglobina i la clorofil∙la. També ha preparat en estat pur i estudiat exhaustivament els pigments grocs, anomenats carotenoides, que   apareixen juntament amb la clorofil∙la en les fulles de les plantes. Mitjançant els resultats obtinguts estudiant   aquests pigments grocs i les clorofil∙les, ha preparat el camí per a noves investigacions sobre el paper   exercit pels diferents pigments de les fulles en l'assimilació de l'àcid carbònic. A més ha estudiat amb gran èxit altre grup de pigments vegetals, els pigments blaus i vermells de les flors   anomenats antocianines. Ha aïllat el pigment característic i investigat seva naturalesa química per a un gran   nombre de flors com blauet, rosa, pelargonia, esperó de cavaller, malva­rosa, etc. A més d'alguns fruits com   nabius, raïm negre i nabius vermells. Com a resultat ha demostrat que les antocianines són glucòsids, que   poden descompondre en un tipus de sucre i un component pigmentari, cianidina. Willstätter ha determinat l'estructura química d'aquestes cianidines; ha demostrat en què consisteix la seva   diferència entre els diferents tipus de flors i fruits, i també ha demostrat la seva estreta relació amb els   pigments grocs que apareixen a la Naturalesa del grup de la flavona o el flavonol . En reduir un d'aquests   pigments grocs, la quercetina, ha obtingut la cianidina que apareix en les roses i els blauets, i mitjançant la   síntesi   química   ha   aconseguit   obtenir   la   cianidina   de   la   pelargonia,   la   pelargonidina.   Ha   demostrat   la   dependència dels pigments florals de l'acció de la saba, i ha explicat així com és possible que la mateixa   antocianina   tingui   un   color   diferent   en   flors   diferents,   com   succeeix   amb   les   roses   i   els   blauets.   La   antocianina és la mateixa en els dos casos, però a la rosa està unida a un àcid vegetal i és per tant vermella,   mentre que en el blauet està unida a una base i és per tant blau. En estendre les seves investigacions als pigments grocs de les flors i mitjançant la determinació quantitativa   de les antocianines en certs tipus, ha demostrat la diferència de color que les flors prenen en la Naturalesa   sota la cura del jardiner depenent de diferents circumstàncies , com l'aparició de diverses antocianines   diferents en el mateix tipus, grans variacions en el contingut en antocianines, diferents reaccions de la saba i   la presència simultània de diferents tipus de pigments grocs, que un cop més poden diferir uns dels altres en   diferents tipus. En aquest camp de la química de pigments vegetals, la investigacions de Willstätter també poden considerar   pioneres, les més importants i més completes, però, són les relacionades amb la clorofil∙la, mitjançant les  

que no només ha aconseguit desentranyar l'estructura química d'aquesta substància, sinó que a més ha   establert una base sòlida per a la realització amb èxit d'investigacions a llarg termini en aquest camp   extremadament important de la química vegetal”.

APLICACIONS Encara   que   Willstätter   no   va   descobrir   la   clorofil∙la,   va   desentranyar   tal   quantitat  d'informació sobre la seva naturalesa i la relació amb altres molècules orgàniques que el  nostre   coneixement   sobre   aquesta   molècula   fonamental   per   a   la   vida   va   canviar  radicalment després del seu treball. I és que abans d'ell sabíem ben poc sobre ella, i  estic parlant de principis del segle XX.  Durant tot el treball, ja he anat donant informació sobre les coses que podem aplicar  aquest descobriment. Parlant amb termes generals, actualment utilitzem aquest recurs  per a la pigmentació d’aliments i moltes altres utilitats relacionades amb l’alimentació. 

WEBGRAFIA Biografia de Willstätter: http://es.wikipedia.org/wiki/Richard_Willst%C3%A4tter Informació sobre la clorofil∙la: http://es.wikipedia.org/wiki/Clorofila

Pàgina oficial del premi Nobel de 1915:  http://www.nobelprize.org/nobel_prizes/chemistry/laureates/1915/ Pigments en plantes, llibre de Willstätter:  http://www.nobelprize.org/nobel_prizes/chemistry/laureates/1915/willstatter­lecture.pdf Història de la evolució de la fotosíntesis:  http://www.nobelprize.org/nobel_prizes/chemistry/laureates/1915/willstatter­lecture.pdf