Химические свойства пигментов листа

Фотосинтез

Фотосинтез является основным процессом жизнедеятельности растения. В процессе фотосинтеза происходит образование органического вещества из углекислого газа и воды за счет поглощаемой пигментами солнечной энергии. Это основной источник накопления органического вещества на Земле.

Фотосинтез — это сложный окислительно-восстановительный процесс, протекающий при участии многих ферментов и кофакторов, включающий световые и темновые реакции. У высших растений фотосинтез протекает в специальных клеточных органеллах — хлоропластах.

Материалы и оборудование:

свежие и сухие листья зеленого растения; спирт 85%, бензин, 20% щелочь, соляная кислота, уксуснокислый цинк или уксуснокислая медь; ступка фарфоровая, пробирки, воронка, спиртовка, водяная баня, ножницы, фильтры, песок, мел, пипетки.

Пигментная система хлоропласта представлена пигментами двух типов — зелеными (хлорофиллы «а» и «б») и желтыми (каротины и ксантофиллы). Основным функциональным пигментом является хлорофилл «а», который обнаружен у всех фотосинтезирующих организмов. Он служит непосредственным донором энергии для фотосинтетических реакций, остальные пигменты являются вспомогательными.

По своей химической природе хлорофиллы — сложные эфиры дикарбоновой кислоты хлорофиллина (магний порфирины): хлорофилл «а»:

 

COOC20H39

MgN4OH30C32

                                                                 COOCH3

 

Каротины — непредельные углеводороды (С40H56), ксантофиллы — кислородные производные каротинов (например, широко распространенный лютеин (С40H56 О2).

Фотосинтез
Фотосинтез

Фотосинтетические пигменты находятся в живом листе в тесной связи с белковолипоидными компонентами мембран хлоропластов. Обычно пигменты легко извлекаются из листа полярными растворителями (спирт, ацетон), которые разрушают связь хлорофиллов и каротиноидов с белком и липопротеидами пластид. Неполярные растворители не могут разорвать связь хлорофилла с белком. Вода также не способна нарушить связь хлорофилла с белком, хотя вода и играет определенную роль в поддержании естественного структурного состояния пигментов в живом листе. Из абсолютно сухих листьев хлорофилл невозможно извлечь безводным растворителем, поэтому используют 85% этанол или ацетон.

Ход работы

  1. Получение спиртового раствора пигментов. Сухие листья зеленого растения (хорошо использовать крапиву) размельчить и растереть в фарфоровой ступке с небольшим количеством кварцевого песка и 3 мл этилового спирта. Для нейтрализации кислотности добавлять на кончике скальпеля мел, прилить ещё 5 мл этилового спирта, растереть, дать содержимому отстояться и, сливая по стеклянной палочке жидкую фракцию, отфильтровать содержимое ступки в пробирку через сухой бумажный фильтр.
  2. Свежие листья зеленого растения нарезать узкими полосками, поместить в пробирку, залить водой, прокипятить на спиртовке 1-2 минуты, обратить внимание, не окрашивается ли вода.
  1. Разделение пигментов по методу Крауса (жидкостная хроматография)

Метод основан на различной растворимости пигментов в полярных и неполярных растворителях. К 2-3 мл спиртовой вытяжки пигментов добавить равное количество бензина, встряхнуть, внести 2-3 капли воды (для лучшего разделения слоев), снова осторожно встряхнуть и дать отстояться. В результате происходит разделение содержимого на два слоя: верхний, бензиновый (содержит хлорофилл и каротин), и нижний, спиртовой (содержит ксантофиллы).

Объяснить, почему пигменты разделились таким образом.

  1. Омыление хлорофилла щелочью. Реакция омыления демонстрирует, с одной стороны, растворимость пигментов, с другой, — свойства хлорофилла как сложного эфира. При взаимодействии хлорофилла со щелочью происходит отщепление остатков метилового спирта и фитола:

 

COOC20H39

MgN4OH30C32                                        +  2NaOH         ®

COOCH3

 

COONa

®  MgN4OH30C32                             +  C20H39OH+CH3 OH.

COONa

К 2-3 мл спиртовой вытяжки пигментов добавить 2-3 капли 20% раствора щелочи, многократно встряхнуть пробирку для лучшего контакта пигмента со щелочью, нагреть в водяной бане до кипения. Остудить, добавить равный объем бензина и несколько капель воды. Затем содержимое пробирки резко встряхнуть и дать отстояться, пока не произойдет четкое расслоение смеси на две зоны: верхнюю, содержащую каротин, и нижнюю, содержащую соль хлорофиллина.

  1. Отщепление магния в ядре хлорофилла и обратное замещение водорода атомом металла. Магний сравнительно слабо удерживается в порфириновом ядре хлорофилла и при воздействии сильных кислот легко замещается двумя протонами. При этом образуется феофитин, имеющий бурую окраску. Если на феофитин подействовать солями Cu, Zn, Hg, то в ядро хлорофилла входит соответствующий металл, и вновь восстанавливается зеленая окраска. Следовательно, цвет хлорофилла зависит от металлоорганической связи в молекуле хлорофилла.

В две пробирки взять по 2 мл спиртовой вытяжки пигментов и прибавить 1-2 капли крепкой соляной кислоты, перемешать. Одну пробирку оставить для контроля, а во вторую внести несколько кристаллов уксуснокислой соли и нагреть в водяной бане до кипения.

Сделать выводы по наблюдаемым результатам.

Ссылка на основную публикацию
Adblock detector