Краткие сведения

Пигменты фотосинтеза находятся в мембранах тилакоидов хлоропластов. У высших растений встречаются преимущественно хлорофиллы а и b, каротиноиды. Хлорофилл а – главная функциональная часть пигментной системы высших растений. Он способен, поглотив квант света, передавать его энергию через цепь последовательных превращений на компоненты электронно-транспортной цепи. С их участием совершается преобразование энергии электронного возбуждения хлорофилла в химическую энергию АТФ и восстановленного НАДФН₂.

Хлорофиллы по своей химической природе являются сложными эфирами дикарбоновой кислоты хлорофиллина и двух спиртов – высокомолекулярного одноатомного спирта фитола С₂₀Н₃₉ОН и метилового спирта СН₃ОН и представляют собой фетилметилхлорофиллиды:

хлорофилл а хлорофилл b

Хлорофилл а отличается от хлорофилла b тем, что у третьего углеродного атома во втором пиррольном кольце его молекулы метильная группа заменена на альдегидную. Все хлорофиллы – вещества нестойкие. Извлеченные из листа, они легко окисляются на воздухе.

Каротиноиды подразделяются на каротины (ненасыщенные углеводороды с эмпирической формулой С₄₀Н₅₆) и ксантофиллы, отличающиеся от каротиноидов присутствием кислорода (С₄₀Н₅₆О₂).

Один из первых методов разделения пигментов основан на разной растворимости пигментов в органических растворителях: спирте и бензине, которые не смешиваются при сливании и образуют два слоя: верхний – бензиновый, где растворены хлорофиллы и каротин, и нижний – спиртовой, где растворен ксантофилл. Хотя метод не позволяет разделить хлорофиллы а и b, его используют для получения желтых пигментов каротина и ксантофилла в больших количествах.

Обработка хлорофилла щелочью может вызвать омыление эфирных связей, т.е. отщепление остатков метилового спирта и фитола. Образующаяся при этом соль хлорофиллиновой кислоты сохраняет зеленую окраску, но отличается от хлорофилла большей гидрофильностью (лучше растворяется в спирте, чем в бензине).

Феофитин легко получить при взаимодействии хлорофилла с концентрированной соляной кислотой, в результате чего происходит замещение атома магния атомами водорода. Если к раствору феофитина добавить ацетат цинка или ацетат меди и осторожно подогреть, то ионы металла вытесняют водород, образуя очень стойкое соединение – металлозамещенный хлорофилл, который долго сохраняет зеленую окраску и не окисляется на воздухе.

Для пигментов листа характерно избирательное поглощение лучей света. Хлорофиллы поглощают красные и сине-фиолетовые, каротиноиды – сине-фиолетовые лучи.

Хлорофиллы способны к флуоресценции, которая обнаруживается по красному цвету раствора хлорофилла, рассматриваемого в отраженном свете на темном фоне. Возбуждающий флуоресценцию свет значительно интенсивнее света флуоресценции, поэтому раствор хлорофиллов выглядит зеленым. В отраженном свете в глаз наблюдателя попадает значительно меньше возбуждающего флуоресценцию света, поэтому становится видна сама флуоресценция. Независимо от длины волны возбуждающего света хлорофилл флуоресцирует только красным светом.

В живом листе основным флуоресцирующим пигментом является хлорофилл а. В листьях флуоресценция выражена гораздо слабее, чем в растворе, так как часть поглощенной энергии используется на осуществление фотохимических реакций. Возрастание интенсивности фотосинтеза, как правило, влечет за собой ослабление флуоресценции.

Ход работы

Разделение пигментов по Краусу. Для работ с пигментами растений в основном используют спиртовой экстракт листьев. Навеску листьев 0,5-2 г размельчить и тщательно растереть в ступке с небольшим количеством спирта, добавляя его несколькими порциями. Осадок отфильтровать через складчатый бумажный фильтр. Фильтрат разделить в 3 пробирки по 2 мл в каждую.

В первую пробирку с 2 мл спиртовой вытяжки пигментов добавить такой же объем бензина и 2-3 капли воды. Закрыть пробкой и сильно встряхивать содержимое в течение 15-20 с, дать отстояться. Бензин легче спирта, поэтому он поднимается вверх.

Оформление результатов

Сделать рисунки и объяснить, в каких растворах растворился тот или иной пигмент (выводы №1, 2).

Рис. 9. Разделение пигментов листа:

1- спиртовой слой, 2 – бензиновый слой

Выводы:

1)_________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________2)______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Омыление хлорофилла щелочью. К 2 мл спиртовой вытяжки (2-я пробирка) добавить 4-5 капель щелочи. Взболтать. Прилить в пробирку 2 мл бензина. Встряхнуть и дать отстояться.

Оформление результатов

Сделать рисунок, привести уравнение реакции и объяснить результат.

Рис. 10. Омыление хлорофилла щелочью

Уравнение реакции:

Вывод:

_________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Получение феофитина и обратное замещение в нем водорода атомом металла (3-я пробирка). В пробирку со спиртовой вытяжкой добавить 2 капли HCl до возникновения бурой окраски (феофитин). Затем прибавить кристаллы уксусного цинка (меди) на кончике препаровальной иглы и нагревать до появления зеленой окраски.

Оформление результатов

Сделать рисунок, привести уравнения реакций, объяснить результат.

Рис. 11. Получение феофитина

и обратное замещение в нем водородной связи атомом металла

Уравнения реакций:

1.

2.

Вывод:

______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Спектры поглощения хлорофиллов и каротиноидов изучать по 1-й пробирке на спектроскопе.