Получение спиртового раствора пигментов
ФОТОСИНТЕЗ
Фотосинтез — процесс усвоения растениями световой энергии и использования ее для образования органических веществ из диоксида углерода и воды. В ходе этого процесса в атмосферу выделяется кислород. Фотосинтез осуществляется при участии многих ферментов и кофакторов. Условно в нем выделяют две стадии: световую, или фотохимическую, и темновую, или химическую. Первая включает реакции поглощения хлорофиллом и другими пигментами квантов света и последующую трансформацию световой энергии в химическую энергию связей аденозинтрифосфорной кислоты (АТФ) и восстановленного никотинамидадениндинуклеотидфосфата (НАДФ-2Н). В темновой стадии запасенная в форме АТФ и НАДФ-2Н химическая энергия используется для восстановления акцептированного диоксида углерода до углеводов и других продуктов.
У высших растений фотосинтез протекает в специальных клеточных органоидах листьев (и других зеленых частей) — хлоропластах, число которых в клетках варьирует в зависимости от вида растения и ткани. В одной клетке листа в среднем присутствует 20 – 30 хлоропластов.
Хлоропласты разных растений могут значительно отличаться по форме, но обычно имеют вид округлых или дискообразных телец диаметром около 5 мкм, толщиной 2 – 3 мкм. Снаружи хлоропласты окружены оболочкой, состоящей из двух мембран — наружной и внутренней. Внутренняя мембрана ограничивает бесцветную строму, в которой располагается много уплощенных мембранных мешочков — тилакоидов, собранных в стопки, называемые гранами. Количество гран может составлять 40 – 50 и более. Число тилакоидов в гране колеблется от пяти-шести до нескольких десятков. Отдельные тилакоиды соседних гран соединены между собой ламеллами — мембранами стромы.
|
|
|
Согласно современным представлениям, в тилакоидных мембранах локализованы все фотосинтетические пигменты хлоропласта и ферменты, необходимые для осуществления световых реакций фотосинтеза. В строме содержатся ферменты, участвующие в темновых превращениях диоксида углерода. Таким образом, сложная и тонкая структура хлоропласта обеспечивает пространственное разделение отдельных реакций, а тем самым и эффективный ход фотосинтеза в целом. Образующиеся в пластидах продукты ассимиляции транспортируются в другие органы и ткани растения, где используются в процессе метаболизма и роста.
Таким образом, вся совокупность жизненных проявлений организма тесно связана с фотосинтезом. Более того, синтезированные зелеными растениями органические вещества служат пищей для всех остальных организмов, в том числе и человека, а кислород, выделяемый в процессе фотосинтеза, обеспечивает существование высших организмов. Ежегодная первичная продуктивность фотосинтеза на планете составляет более 100 млрд т сухой массы, в которой аккумулируется примерно 17×1021 Дж солнечной энергии. Следовательно, фотосинтез — один из важнейших движущих факторов круговорота веществ и энергии на Земле.
|
|
|
Работа 5. ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ПИГМЕНТОВ ЛИСТА
Вводные пояснения. Пигментная система хлоропласта представлена двумя типами пигментов: зелеными — хлорофиллами а и b и желтыми — каротинами и ксантофиллами. Однако основным функциональным пигментом является хлорофилл а, который, за исключением бактерий, обнаружен у всех фотосинтезирующих организмов. Именно хлорофилл а служит непосредственным донором энергии для фотосинтетических реакций, остальные пигменты лишь передают поглощенную ими энергию хлорофиллу а.
По химической природе хлорофиллы а и b — сложные эфиры дикарбоновой кислоты хлорофиллина и двух спиртов — метилового и одноатомного непредельного спирта фитола. Поэтому их можно определить как фи-тилметилхлорофиллиды (рис 3).
Структурной основой хлорофиллина служит порфириновое ядро, состоящее из четырех пиррольных колец, связанных друг с другом метиновыми мостиками. В центре ядра находится атом магния, удерживаемый в этом положении за счет связей с атомами азота. Четыре атома азота придают, кроме того, ядру гидрофильный характер. Существенной структурной особенностью хлорофилла является наличие в его молекуле изоциклической группировки — циклопентана.
|
|
|
Рис. 1 Структурные формулы хлорофиллов a и b
Следовательно, асимметричная молекула хлорофилла включает гидрофильную «головку» и липофильный «хвост», представленный длинной цепью фитола. Подобного рода поляризация гидрофильных и гидрофобных частей имеет важное значение для пространственного фиксирования молекулы хлорофилла в ламеллах гран. Циклическая система конъюгированных двойных связей порфирина и атом магния определяют фотохимическую активность пигмента.
Хлорофилл b отличается от хлорофилла а лишь тем, что у третьего углеродного атома во втором пиррольном 
кольце его молекулы метильная группа замещена на альдегидную.
Каротины — это непредельные углеводороды с эмпирической формулой С40Н56. В листьях основным каротином является β-каротин. В его молекуле находятся два симметрично расположенных иононовых кольца, соединенных длиной углеродной цепью с системой регулярно чередующихся двойных связей (рис. 10).Ксантофиллы — кислородсодержащие производные каротинов. Среди них преобладает лютеин, который по химической структуре очень близок
|
|
|
α-каротину, но в отличие от него является двуатомным спиртом (С40Н56О2), т. е. в каждом иононовом кольце один атом водорода замещен на гидроксильную группу. Благодаря присутствию ОН-групп ксантофиллы легко растворяются в спирте и несколько хуже — в липофильных растворителях, чем каротины.
Хроматофорную систему каротиноидов составляют конъюгированные двойные связи.
Каротиноиды относятся к тетратерпенам и, следовательно, могут рассматриваться как производные пятиуглеродного соединения изопрена.
Цель работы: ознакомиться с некоторыми физико-химическими свойствами пигментов листа
Получение спиртового раствора пигментов
Обычно пигменты из растительной ткани извлекают полярными растворителями (этиловый спирт, ацетон), которые разрушают связь хлорофиллов и ксантофиллов с липопротеидами пластид и тем самым обеспечивают их полное экстрагирование. Для получения вытяжки пигментов используют как сырой, так и сухой материал. В последнем случае высушенные листья предварительно обрабатывают горячей водой, чтобы облегчить последующее извлечение пигментов.
Ход работы.
Сухие листья крапивы помещают в коническую колбу емкостью 200 мл и обваривают кипятком, затем воду сливают. В колбу приливают 100 мл этилового спирта, закрывают ее корковой пробкой с обратным холодильником и ставят в баню с кипящей водой для экстрагирования пигментов. После 5-минутного кипячения содержимое колбы охлаждают и раствор осторожно сливают в другую колбу. Экстракт используют в последующих опытах.
Дата добавления: 2021-04-05; просмотров: 157; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!