§ 22. Фотосинтетические пигменты. Световая фаза фотосинтеза

Выделение из листьев фотосинтетических пигментов и изучение их свойств

Задание рекомендуется выполнять в школе. Будьте осторожны при работе с реактивами и нагревательными приборами, соблюдайте правила техники безопасности!

I. Выделение фотосинтетических пигментов

  1. Зеленые листья растения измельчите с помощью ножниц (лучше использовать участки листовых пластинок, не содержащие крупных жилок).
  2. Небольшое количество измельченных листьев (около 1 г) поместите в фарфоровую ступку. Добавьте туда немного мела, кварцевого песка (можно заменить обычным песком) и примерно 5 мл этилового спирта.
  3. Тщательно разотрите смесь пестиком.
  4. После этого добавьте в ступку еще около 5—10 мл этанола, хорошо перемешайте содержимое и профильтруйте его.

Полученный раствор представляет собой спиртовую вытяжку фотосинтетических пигментов — хлорофиллов и каротиноидов. Зеленый цвет раствора обусловлен тем, что хлорофиллы, содержащиеся в листьях в большом количестве, «маскируют» каротиноиды, имеющие желтую и оранжевую (реже красную или другую) окраску.
Различают два типа каротиноидов — каротины и ксантофиллы. Каротины — неполярные соединения. В состав молекул ксантофиллов входят полярные группы.

● Как вы думаете, для чего при выделении пигментов в ступку с измельченными листьями добавляется песок?

● Зачем добавляется мел?

II. Разделение пигментов по методу Крауса

  1. Налейте в пробирку 3—4 мл спиртовой вытяжки пигментов.
  2. Добавьте 5—7 мл бензина (или петролейного эфира) и 2—3 капли воды для того, чтобы спиртовая фаза легче отделялась от бензиновой.
  3. Пробирку закройте пробкой, несколько раз интенсивно встряхните, затем дайте содержимому отстояться в течение нескольких минут.

Происходит разделение смеси на 2 слоя: верхний (более легкий) — бензиновый и нижний — спиртовой (рис. 22.5). Бензиновый слой окрашен в зеленый цвет, он содержит хлорофиллы и каротины. Спиртовой слой имеет желтую (или желто-оранжевую) окраску, здесь содержатся ксантофиллы. Если разделение будет недостаточно четким, добавьте 1—2 капли воды, взболтайте и повторите отстаивание.

●Известно, что хлорофиллы представляют собой сложные эфиры гидрофильной хлорофиллиновой кислоты и двух спиртов — метанола (СН3ОН) и фитола (С20Н39ОН). Как вы думаете, какой из этих структурных компонентов (и почему именно он) обусловливает растворение хлорофиллов в бензине?

● Из-за чего произошло разделение каротиноидов?

● Почему ксантофиллы оказались в спиртовом слое, а каротины — в бензиновом?

III. Действие щелочи на хлорофилл

  1. В пробирку с пигментами, разделенными по методу Крауса, добавьте одну гранулу NaOH (или КОН).
  2. Закройте пробирку пробкой, взболтайте до растворения щелочи и дайте отстояться.
  3. Под действием щелочи происходит омыление хлорофилла — отщепление остатков спиртов и образование соли хлорофиллиновой кислоты. Из-за этого хлорофилл теряет способность растворяться в бензине и переходит в нижний (спиртовой) слой. Каротины и ксантофиллы не реагируют со щелочью.
  4. После отстаивания обратите внимание на изменение цвета слоев.

Если гранулированной щелочи нет, опыт можно провести следующим образом.

  1. Налейте в пробирку 2—3 мл спиртового раствора пигментов, добавьте 1—2 мл раствора NaOH (или KOH), 2 мл бензина (петролейного эфира) и 1—2 капли воды.
  2. Закройте пробирку пробкой, хорошо перемешайте содержимое и дайте отстояться.

● Какую окраску имеет бензиновый слой? Какие пигменты он содержит?

● Какой цвет приобрел спиртовой слой? Почему? Что в нем содержится?

IV. Действие кислоты на хлорофилл и восстановление его окраски

В состав молекулы хлорофилла входит ион Mg2+. Под действием кислот он замещается двумя протонами (Н+) и образуется вещество бурого цвета — феофитин. Действуя на феофитин солями меди или цинка, можно восстановить зеленую окраску пигмента благодаря замещению протонов ионами этих металлов (полученная окраска будет несколько отличаться от исходного цвета хлорофилла).

  1. В три пробирки налейте по 3—5 мл спиртовой вытяжки пигментов.
  2. Одну из них оставьте для сравнения, а в две другие добавьте несколько капель 10%-го раствора HCl. Зеленая окраска меняется на бурую в связи с образованием феофитина.
  3. Затем в одну из пробирок с феофитином добавьте несколько кристаллов ацетата меди или цинка (либо несколько капель насыщенного раствора этой соли).
  4. Нагрейте пробирку на водяной бане, обратите внимание на постепенное восстановление зеленой окраски. Если цвет раствора не изменяется, добавьте в пробирку еще немного ацетата меди (цинка) и продолжайте нагревать.

● Ярко-зеленые овощи считаются более привлекательными, чем бурые. Однако в процессе приготовления они нередко меняют исходную зеленую окраску на менее аппетитную. Вспомните, например, какой цвет имеет отваренный щавель или термически обработанный зеленый лук. С чем связано изменение зеленой окраски овощей на бурую?

● Как вы думаете, что можно предпринять для сохранения ярко-зеленого цвета овощей? Учтите, что добавлять в пищу соли меди, цинка или других тяжелых металлов недопустимо — они токсичны для организма!