Практикум по физиологии растений - Третьяков Н.Н.
ISBN 5-10-001653-1
Скачать (прямая ссылка):
тируются 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 36. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ХИМИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ПИГМЕНТОВ ЛИСТА
Вводные пояснения. Пигментная система хлоропласта представлена двумя типами пигментов: зелеными —
хлорофиллами а и b и желтыми — каротиноидами. Основной функциональный пигмент — хлорофилл а, обнаруженный, за исключением бактерий, у всех фотосинтезирующих организмов. Этот пигмент служит непосредственным донором энергии для фотосинтетических реакций, остальные пигменты лишь передают поглощенную ими энергию хлорофиллу а. У большинства наземных высших растений содержание хлорофилла а в два-три с половиной раза выше, чем содержание хлорофилла Ь.
По химической природе хлорофиллы а и b — сложные эфиры дикарбоновой кислоты хлорофиллина и двух спиртов — метилового и одноатомного непредельного спирта фитола. Поэтому по химической номенклатуре их можно определить как фитилметилхлорофиллиды:
хлорофилл a iMgN4OHaoC32 ^^ООСаоПзд
СООСНз
хлорофилл b MgN40aH2ffC32< ^OOiC2oH39
СООСНз
Структурной основой молекулы хлорофилла служит порфириновое ядро, образованное четырьмя пирроль-ными кольцами, связанными 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 ядру гидрофильный характер. Существенная структурная особенность хлорофилла — наличие в его молекуле изоциклической группировки — циклопентана. Следовательно, асимметричная молекула хлорофилла включает гидрофильную «головку» и липофильный «хвост», представленный длинной цепыо фитола.
Подобного рода поляризация гидрофильных и гидрофобных частей важна 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 замещением у третьего углеродного атома во втором пиррольном кольце его молекулы метальной группы на альдегидную.
Каротиноиды — это сопряженные лолиеновые соединения с 4-0 атомами углерода в цепи, которые можно рассматривать как производные пятиуглеродного соединения изопрена. Каротиноиды подразделяют на каротины и ксантофиллы. Каротины — непредельные углеводороды с эмпирической формулой С40Н56. По химической структуре они могут быть ациклическими, -моноциклическими и бициклическими соединениями. В циклических каротинах шестичленные кольца представлены двумя типами: р-иоионовыми и а-иононовыми.
В фотосинтезирующих организмах группа желтых пигментов представлена ликопином, а-каротином, |3-ка-ротином и у-каротином. У высших растений преобладает p-каротин. Его молекула образована двумя симметрично расположенными иононовыми кольцами, соединенными длинной углеродной цепью с системой регулярно чередующихся двойных связей.
¦'Ксантофиллы — кислородсодержащие производные каротинов — у растений представлены лютеином (С4оН5б02), зеаксантином (С4оН5602), виолаксантином (С40Н56О4) и неоксантином (С40Н56О4). Однако преобладает лютеин, по химической структуре близкий к «-каротину, но в отличие от последнего представляющий собой двуатомный спирт, т. е. в каждом иононовом кольце его один атом водорода замещен на гидроксильную группу. Благодаря присутствию гидроксильных и дру-
гих кислородсодержащих групп ксантофиллы легко растворяются в спирте и несколько хуже (в отличие от .каротинов1)| —- в неполярных растворителях. Хромато-фориую систему каротиноидов составляют конъюгированные двойные связи,
Порядок работы. Получение спиртового раствора (вытяжки) пигментов. Обычно пигменты из растительной ткани -извлекают полярными растворителями (этиловый спирт, ацетон), которые разрушают связь хлорофиллов и ксантофиллов с липопро-теидами пластид и тем самым обеспечивают их полное экстрагирование. Неполярные растворители (петролей-ный эфир, гексан, бензин и др.) не нарушают связи этих пигментов с белками и потому не могут их извлечь из свежих листьев. 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.
Сухие листья крапивы помещают в коническую колбу на 200 мл и ошпаривают кипятком, затем воду сливают. В колбу приливают 100 мл этилового спирта, закрывают ее корковой про'бкой с обратным холодильником и ставят в баню с кипящей водой для экстрагирования пигментов. После пятиминутного кипячения содержимое колбы охлаждают и раствор осторожно сливают в другую колбу. Экстракт используют в последующих опытах.
