Практикум по физиологии растений - Третьяков Н.Н.
ISBN 5-10-001653-1
Скачать (прямая ссылка):
Флуоресцируют только хлорофилл а и хлорофилл Ь\ каротиноиды не обладают этой способностью. В живом листе основным флуоресцирующим пигментом слу-
жит хлорофилл а. При этом в листьях флуоресценция выражена гораздо слабее, чем в растворе, так как часть поглощенной энергии используется на сенсибилизацию фотохимических реакций. Поэтому возрастание интенсивности фотосинтеза, как 'правило, влечет за собой ослабление флуоресценции. Изучение флуоресценции дает ценные сведения не только об использовании энергии в фотохимических процессах, но и о характере взаимодействия молекул различных пигментов в ламеллах тилакоидов хлоропласта, миграции энергии в фотосистемах и пр.
Для определения флуоресценции спиртовую вытяжку пигментов или раствор хлорофилла в бензине, полученный при разделении пигментов по Краусу, помещают на темную бумагу у источника освещения и рассматривают в отраженном свете, Вытяжка хлорофилла будет темно-красного цвета.
Флуоресценцию можно наблюдать и в живом листе. Для этого берут водяной мох Fontinalis или элодею, помещают объект на предметный столик микроскопа и освещают сине-фиолетовыми лучами, под действием которых зеленые пластиды начинают светиться красным светом.
Материалы и оборудование. Спиртовая вытяжка пигментов листа, раствор каротина и ксантофилла ' (бензиновый слой, полученный после омыления хлорофилла). Пипетки на 1 мл, спектроскопы.
Работа 38. ФОТОСЕНСИБИЛИЗИРУЮЩЕЕ ДЕЙСТВИЕ ХЛОРОФИЛЛА НА РЕАКЦИЮ ПЕРЕНОСА ВОДОРОДА ПО ГУРЕВИЧУ
Вводные пояснения. Сущность световой стадии фотосинтеза заключается в окислении воды до молекулярного кислорода при помощи лучистой энергии, поглощенной хлорофиллом. Освобождающиеся при этом электроны передаются на НАДФ+, который восстанавливается до НАДФ-Н. По современным представлениям в переносе электронов воды на НАДФ+ участвуют последовательно две фотосистемы: фотосистема II и фотосистема I. Каждая фотосистема включает в себя светособирающие антенны, которые содержат различные формы хлорофилла а, отличающиеся максимумами поглощения в длинноволновой части спектра. Во вторую фотосистему входит также хлорофилл Ь. Кароти-
ноиды входят в состав той и другой фотосистемы. Наряду- с антенными пигментами в фотосистемах I и II имеются реакционные центры, содержащие молекулы хлорофилла а с максимумами поглощения соответственно 700(Р7оо) и 680(Р68о) нм и акцепторы электронов. Светособирающие антенны направляют энергию возбуждения к реакционным центрам.
Фотоокисление воды и выделение кислорода происходит в ходе реакций, протекающих в фотосистеме II, тогда как НАДФ+ восстанавливается в фотосиотеме I. Фотосистемы связаны друг с другом последовательностью переносчиков электронов, образующих между ними «мост», идущий как 1бы «под гору». В результате электроны от воды проделывают Z-образный путь. Под влиянием индуцированного светом потока электронов возникает ’грансмембранный протонный градиент, вслед-’ ствие которого с внутренней стороны тилакоидной мембраны среда становится более кислой, чем с наружной. Последующий возврат ионов Н+ из тилакоида в строму через вмонтированную в мембране АТФ-азу приводит к образованию АТФ иа АДФ и фосфата.
Итак, конечный результат фотоокисления воды — выделение молекулярного кислорода и образование богатых энергией и восстановительной силой соединений — АТФ и НАДФ-Н, необходимых для последующего восстановления диоксида углерода.
Схематично фотолиз воды можно представить следующим образом:
свет
Н20 + НАД Ф+ + АДФ + Н3РО4-----------г-> И АД Ф • Н +
хлорофилл
_(_ н+-|~ АТФ -)- I/2O2
Как видно из уравнения, хлорофилл выполняет здесь функцию фотосенсибилизатора, способствующего переносу электрона к НАДФ+.
Фотосенсибилизирующая роль хлорофилла может быть продемонстрирована на модельных реакциях с выделенным из растений пигментом. Для этого в качестве источника водорода берут аскорбиновую кислоту, а акцептора водорода — метиловый красный, который, присоединяя водород, восстанавливается до неокрашенного лейкосоединения. Аскорбиновая кислота окисляется в дегидроаскорбиновую кислоту:
ттосн
СНаОН
ИС-----
I
носи
GHftOI-I
Порядок работы. Берут четыре пробирки: в три наливают по 5 мл спиртовой вытяжки хлорофилла, в четвертую — 5 мл этилового спирта. В первую, вторую и четвертую пробирки вносят по 50 мг кристаллической аскорбиновой кислоты и несколько раз встряхивают их. Во все пробирки с хлорофиллом добавляют по каплям отфильтрованный спиртовой раствор метиленового красного до тех пор, пока зеленая окраска не перейдет в красно-бурую. В четвертой пробирке окраску раствора при помощи индикатора доводят до ярко-розовой. Вторую пробирку закрывают чехлом из черной бумаги, затем все пробирки ставят в штатив и освещают электрической лампой (300 Вт), расположив ее на расстоянии примерно 15 см от штатива.
