новая папка 2 / 123563

Рис. 16. Хроматограмма вытяжки пигментов листа

Работа 4.3. РАЗДЕЛЕHИЕ ПИГМЕHТОВ ПО КРАУСУ

Метод основан на разной растворимости отдельных пигментов в двух несмешивающихся жидкостях – бензине и спирте.

Методика выполнения. В большую пробирку налить 1 мл спиртовой вытяжки, 1,5 мл бензина и 2-4 капли воды. Закрыть пробирку пальцем и энергично встряхнуть. После отстаивания жидкость в пробирке разделится на два слоя. Бензин, как более легкий, расположится сверху, а спирт – внизу. Бензиновый слой будет окрашен в зеленый цвет, сюда переходит хлорофилл и каротин, спиртовой слой будет окрашен в золотисто-желтый, в нем останется наиболее гидрофильный пигмент – ксантофилл.

Оформление результатов опыта

1) Зарисуйте пробирку с разделившимися пигментами. Укажите, в каком слое, какие пигменты располагаются. Основываясь на строении молекулы, объяснить различную растворимость пигментов в спирте и бензине.

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

Рис. 17. Разделение пигментов по Краусу

Работа 4.4. ОМЫЛЕHИЕ ХЛОРОФИЛЛА ЩЕЛОЧЬЮ И ОТДЕЛЕHИЕ КАРОТИHА

Из пробирки с пигментом, разделенным по Краусу, пипеткой отсосать нижний желтый раствор, перенести его в тонкую пробирку и сохранить для дальнейшей работы. Если в пробирке осталось немного желтого раствора, то отсосать его с частью зеленого и обезличить.

В оставшуюся зеленую вытяжку добавить равный объем этилового спирта, две капли воды и кристаллик щелочи. Пробирку энергично встряхнуть. Под действием щелочи происходит омыление хлорофилла. Метиловый спирт и спирт фитол отщепляются, образуя калиевую соль хлорофиллиновой кислоты – хлорофиллид калия. Это соединение сохраняет зеленый цвет и основные оптические свойства хлорофилла, но в результате отщепления гидрофобного «хвоста» хлорофиллид обладает более выраженными гидрофильными свойствами, поэтому из бензина переходит в спирт. После отстоя жидкость в пробирке вновь разделится на два слоя: верхний бензиновый – желтый, нижний спиртовой – зеленый.

Оформление результатов опыта

1)Напишите реакцию омыления хлорофилла.

2)Зарисуйте пробирку с разделившимися слоями жидкости. Укажите, в каком слое растворены отдельные пигменты. Объясните, почему хлорофилл после омыления перешел из бензина в спирт?

21

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

Рис. 18. Разделение пигментов после омыления хлорофилла

Работа 4.5. ПОЛУЧЕHИЕ ФЕОФИТИHА И ОБРАТHОЕ ЗАМЕЩЕHИЕ ВОДОРОДА АТОМАМИ МЕТАЛЛА

Предлагаемый опыт позволяет убедиться, что зеленая окраска хлорофилла зависит от металлоорганической связи атомов азота в порфириновом ядре. Атом магния в порфириновом ядре удерживается сравнительно слабо и при осторожном действии сильных кислот его можно заменить двумя протонами. Это приводит к образованию вещества бурого цвета – феофитина.

Если на феофитин подействовать солями меди, цинка или ртути, то два протона в ядре замещаются соответствующими металлами. Зеленая окраска несколько отличная от хлорофилла, вновь восстанавливается.

Методика выполнения. В две пробирки взять по 2-3 мл спиртовой вытяжки пигментов и в одну из них прибавить по каплям 10% соляной кислоты. Убедиться, что зеленая окраска перешла в бурую (феофитин). В пробирку с феофитином внести несколько кристалликов уксуснокислой меди и осторожно нагреть на спиртовке. Убедиться, что бурый цвет вновь перешел в зеленый.

Оформление результатов опыта

1)Hаписать реакцию образования феофитина под действием соляной кислоты.

2)Hаписать реакцию замещения протонов в ядре порфирина на атомы меди под действием уксуснокислой меди при нагревании.

3)Зарисовать пробирки с исходными и производными веществами.

Рис. 19. Пробирка	Рис. 20. Пробирка	Рис. 21. Пробирка
с хлорофиллом	с феофитином	с хлорофиллидом меди

22

Работа 4.6. ИЗУЧЕHИЕ ОПТИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ПИГМЕHТОВ ЛИСТА

Световая энергия в процессе фотосинтеза должна быть поглощена пигментом листа. Однако поглощение видимого света осуществляется не во всех диапазонах спектра. Каждый пигмент имеет свой характерный спектр поглощения. Те лучи, которые поглощаются пигментами и используются при фотосинтезе, получили название фотосинтетически активной радиации (ФАР).

Методика выполнения. Установить спектроскоп по отношению к свету так, чтобы все области спектра имели одинаковую яркость. Поочередно помещая перед щелью спектроскопа пробирки, с вытяжками разных пигментов, определить положение темных полос, которые соответствуют лучам, поглощаемых данным пигментом.

Оформление результатов опыта

1) Зарисуйте спектрограммы для разных пигментов.

хлорофилл «а» и «б»

каротин

ксантофилл

2) Ответьте на вопросы.

а) В каких лучах спектра наблюдается максимум поглощения хлорофиллов?

________________________________________________________________________________

б) В каких лучах спектра наблюдается максимум поглощения каротина и ксантофил-

ла? _____________________________________________________________________________

в) Какие лучи спектра видимого света не поглощают пигменты листа?

________________________________________________________________________________

Задание для самостоятельной работы

1) Ответьте на вопросы и сделайте рисунки.

а) Зарисуйте структурную формулу хлорофилла.

Структурной основой молекулы хлорофилла является порфириновое ядро, состоящее из пиррольных колец. В центре находится атом магния, связанный с четырьмя атомами азота, которые придают ядру гидрофильный характер. Фитол, занимающий большую часть молекулы хлорофилла, состоит из углеводородных группировок и придает молекуле гидрофобные свойства. Таким образом, молекуле хлорофилла свойственны гидрофильные свойства, что имеет важное значение для пространственного фиксирования молекулы хлорофилла в ламеллах – гран хлоропластов.

Рис. 22. Структурная формула хлорофилла «а»

23

Лабораторная работа 5 СМЕЩЕНИЕ рН ПИТАТЕЛЬНОГО РАСТВОРА КОРНЕВОЙ СИСТЕМОЙ.

ПРИ УСВОЕНИИ АММИАЧНОЙ И НИТРАТНОЙ ФОРМ АЗОТА

Цель занятия. Изучить способность корневой системы изменять кислотность окружающего раствора.

Корни растений способны активно изменять реакцию среды в связи с постоянным обменом ионами, свойствами протоплазмы, выделением органических кислот из клеток. Особенно быстро происходит изменение рН в небуферных растворах.

Потребность растений в различных ионах неодинакова. Это приводит к преимущественному поглощению из соли либо аниона, либо катиона, что также в сильной степени изменяет реакцию среды. Соли, из которых преимущественно поглощается катион (в обмен на Н+) называются физиологически кислыми, если поглощается анион – физиологически щелочными. Это необходимо учитывать при составлении питательных растворов и применении удобрений. Иначе возможно сильное изменение рН в нежелательную сторону.

Работа 5.1. СМЕЩЕНИЕ рН КОРНЕВОЙ СИСТЕМОЙ В РАСТВОРАХ С РАЗНОЙ КИСЛОТНОСТЬЮ

Цель работы. Убедиться в быстром смещении рН среды под действием корневой си-

стемы.

Материалы и оборудование. Широкие стаканчики, рН-метр; штатив с пробирками; пипетки на 1 и 5 мл; раствор Кнопа; 0,01Н растворы NaOH и HCl; проростки растений ячменя.

Методика выполнения. В четыре стаканчика налить по 5 мл раствора Кнопа. Определить исходный рН раствора. Добавляя по каплям NaOH или HCl, установить в разных пробирках рН: 5,0; 6,0; 7,0; 7,8. В каждый из стаканчиков поместить в раствор 5 ростков ячменя. Через час определение рН повторить.

Оформление результатов опыта

1) Заполнить таблицу 8.

			Таблица 8
Смещение рН раствора Кнопа корнями растений
Варианты	рН питательной смеси
	в начале опыта		в конце опыта
1	5,0
2	6,0
3	7,0
4	7,8

2) Сделайте вывод о характере смещения кислотности раствора.

24

Работа 5.2. ИЗМЕНЕНИЕ рН ПИТАТЕЛЬНОГО РАСТВОРА КОРНЯМИ РАСТЕНИЙ ПРИ РАЗНЫХ ИСТОЧНИКАХ АЗОТА

Цель работы. Определить смещение рН питательного раствора, содержащего различные источники азота (нитратные, аммиачные формы или нитратные и аммиачные вместе).

Материалы и оборудование. Стеклянные банки 0,25 л; марля, пропитанная парафином; рН-метр; резиновые кольца; питательные смеси Кнопа, Прянишникова ПфеффераКнопа (видоизмененная) (табл. 9); проростки растений пшеницы с развитыми корнями.

Методика выполнения. Определить исходную рН раствора. Налить раствор на 5-8 мм ниже края 0,25 л банки. Банки с раствором завязать пропарафиненной марлей. В марле сделать отверстия и пропустить через них в раствор корни растений. Через 6-8 дней повторно определить рН раствора.

			Таблица 9
	Состав питательных смесей (г/л)
Соли	Кнопа	Измененная	Прянишникова
		Пфеффера-Кнопа
Ca(NO3)2	1,0	—	—
(NH4)2SO4	—	0,78	—
NH4NO3	—	—	0,24
KH2PO4	0,25	0,33	—
CaHPO4	—	—	0,17
MgSO4	0,25	0,33	0,06
CaSO4	—	0,34	0,34
KCl	0,13	0,16	0,16
FeCl3	0,01	0,01	0,03

Оформление результатов опыта

1) Заполнить таблицу 10.

Таблица 10

Изменение рН раствора при использовании растениями разных источников азота

	Название смеси	Источник азота	рН раствора
			в начале опыта	в конце опыта
	Кнопа
	Пфеффера-Кнопа
	Прянишникова

2) Описать и объяснить характер изменения рН раствора в различных смесях.

25

Лабораторная работа 6 УГЛЕВОДЫ В ПРОДУКЦИИ САДОВОДСТВА

Цель занятия. Изучить методы определения содержания углеводов в продукции растениеводства.

Качество клубней картофеля, корнеплодов сахарной свеклы, овощей, фруктов и ягод во многом определяется содержанием углеводов. Их количество важно у ярового ячменя для пивоварения. От содержания крахмала в зерне пивоваренного ячменя зависит экстрактивность.

Большая часть сахаров, содержащихся в нормальном непроросшем зерне, состоит из сахарозы. Сахароза в зерне пшеницы составляет 2-4%, в горохе и фасоли – 4-7%, в сое – 4-15%. В сахарной свекле и корнеплодах ее количество максимальное – 12-20%. Мальтоза

всвободном виде в здоровом зерне отсутствует, а появляется лишь в процессе прорастания зерна.

Доля крахмала в зерне и семенах очень высокая. Среднее содержание крахмала

взерне кукурузы, ржи, риса и пшеницы 60-75%, ячменя – 50-60%. Накапливается в клетках эндосперма.

Крахмал определяет консистенцию и структуру хлеба. Целлюлоза вместе с гемицеллюлозой также оказывают большое влияние на качество хлеба.

Определение содержания углеводов проводят химическими или поляриметрическими методами. Химические методы основаны на восстанавливающих свойствах углеводов.

Все углеводы в зависимости от восстанавливающих свойств делятся на две группы: редуцирующие и нередуцирующие. Первые восстанавливают жидкость Фелинга до кирпично-красной закиси меди. К ним относятся все моносахариды и некоторые олигосахариды, например мальтоза. Нередуцирующие углеводы реакцию с жидкостью Фелинга не дают. Из запасных углеводов к ним относятся сахароза и крахмал.

При определении содержания углеводов химическими методами полисахариды сначала подвергают гидролизу под действием соляной кислоты до моносахаридов и далее определяют их количество методом Бертрана. Сущность метода заключается в способности моносахаридов восстанавливать жидкость Фелинга. После проведения реакции с жидкостью Фелинга образуется закись меди, которая обрабатывается сернокислым окисным железом в присутствии серной кислоты. Образующееся закисное железо оттитровывается перманганатом калия. По количеству затраченного на титрование перманганата калия рассчитывают содержание моносахаридов. Для расчета полисахаридов используют поправочные коэффициенты.

При определении сахаров в овощах, фруктах, ягодах получают их водную вытяжку. В одной части вытяжки определяют моносахариды без предварительного гидролиза, а в другой после гидролиза соляной кислотой. Содержание сахарозы рассчитывают как разницу между вторым и первым определением.

При определении содержания углеводов поляриметрическими методами полисахариды также предварительно подвергают гидролизу раствором соляной кислоты, а затем в полученном гидролизате измеряют угол вращения поляризованного луча света. Величина угла вращения плоскости поляризации пропорциональна концентрации моносахаридов в растворе.

Используя поправочные коэффициенты, рассчитывают содержание полисахаридов. Содержание сахарозы можно определить на сахариметре, который показывает непо-

средственное содержание сахара в процентном отношении. Однако и здесь в сахариметр помещают поляриметрическую трубку с раствором сахарозы. Сахариметр широко используют для определения содержания сахарозы в сахарной свекле. Для разделения и идентификации более сложных смесей сахаров или веществ, в составе которых кроме сахаров имеются

26

соединения неуглеводной природы, широко применяют методы хроматографии, которые позволяют не только разделить смесь на отдельные компоненты, но и количественно определить каждую из них.

Современная ЯМР-спектроскопия является мощным инструментом анализа структуры полисахаридов и используется в подавляющем исследовании. Этот метод позволяет определить состав, последовательность моносахаридных остатков биополимера, их конформацию.

Работа 6.1. Обнаружение запасных углеводов

Все моносахара, а также дисахара типа мальтозы, благодаря присутствию в них альдегидной или кетонной группы, являются редуцирующими, т. е. обладают восстанавливающими свойствами. Распространенная в растениях сахароза – не редуцирующее вещество, так как ее молекула состоит из остатков глюкозы и фруктозы, соединенных за счет альдегидной группы глюкозы и кетонной группы фруктозы.

Характерная реакция на редуцирующие сахара – реакция восстановления фелинговой жидкости.

Для обнаружения сахарозы необходимо сначала подвергнуть ее гидролизу на глюкозу

ифруктозу и лишь затем провести реакцию с жидкостью Фелинга. По количеству закиси меди можно судить о количестве редуцирующих сахаров, как содержащихся в исходном материале, так и образовавшихся в результате гидролиза сахарозы.

Ход работы: поместить материал в отдельные пробирки (примерно 1/4 пробирки), залить теплой (50-60оС) на 1/2 и встряхивать 2-3 мин. Затем содержимое пробирки профильтровать через бумажный фильтр в другую пробирку. Полученную вытяжку разделить на две равные порции. С одной порцией проделать реакцию с жидкостью Фелинга на редуцирующие сахара, во второй провести гидролиз сахарозы с соляной кислотой.

Для обнаружения редуцирующих сахаров, т.е. сахаров, имеющих альдегидную или кетонную группу, приливают к исследуемому раствору равный объем фелинговой жидкости (она будет состоять из 0,5 объема 4% раствора медного купороса и 0,5 объема раствор сегнетовой соли) и доводят до кипения. При этом окись меди восстанавливается в закись, выпадающую в виде кирпично-красного осадка.

Гидролиз сахарозы. В пробирку с фильтратом добавить 2-3 капли соляной кислоты

ипоместить в водяную баню на 2 мин, затем нейтрализовать кислоту содой (сыпать до прекращения выделения СО2 в виде пузырьков), прилить равный объем фелинговой жидкости и вновь довести до кипения.

Оформление результатов опыта

1) Полученные результаты запишите в таблицу 11 оценив количество закиси меди в баллах (по пятибальной шкале).

			Таблица 11
Содержание углеводов в исследуемом материале
Объект	Количество закиси меди
	без гидролиза		после гидролиза

2) Сделать вывод о присутствии в исследуемом материале редуцирующих сахаров и сахарозы.

27

Задания для самостоятельной работы

Тема ФЕРМЕHТЫ

Ферменты – это специфические биологические катализаторы. Они контролируют скорость различных реакций и, таким путем, регулируют обмен веществ организма в целом. В настоящее время известно свыше 1000 ферментов. Hа основе характера их действия все они, по рекомендации комиссии по ферментам Международного биохимического союза, разделены на 6 классов.

1.Оксидоредуктазы (окислительно-восстановительные ферменты). Катализируют окислительно-восстаносительные реакции.

2.Трансферазы (ферменты переноса). Катализируют перенос атомных группировок (остатки фосфорной кислоты, аминокислот, аминных и метильных групп) от одного соединения к другому.

3.Гидролазы. Группа ферментов, катализирующих расщепление (гидролиз) различных сложных соединений при участии воды на более простые.

4.Лиазы. Катализируют негидролитическое отщепление каких-либо групп от субстрата с образованием двойных связей (или наоборот, присоединение групп к двойной связи).

5.Изомеразы. Катализируют превращение органических соединений в их изомеры.

6.Лигазы (синтетазы). Катализируют соединение двух молекул, связанных с ращеплением пирофосфатной связи в АТФ или других нуклеозидфосфатах.

Эти шесть классов делятся на подклассы и группы подклассов. Каждый фермент, кроме рабочего названия, имеет рациональное название и шифр из четырех цифр. Первая цифра шифра обозначает класс, вторая – подкласс, третья – группа подкласса, четвертая – конкретный фермент.

Установлено, что каждый фермент в качестве обязательного компонента содержит белок. Ферменты, состоящие только из белка, называются однокомпонентными. Многие ферменты состоят из двух компонентов: белковой части – ферона, и небелковой простетической группы – агона.

Специфичность действия фермента определяется его белковой частью – фероном. Группы в молекуле фермента, расположенные в различных участках, но взаимодействующие между собой и ответственные за каталитическую активность, получили название функциональных групп.

Комбинация различных химических группировок в молекуле фермента, благодаря которому осуществляется его каталитическое действие, называют активным центром. Активный центр может включать несколько функциональных групп. Ферменты, у которых каталитическая активность одного из центров зависит от степени связывания субстрата и эффектора на других центрах, получили название аллостерических ферментов.

28

1) Зарисуйте схему взаимодействия фермента и субстрата.

Рис. 23. Схема взаимодействия фермента с субстратом

2) Зарисуйте схему работы аллостерического фермента.

Рис. 24. Схема работы аллостерического фермента

Ответьте на вопросы.

1) Каковы особенности работы ферментов?

__________________________________________________________________________

________________________________________________________________________________

________________________________________________________________________________

________________________________________________________________________________

________________________________________________________________________________

________________________________________________________________________________

________________________________________________________________________________

________________________________________________________________________________

________________________________________________________________________________

________________________________________________________________________________

________________________________________________________________________________

2) Каково строение ферментов?

________________________________________________________________________________

________________________________________________________________________________

________________________________________________________________________________

29

________________________________________________________________________________

________________________________________________________________________________

________________________________________________________________________________

3) Какие ферменты называют аллостерическими? Каков механизм их работы?

________________________________________________________________________________

________________________________________________________________________________

________________________________________________________________________________

________________________________________________________________________________

________________________________________________________________________________

________________________________________________________________________________

________________________________________________________________________________

________________________________________________________________________________

30