Флюоресценция

Цель занятия: Научиться получать спиртовую вытяжку пигментов из зеленых листьев.

Материалы и оборудование: свежие или сухие листья какого-либо растения; этиловый спирт; бензин; едкий калий или натрий; соляная кислота (концентрированная); уксуснокислый цинк; ступка фарфоровая; пробирки в штативе; воронки; фильтровальная бумага; ножницы; пипетки; спиртовка; спички.

Вводные пояснения

Фотосинтез – процесс образования органических веществ из диоксида углерода и воды с использованием световой энергии. Фотосинтез происходит в хлоропластах, которые окружены двумя белково-липидными мембранами. Хлоропласт включает систему ламеллярных двойных мембран – тилакоидов, образованных внутренней мембраной. В тилакоидах осуществляется световая фаза фотосинтеза, то есть преобразование энергии световых лучей в химическую энергию молекул АТФ и НАДФ•Н₂, а биохимические реакции восстановления СО₂ и синтеза углеводов происходят в межтилакоидном пространстве.

В мембранах тилакоидов содержатся следующие пигменты: хлорофилл «а» – С₅₅H₇₂O₅N₄Mg – зеленый с синеватым оттенком; хлорофилл «b» –C₅₅H₇₀O₆N₄Mg – зеленый с желтоватым оттенком; каротин – С₄₀Н₅₆ – желто-оранжевый; ксантофилл – С₄₀Н₅₆О₂ – золотисто-желтый. Эти пигменты не растворяются в воде, но растворяются в органических растворителях (спирте, ацетоне и др.).

По химической природе хлорофилл представляет собой сложный эфир дикарбоновой кислоты хлорофиллина и двух спиртов – метанола СН₃ОН и фитола С₂₀Н₃₉ОН. Хлорофиллин содержит порфириновое ядро, состоящее из четырех соединенных друг с другом метановыми мостиками (= СН–) пиррольных колец. В центре порфиринового ядра расположен атом магния, соединенный с атомами азота пиррольных колец. Кроме того, в ядре молекулы хлорофиллина имеется пятое кольцо (циклопентановое), содержащее карбонильную группу. Хлорофилл «b» отличается от хлорофилла «а» лишь тем, что у второго пиррольного кольца вместо метильной группы имеется альдегидная. Благодаря атому азота, порфириновое ядро имеет гидрофильный характер и связано с белковыми молекулами мембран. Для полного извлечения хлорофилла из листьев используют спирт или ацетон, содержащие небольшое количество воды, необходимой для гидролиза хлорофилл-белкового комплекса.

Пигментная система хлоропласта представлена двумя типами пигментов: зелеными – хлорофиллами «а» и «b» и желтыми – каротиноидами. Каротиноиды – группа желтых пигментов, являющихся по химической природе тетратерпеноидами (8 остатков изопрена С₅Н₈). Каротины – непредельные углеводороды, содержащие два симметрично расположенных иононовых кольца, соединенных длинной углеродной цепью. Среди ксантофиллов, являющихся кислородсодержащими производными каротина, преобладает лютеин, имеющий спиртовую группу в каждом иононовом кольце.

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».

Ход работы

Для получения спиртовой вытяжки необходимо 3-4 г сухих или сырых листьев растереть в фарфоровой ступке с углекислым кальцием. Растертую массу залить 10-15 мл этилового спирта, перемешать и фильтровать в пробирку через сухой бумажный фильтр. Полученная спиртовая вытяжка должна быть темно-зеленого цвета. Она представляет собой смесь пигментов – хлорофилла а (С₅₅Н₇₂О₅N₄Mg), хлорофилла б (С₅₅Н₇₀О₆N₄Mg), каротина (С₄₀Н₅₆) и ксантофилла (С₄₀Н₅₆О₂) и в проходящем свете имеет ярко-зеленую окраску.

За пробирку поместить черную бумагу или какой-нибудь черный предмет и рассмотреть вытяжку в отраженном свете – она будет красного цвета, так как хлорофилл обладает способностью к флуоресценции, то есть, поглощая энергию света, он излучает ее с измененной длиной волны.

Задание 1. Сделать спиртовую вытяжку.

Задание 2. Провести опыт выявляющий способность хлорофилла к флуоресценции.

Задание 3. Поместить спиртовую вытяжку хлорофилла в колбу с притертой крышкой для дальнейшего изучения его свойств.