Фізико-хімічні властивості фотосинтетичних пігментів

Лабораторна робота 8.

Тема: Фізико-хімічні властивості фотосинтетичних пігментів.

Фотосинтетичні пігменти − хлорофіл і каротиноїди (каротин та ксантофіл) − знаходяться у живому листку у тісному взаємозв'язку з білково-ліпоїдними компонентами мембран хлоропластів. Характер цього зв'язку остаточно сьогодні не з'ясований. Відомо, що він менш міцний, ніж ковалентний (можливо, адсорбційний, просторовий), і легко руйнується за дії на листок полярних органічних розчинників (спирт чи ацетон), що викликають денатурацію білкової частини фотосинтетичної мембрани. Певну роль в підтримці природного структурного стану пігментів в живому листку відіграє вода. З абсолютно сухого листка хлорофіл неможливо вилучити безводним розчинником, тому зазвичай використовують 85 % ацетон або етиловий спирт.

Неполярні розчинники (бензин, петролейний ефір) не можуть розірвати зв'язок хлорофілу з білками мембран і вилучити чистий пігмент. Вода також не здатна порушити зв'язок хлорофілу з білком. Каротин на відміну від ксантофілів менш міцно пов'язані з білком і, перебуваючи у ліпоїдному оточенні, легше, ніж хлорофіл, вилучаються неполярними розчинниками.

Хлорофіли − обумовлюють зелений колір рослини і, хімічно, є складними ефірами дикарбонової хлорофілінової кислоти із залишками двох спиртів: метилового і фітолу. Основний пігмент, що забезпечує проходження процесу фотосинтезу − хлорофіл а (С55Н72О5N4Mg), що поглинає сонячну енергію і трансформує її в енергію хімічних зв’язків. Допоміжним пігментом є хлорофіл b (С55Н70О6N4Mg), а також каротиноїди (жовтого, оранжевого чи червоного кольору) − С40Н56.

Відокремити ксантофіли від хлорофілів у загальній суміші можна за методом Крауса. Вони, як двоатомні спирти, мають вищу гідрофільність і тому значно гірше за інші пігменти розчинні у бензині. Каротин легше відокремити від суміші пігментів шляхом омилення хлорофілів. Хлорофіл завдяки наявності фітольного «хвоста» має високу розчинність в бензині. При омиленні його розчином лугу відбувається відщеплення спиртів: фітолу і метанолу. Частина молекули, що залишилася − двохосновна кислота хлорофілін - утворює сіль хлорофіліну з калієм, яка, як і всі солі взагалі, розчинна у воді, тобто гідрофільна, і нерозчинна у бензині. В результаті, після омилення в бензині залишається тільки високоліпофільний каротин. Реакція омилення йде наступним чином:

[pic 1]

Солі хлорофілу, як і хлорофіл, мають зелене забарвлення, оскільки при омиленні не зачіпається структура порфіринового ядра, що надає молекулі зелений колір. Здатність хлорофілу до реакції омилення показує, що він є складним ефіром і, як всі інші складні ефіри (наприклад, жири), здатний розщеплюватися під дією лугу з утворенням солей. При цьому, жовті пігменти з лугами не реагують.

У центрі порфіринового ядра молекули хлорофілу знаходиться атом магнію. Активним впливом розведених і слабких кислот атом магнію можна замістити на водень. Утворюється безмагнієве похідне хлорофілу оливкового кольору − феофітин:

[pic 2]

Реакція феофітинізації показує, що зелене забарвлення хлорофілу значною мірою пов'язане із присутністю атома металу магнію. Про це також свідчить реакція відновлення металоорганічного зв'язку. Реакція між феофітином і сіллю будь-якого металу, наприклад, оцтовокислою міддю, призводить до заміщення водню металом і відновленню зеленого забарвлення. Отримана сполука − мідьпохідне хлорофілу, яке, однак, вже не має властивостей хлорофілу:

[pic 3]

Мета роботи: ознайомитися з оптичними та хімічними властивостями хлорофілу у листках рослин гібіскуса.