А.Т. Мокроносова - Малый практикум по физиологии растений (1134226), страница 14
Текст из файла (страница 14)
Исходя из калибровки цены деления диаграммной ленты, определяют эту величину в мл 02. 3. Измеряют величину отрезка «б» в миллиметрах и, исходя из скорости движения диаграммной ленты, выражают его в единицах времени (часах). 4 Зная количество кислорода (мл), выделившегося или поглощенного за время «б», рассчитывают количество кислорода за 1 ч.
5. Пересчитынают количество кислорода, выделившегося или поглощенного за 1 ч иа единицу площади или на единицу 2, — 1 сухой или сырой массы растений (мл 02 см ч или О, г-' ч — '). Оформление результатов. См. равд. 1, задача 1. Рис. 8. Изменения концентрации кислорода в среде прн полярографическнх измерениях с помощью электрода Кларка (объяснение см. в тексте) ЗАДАЧА 2. ИЗУЧЕНИЕ ПИГМЕНТНОГО АППАРАТА ФОТОСИ НТЕЗИРУЮП(ИХ ОРГАНИЗМОВ Необходимыми компонентами фотосинтезируюш1их систем являются пигжентьд Они служат первичными фоторецепторами в и оцессе фотосинтеза, Пигменты — это соединения, избирар 55 тельно поглощающие свет в види~мой 'части солнечного спектра.
При освещении белым светом их окраска определяется теми лучами, которые они отражают или пропускают. Поглощение пигментами световой энергии обусловлено наличием в нх молекуле хромофорных групп. Хромофорные группы, представляющие собой систему сопряженных двойных связей, содержат большое число легко возбуждаемых светом и-электронов. Для их перехода в возбужденное состояние достаточно энергии квантов видимой области спектра. Все пигменты фотосннтезирующнх организмов обычно подразделяют на три группы; хлорофиллы, ерикобилипротеины (ппгменты тетрапиррольной природы) н каротиноиды. У всех эукариотных растений пигменты локализованы в хлоропластах — органоидах клетки, являющихся центрами превращения солнечной энергии.
У прокариотных водорослей и фотосинтезнрующих бактерий хлоропластов нет. Пигменты, принимающие участле в фотосинтезе, локализованы у них в мембранных структурах — тилакоидах и:гажсллах. Хлорофиллы. Все фотосинтезирующие организмы содержат эти зеленые пигменты.
По своей природе хлорофиллы являются Мд-порфириггами. Центральным атомом, связывающим четыре пиррольных кольци (1 — !Ч), служит Мд. В результате образуется большое порфириновое кольцо с сопряженными по кругу двойными связями, Чередующиеся одинарные и двойные связи включают делокализованные п-электроны, которые принимают участие в поглощении света. Кроме того, в структуре хлорофилла имеется одно циклопентановое кольцо (У), включающее вьюокоактнвную в химическом отношении кетогруппу. Последняя участвует в образовании ассоциатов молекул хлорофилла и комплексов пигмента с молекулами воды.
Для~иная углеводородная цепь (остаток фитола), присоединенная к порфириновой части молекулы хлорофилла, обладает липофильнымн свойствами. Фатальный остаток служат своего рода неполярным якорем, с помощью которого молекулы хлорофилла взаимодействуют с гидрофобными зонами белков. Все это имеет значение для создания определенной пространственной ориентации молекул хлорофилла н поддержания структуры хлоропластов, В настоящее время известно около десяти пигментов, входящих в группу хлорофиллов и отличающихся друг от друга некоторыми структурными особенностями, Наиболее распространены среди них хлорофиллы а, й и бактериохлорофилл а.
Хлорофилл а входит в состав пигментного аппарата всех фототрофов, кроме фотосинтезирующих бактерлй, содержапгггх бактериохлорофилл а. Хлорофилл а, который находится в хлоропластах высших растений и в зеленых водорослях, отличается от хлорофилла а тем, что вместо — СНв-группы у 3-го углеродного атома (в П кольце) имеется — СО1-1-группа: сн, 11 сн сн, и нгс — схг ! 1 г гг 4с — сн,— сн,с н,с — сг гу гг ' ш гс — сн н" 'х! ' ~~~;.,У с' н') ! сн, нс с=о СНг СО ,со о Ъ о сн, ( о и 4С вЂ” СН,— СН, и=се сгогггэ Хлароггялл Ь - Хларафилл а Рис, 9. Спектры поглощения хлорофиллов а и Ь в эфире; 1 — хлорофилл и, 2 — хлорофилл Ь Порфириновое кольцо хлорофилла поглощает красные и сине-фиолетовые лучи, пропуская значительную часть зеленых (рнс. 9). Этим объясняется зеленый цвет хлорофилла.
Именно молекулы хлорофилла а (у растений) и бактериохлорофилла а (у фотосинтезиругощих бактерий) являются теми пигментами, которые Ц непосредственно входят в реакцион- ! ный центр фотосинтеза и принима- ' !.г 1 ют участие в преобразовании световой энергии. Остальные хлорофил- $ лы служат «антеннамил. Они погло- г щают энергию света и передают ее ! к хлорофиллу а или бактернохло- г рофиллу а.
г фИКОбИЛИПратЕИНЫ (бИЛИХРОМО- глгр хэс ЕЕЕ 7«Л протеины). Это водорастворимые Дльяэ валлы, кч пигменты красного нли голубого цвета. Они входят в состав пигмент- ных систем цианобактернй н красных водорослей, а также крнптофнтов. Хромофорами фикобнлипротеинов являются фикоцианооилин и фикоэритробилин, состоящие изчетырехпиррольных колец, которые образуютоткрытую, не содержащую металла цепь. По химической структуре фнкобилины близки к желчным пигментам Хромофорные группы 57 — с нс~~ сн, ! НгС.
СНг СН нс— НС СН, СН, Е.иононовов кольцо л-Иононовов кольцо НООС СООН Фиконианобилин ггюввв СНл СНи = С вЂ” СН= СНь 59 фикобилипов очень прочно связаны с белком, и для нх отщепления требуются жесткие воздействия, приводящие к разрушению ковалентпых связей между белком и хромофором. Конфигурация и-электронной системы фикобилинов отличается от циклической системы хлорофилла, что определяет отличие спектров поглощения у данных групп пигментов. Фикобнлины поглощают световую энергию в зеленой и желтой областях спектра.
Поглощенную световую энергию они с высокой эффективностью передают фотохнмически активным формам хлорофилла а. Каротиноиды. Это большая группа пигментов желтого, оранжевого и красного цветов. В настоящее время их найдено более трехсот. Однако непосредственно в фотосинтезе участвуют лишь некоторые из них. Физиологическая роль многих каротиноидов еще не выяснена. Па химическому строению каротиноиды могут быть разделены на две группы: 1) каротины— ненасыщенные углеводороды, содержащие только углерод и водород; 2) ксантофиллы, которые кроме углерода н водорода содержат еще и кислород.
Все каротиноиды представляют собой производные изопрена; Большая часть каротнноидов имеет молекулу, состоящую из восьми нзопреновых остатков, которые соединены в длинную цепь. Хромофорная группа каротиноидов представлена системой конъюгированных двойных связей.
Каротиноиды бывают ациклическими, моноциклическими (имеющими одно замкнутое кольцо) и бициклическими (имеющими два кольца). Кольца можно рассматрвать как производные попона двух типов — )г-иононовые и о-иононовые; Формулы некоторых каротиноидов приведены ниже: в и, с. < и., н < и, н н н и н нас" сн, н,с .гн, н ~ , '! <ьГ' с,л ли<<. ни<а юис. оь<, ъ<.. ки<Г ииГ иьГ виГ - с.г <~ с~ < с < с < с с <. с и, ! ) '. ! ! ! ~ ! ~ ~.
~ гн, сн, н«ы и н й н сн и сн н, "' с сн, , Ио .во. н, г < лво Каротиноиды поглощают свет преимущественно в сине- фиолетовой области спектра, чем и объясняется их желто- красная окраска. Основными каротнноидами пластид высших растений и зеленых водорослей являются б-каротия и ксантофнллы люгеин, виолаксактин и неоксантин. Эти четыре пигмента составляют 98ого от общего количества каротиноидов зеленых листьев. Большое разнообразие каротиноидных пигментов характерно для цианобактерий, которые являготся первыми фотосинтезирующими организмами, перешедшими от фоторедукции к фотосинтезу с выделением кислорода.
Состав каротиноидов цианобактернй заметно отличается от пигментного состава высших растений. Из каротнноидных пигментов у них преобладают 1г-карогик, эхиненон и миксоксантофилл Два последних не обнаружены у других представителей растительного мира. Многообразие каротиноидов у цианобактерий связано с их фнлогенетическим происхождением, со способностью к существованию при очень разнообразных, порой экстремальных условиях внешней среды, с чрезвычайной эврибионтностью. Роль каротиноидов при фотосинтезе полностью не раскрыта. Доказано, что они играют роль вспомогательных пигментов, передающих энергию поглощенных квантов хлорофиллу или бактернохлорофиллу.
Благодаря этому более полно используется та часть видимого спектра, которую не поглощает хлорофилл. Кроме того, существенное значение в реакциях фотосинтеза имеет защитная функция каротиноидов, которые, дезактивируя образующиеся на свету активные формы кислорода, предохраняют хлорофилл и другие соединения клетки от фотодеструкции. Возможно также, что каротиноиды принимают участие в процессах выделения кислорода растениями на свету. Предполагают, что оветоиндуцированные взаимопревращения зеаксантина и виолаксантина (так называемый виолакеаитиновый цикл) могут играть роль в выделении Од при фотосинтезе.
Механизм этого процесса в настоящее время не выяснен. Таким образом, наличие различных пигментов обеспечивает поглощение растениями солнечного света в широком спектральном диапазоне, эффективную миграцию и локализацию энергии возбуждения на активных центрах. Набор и содержание пигментов в растениях зависят от систематического положения фототрофов, их онтогенетичсского состояния и условий существования. В процессе эволюциями растения разных местообитаний вырабатывали свой характерный набор пигментов, позволяющих им при различных условиях существования наиболее эффективно использовать доступный свет.
РАБОТА 1. ОПРГДЕЛШ1ИЕ СОДЕРЖАНИЯ ОСНОВНЫХ ПИГМЕНТОВ ФОТОСИПТЕТИЧЕСКОГО АППАРАТА В ЛИСТЬЯХ ВЫСШИХ РАСТЕНИИ тн дпе длины волны, в которых поглощение обусловливалось бы полностью одним пигментом. Однако имеющиеся различия в спектрах поглощения хлорофиллов а и Ь позволяют выбрать точки, где поглощение одного пигмента заметно превышает поглощение другого. Это обстоятельство и используют при проведении количественного определения обоих хлорофиллов без их разделения, В зависимости от природы растворителя, используемого для извлечения пигментов, их концентрации рассчитывают по сле- дующим формулам (С вЂ” концентрация, 0 — оптическая плот- ность): 1) в 80% -м растворе ацетона (Уегпоп, 1960): С,, мг/л=11,63 0ззз — 2,390зюд, Сю, мг/л= 20,11 0м„— 5,180ем) 2) в 100%-ы растворе ацетона (Юе(161е)п, 1957): Сл мг/л=9 784 0ззд 0 990 0зм Сь мг/л= 21,426 0з44 — 4,600 0зей) 3) в 96%-и растворе спирта (ААг)п1еггггапз, бе 540(з, 1965): Сю мг,я = 13,70 0ззз — 5,76 0ююд, Сю мг/л =25,80 0зюд 7,60 0ззз, 4) в 80о/о-м растворе ацетона (1)с)г(еп()га!ег е1 а1., 1982): Сю мг/л= — 12,21 0зм 2,81 0зюз, Сю мг/л = — 20,13 0зюз — 5,03 0езз 1000)г~и — 3,27С вЂ” 100Сю Для извлечения пигментов из растительных тканей и чх разделения обычно используют полярные растворители'- или смесь полярных (спирт, ацетон) и неполярных (петролейный эфир, гексан, бензин) растворителей.
Так как пигменты быстро выцветают на свету, их экстракциго проводят в затемненном помещении с предварительно охлажденными растворителями. Чтобы предотвратить изомеризацию пигментов, экстракцию следует осуществлять возможно быстрее. Пигменты извлекают последовательно несколькими порциями растворителя, фильтруя каждый раз раствор через стеклянный фильтр. П~ри растлрании листьев добавляют небольпюе количество МпСОз или СаСОз для нейтрализации кислот клеточного сока и предотвращения феофитинизации пигментов. Количественное определение пигментов основано на их способности поглощать лучи определенной длины волны. Регистрацию оптической плотности раствора пигментов проводят на спектрофотометре.
Оп~ределение концентрации хлорофиллов а и Ь в растворе без их,разделения затруднено, так как спектры обоих хлорофиллов сильно перекрываются, и невозможно най- ' Все работы с органическими растворителями н летучпмц зешестззмк пропззодпть под тягоп) 60 Цель работы. Определить спектрофотометрически содержание хлорофилла а, хлорофилла Ь и каротиноидов в исследуемом материале. Рассчитать соотношение хлорофилл а/хлорофилл Ь, Показать адаптацию пигментного аппарата растений к световому регкидму окружающей среды.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
