Хлорофилл, каротиноиды, антоциан

Хлорофилл, каротиноиды, антоциан. Почему листва желтеет и опадает?

Листья имеют зеленый цвет, потому что в них находится хлорофилл — зеленый пигмент, который к тому же участвует в процессе фотосинтеза. На самом деле хлорофилл не единственный краситель в листе, в нем также находятся каротиноиды, отвечающие за желтый и оранжевый цвета, и антоцианы, отвечающие за красный цвет. В связи с важностью фотосинтеза хлорофилл является преобладающим пигментом в листе.

Осенью температура снижается, и это существенно уменьшает количество питательных веществ и минералов, которые поступают в растение с помощью корней. Процесс фотосинтеза становится намного менее эффективным с уменьшением температуры. Поэтому в основаниях листьев начинает расти пробковый клеточный слой, который существенно ограничивает количество воды и минералов, поступающих в лист. Со временем хлорофилл начинает разрушаться, и другие пигменты — каротиноиды и антоцианы — начинают проявляться все сильнее. Из-за этого лист меняет свой цвет на оранжевый или красный.

Однако через листву все еще испаряется огромное количество воды, столь нужной растению. Поэтому через некоторое время пробковый слой полностью перекрывает питание, и крепление черешка листа к побегу становится очень слабым, в результате чего листья опадают.

Многие листопадные деревья и кусты произрастают в жарких странах, где, несмотря на постоянную высокую температуру, у них тоже опадают листья. Это связано с тем, что при больших температурах хлорофилл в листьях разрушается, поэтому растение избавляется от них, чтобы ограничить испарение влаги. Но в этих же условиях у хвойных растений иголки не опадают — это связано с тем, что у иголок гораздо более малая площадь поверхности, поэтому их них испаряется гораздо меньше влаги.

Каротиноиды в листьях

Каротиноиды — жирорастворимые пигменты желтого, оранжевого, красного цвета — присутствуют в хлоропластах всех растений. Они входят также в состав хромопластов в незеленых частях растений, например в корнеплодах моркови, от латинского наименования которой (Daucus carota L.) они и получили свое название. В зеленых листьях каротиноиды обычно незаметны из-за присутствия хлорофилла, но осенью, когда хлорофилл разрушается, именно каротиноиды придают листьям характерную желтую и оранжевую окраску. Каротиноиды синтезируются также бактериями и грибами, но не животными организмами. В настоящее время известно около 400 пигментов, относящихся к этой группе.

Структура и свойства. Элементарный состав каротиноидов установил Вильштеттер. С 1920 по 1930 г. была определена структура основных пигментов этой группы. Искусственный синтез ряда каротиноидов впервые осуществлен в 1950 г. в лаборатории П. Каррера. К каротиноидам относятся три группы соединений: 1) оранжевые или красные пигменты каротины 40Н56); 2) желтые ксантофиллы 4оН56О2 и С40H51O4); 3) каротиноидные кислоты — продукты окисления каротиноидов с укороченной цепочкой и карбоксильными группами (например, C20H24O2— кроцетин, имеющий две карбоксильные группы).

Каротины и ксантофиллы хорошо растворимы в хлороформе, бензоле, сероуглероде, ацетоне. Каротины легко растворимы в петролейном и диэтиловом эфирах, но почти нерастворимы в метаноле и этаноле. Ксантофиллы хорошо растворимы в спиртах и значительно хуже в петролейном эфире.

Читайте также:  Продукты, повышающие и снижающие тестостерон Детский эндокринолог

Все каротиноиды — полиеновые соединения. Каротиноиды первых двух групп состоят из восьми остатков изопрена, которые образуют цепь конъюгированных двойных связей. Каротиноиды могут быть ациклическими (алифатическими), моно- и бициклическими. Циклы на концах молекул каротиноидов являются производными ионона (рис. 5.5).

Примером ациклического каротиноида может служить ликопин 40Н56) — основной каротин некоторых плодов (в частности, томатов) и пурпурных бактерий.

Каротин (рис. 5.5) имеет два в-иононовых кольца (двойная связь между С5 и С6). При гидролизе в-каротина по центральной двойной связи образуются две молекулы витамина А (ретинола). б-Каротин отличается от в-каротина тем, что у него одно кольцо в-иононовое, а второе — Ј-иононовое (двойная связь между С4 и С5).

Ксантофилл лютеин — производное a-каротина, а зеаксантин — в-каротина. Эти ксантофиллы имеют по одной гидроксильной группе в каждом иононовом кольце. Дополнительное включение в молекулу зеаксантина двух атомов кислорода по двойным связям С5—С6 (эпоксидные группы) приводит к образованию виолаксантина. Название

«виолаксантин» связано с выделением этого соединения из лепестков желтых анютиных глазок (Viola tricolor). Зеаксантин впервые получен из зерновок кукурузы (Zea mays). Лютеин (от лат. luteus — желтый) содержится, в частности, в желтке куриных яиц. К наиболее окисленным изомерам лютеина относится фукоксантин 40Н60О6) — главный ксантофилл бурых водорослей.

Основные каротиноиды пластид высших растений и водорослей — В-каротин, лютеин, виолаксантин и неоксантин. Синтез каротиноидов начинается с ацетил-СоА через мевалоновую кислоту, геранилгеранилпирофосфат до ликопина, который является предшественником всех других каротиноидов. Синтез каротиноидов происходит в темноте, но резко ускоряется при действии света. Спектры поглощения каротиноидов характеризуются двумя полосами в фиолетово-синей и синей области от 400 до 500 нм (см. рис. 4.3). Количество и положение максимумов поглощения зависят от растворителя. Этот спектр поглощения определяется системой конъюгированных двойных связей. При увеличении числа таких связей максимумы поглощения смещаются в длинноволновую область спектра.

Каротиноиды, как и хлорофиллы, нековалентно связаны с белками и липидами фотосинтетических мембран.

Роль каротиноидов в процессах фотосинтеза. Каротиноиды — обязательные компоненты пигментных систем всех фотосинтезирующих организмов. Они выполняют ряд функций, главные из которых: 1) участие в поглощении света в качестве дополнительных пигментов, 2) защита молекул хлорофиллов от необратимого фотоокисления. Возможно, каротиноиды принимают участие в кислородном обмене при фотосинтезе.

Важное значение каротиноидов как дополнительных пигментов, поглощающих свет в синефиолетовой и синей частях спектра, становится очевидным при рассмотрении распределения энергии в спектре суммарной солнечной радиации на поверхности Земли. Как следует из рисунка

максимум этой радиации приходится на сине-голубую и зеленую части спектра (480 530 нм). В естественных условиях доходящая до поверхности Земли суммарная радиация слагается из потока прямой солнечной радиации на горизонтальную поверхность и рассеянной радиации неба. Рассеивание света в атмосфере происходит благодаря аэрозольным частицам (капли воды, пылинки и т. д.) и флуктуациям плотности воздуха (молекулярное рассеяние). Спектральный состав суммарной радиации в области 350 — 800 нм при безоблачном небе в течение дня почти не меняется. Объясняется это тем, что увеличение доли красных лучей в прямой солнечной радиации при низком стоянии Солнца сопровождается увеличением доли рассеянного света, в котором много сине-фиолетовых лучей. Атмосфера Земли в значительно большей степени рассеивает лучи коротковолновой части спектра (интенсивность рассеяния обратно пропорциональна длине волны в четвертой степени), поэтому небо выглядит голубым. При отсутствии прямого солнечного света (пасмурная погода) увеличивается доля сине-фиолетовых лучей. Эти данные указывают на важность коротковолновой части спектра при использовании наземными растениями рассеянного света и возможность участия каротиноидов в фотосинтезе в качестве дополнительных пигментов. В модельных опытах показана высокая эффективность переноса энергии света от каротиноидов к хлорофиллу а, причем этой способностью обладают молекулы каротинов, но не ксантофиллов.

Читайте также:  Личный опыт что делать, когда в твоей голове миллион навязчивых пугающих мыслей

Вторая функция каротиноидов — защитная. Впервые данные о том, что каротиноиды могут защищать молекулы хлорофилла от разрушения, были получены Д. И. Ивановским (1913). В его опытах пробирки, содержащие одинаковый объем раствора хлорофилла и разные концентрации каротиноидов, выставлялись на 3 ч на прямой солнечный свет. Оказалось, что чем больше каротиноидов было в пробирке, тем в меньшей степени разрушался хлорофилл. В дальнейшем эти данные получили многочисленные подтверждения. Так, бескаротиноидные мутанты хламидомонады на свету в атмосфере кислорода погибают, а в темноте при гетеротрофном способе питания нормально развиваются и размножаются. У мутанта кукурузы, у которого отсутствовал синтез каротиноидов, образующийся хлорофилл в аэробных условиях при сильном освещении быстро разрушался. В отсутствие кислорода хлорофилл не разрушался.

Каким же образом каротиноиды препятствуют разрушению хлорофилла? В настоящее время показано, что каротиноиды способны реагировать с хлорофиллом, находящимся в триплетном состоянии, предотвращая его необратимое окисление. При этом энергия триплетного возбужденного состояния хлорофилла превращается в теплоту:

Кроме этого каротиноиды, взаимодействуя с возбужденным (синглетным) кислородом, который неспецифически окисляет многие органические вещества, могут переводить его в основное состояние:

Менее ясна роль каротиноидов в кислородном обмене при фотосинтезе. У высших растений, мхов, зеленых и бурых водорослей осуществляется светозависимое обратимое дезэпоксидирование ксантофиллов. Примером такого превращения может служить виолакеантиновый цикл:

Значение виолаксантинового цикла остается невыясненным. Возможно, он служит для устранения излишков кислорода. Каротиноиды у растений выполняют и другие функции, не связанные с фотосинтезом. В светочувствительных «глазках» одноклеточных жгутиковых и в верхушках побегов высших растений каротиноиды, контрастируя свет, способствуют определению его направления. Это необходимо для фототаксисов у жгутиковых и фототропизмов у высших растений.

Каротиноиды обусловливают цвет лепестков и плодов у некоторых растений Производные каротиноидов — витамин А, ксантоксин, действующий подобно АБК, и другие биологически активные соединения. Хромопротеин родопсин, обнаруженный у некоторых галофильных бактерий, поглощая свет, функционирует в качестве Н + -помпы. Хромофорной группой бактериородопсина является ретиналь — альдегидная форма витамина А. Бактериородопсин аналогичен родопсину зрительных анализаторов животных.

Выделение хлорофилла и каротиноидов и исследование их оптических свойств

Работа призёра открытой городской научно-практической конференции «Курчатовский проект − от знаний к практике, от практики к результату» в секции «Метод» среди работ учащихся 10−11 классов

Актуальность работы

Читайте также:  МРТ с консультацией невролога в Москве цены

Нас повсюду окружают зелёные растения, которые обеспечивают жизнь на нашей планете. Основными компонентами в их листьях являются растительные пигменты. Работа посвящена исследованию их свойств.

Цель

Исследование оптических свойств хлорофилла и каротиноидов.

Задачи

− Выделить хлорофилл и каротиноиды из листьев растений.

− Обнаружить люминесценцию хлорофилла и каротиноидов в УФ-лучах.

− Измерить спектры поглощения хлорофилла и каротиноидов.

− Определить оптимальное время экстракции хлорофилла.

− Сравнить количество хлорофилла в различных растениях.

− Проанализировать результаты опытов.

Описание работы

В исследовании я решила изучить некоторые оптические свойства хлорофилла и каротиноидов. Хлорофилл можно извлечь из растений с помощью экстракции разными органическими растворителями.

Хлорофилл мы экстрагировали из листьев фиалки, герани, клёна, спиреи; салата, укропа, петрушки, лука, из огурца, чая чёрного «Greenfield», чая зелёного «Перекресток», чая зелёного «Curtis».

Для того чтобы извлечь хлорофилл и каротиноиды, нужно смять листья и поместить их в стеклянный стаканчик, залить его примерно на 1/3 объёма изопропиловым спиртом, поставить стаканчик на электрическую плитку, включить минимальный нагрев. Когда изопропанол начнёт кипеть, снять стаканчик с плиты и ждать 5 мин., пока пигменты экстрагируются из листьев. Должен получиться тёмно-зелёный раствор (хлорофилл) или яркие цветные растворы (каротиноиды).

Свежеприготовленный экстракт хлорофилла обладает интересным свойством.

Под действием УФ-лучей он проявляет ярко-красную люминесценцию. Разложившийся хлорофилл данным свойством не обладает. Так можно приблизительно определить количество хлорофилла и то, как давно он приготовлен.

С помощью спектрофотометра снимали спектры поглощения экстрактов хлорофиллов и каротиноидов. Спектры двухнедельного и только что приготовленного экстрактов различаются по интенсивности поглощения. Двухнедельный хлорофилл поглощает свет менее интенсивно, чем свежий. Наблюдалось два пика поглощения в области 680 нм и в области 440 нм.

Спектры поглощения красных пигментов почти одинаковые и частично отличаются от жёлтого. У жёлтого пигмента наблюдался только один пик поглощения в области 340 нм. У красных пигментов наблюдалось 2 пика. Первый, небольшой, в области 550 нм. Второй, большой, в области 340 нм.

Результаты

  1. Хлорофилл и каротиноиды лучше экстрагировать изопропанолом.
  2. Люминесцирует только свежеприготовленный хлорофилл. Разложившийся хлорофилл этого свойства не проявляет.
  3. Каротиноиды люминесцируют слабо.
  4. Со временем интенсивность поглощения света хлорофиллом убывает, вероятно, из-за его разложения.
  5. Спектры поглощения каротиноидов различаются не сильно. Они дополнительно помогают поглощать растениям свет в жёлто-зелёной и фиолетовой областях спектра.
  6. Из разных растений хлорофилл экстрагируется неодинаково. Лучше всего экстрагируется из зелёного чая, лука и герани.
  7. Чёрный чай содержит меньше хлорофилла, чем зелёный, вероятно, из-за ферментации. Также дешёвый зелёный чай содержит меньше хлорофилла, чем дорогой.

Оснащение и оборудование, использованное в работе

Стаканы химические (50 мл), электрическая плитка, круглодонные колбы, спектрофотометр.

Перспективы развития результатов работы

Разработка метода экстракции хлорофилла может быть использована для проведения практических работ в школе.

Особое мнение

«Я считаю, что работы должны оцениваться более объективно. Проекты, сделанные в лабораториях вузов, следует отделять от тех, которые сделаны дома или в школьной лаборатории.

Если вы говорите, что победителям и призёрам Курчатовского проекта при поступлении в вуз будут добавляться баллы, то, пожалуйста, сделайте это. Очень неприятная ситуация складывается»

Ссылка на основную публикацию
Хлорид натрия структурная формула
Стоматология для вас Терапия Реставрация зубов Гигиена полости рта Лазерная стоматология Виниры Отбеливание зубов Исправление прикуса Эстетическая стоматология Неотложная помощь...
Хирургическое лечение пневмоторакса
Пневмоторакс Пневмоторакс — это присутствие воздуха в плевральной полости, куда оно попадает вследствие повреждения легкого или стенки грудной клетки. Воздух...
Хирургическое отделение опухолей костей, мягких тканей и кожи
Меланома Отделение хирургическое N10 биотерапии опухолей ЧТО ТАКОЕ МЕЛАНОМА? Меланома кожи – это опухоль, которая развивается из меланоцитов – клеток,...
Хлоропирамин инструкция по применению, отзывы, аналоги, цена
Хлоропирамин (Chloropyramine) Владелец регистрационного удостоверения: Лекарственная форма Форма выпуска, упаковка и состав препарата Хлоропирамин Таблетки 1 таб. хлоропирамина гидрохлорид25 мг...
Adblock detector