Розподіл пігментів за Краусом. Омилення хлорофілу лугом – МАНЛаб


Розподіл пігментів за Краусом. Омилення хлорофілу лугом

Автор Білик Жанна
Кандидат біологічних наук, науковий співробітник НЦ «Мала академія наук України». Сфера наукових інтересів: біохімія та фізіологія рослин, сучасні методики викладання біології та хімії, робота з обдарованими учнями. Автор близько 50 праць. Нагороджена подякою МОН.
Рівень складності Середній
Рівень небезпеки
Доступність використовуваних матеріалів На рівні шкільного обладнання
Орієнтовний час на виконання роботи До 1 години

Блок 1. Резюме

Пігменти – це речовини, що мають певний колір та виконують роль збирачів сонячного світла, необхідного для фотосинтезу. Розрізняють три основні класи пігментів: хлорофіли (зелені), каротини (жовті), ксантофіли (червоні). Вони мають дещо відмінні властивості, на цьому і базуються методи розділення пігментів. Саме розділенню пігментів за Краусом і присвячений цей проект.

Мета роботи: здійснити розподіл пігментів за Краусом; дослідити омилення хлорофілу.

Завдання:

  1. Ознайомитися з теоретичною частиною роботи.
  2. Здійснити розподіл пігментів за Краусом.
  3. Отримати продукти омилення хлорофілу лугом.

Предметна галузь: фізіологія та біохімія рослин.

 

Блок 2. Попередня інформація

Хлорофіли – це складні ефіри дикарбонової кислоти хлорофіліну, в якої одна карбоксильна група етерифікована залишком метилового спирту, а друга – залишком спирту фітолу.

До складу хлорофіліну входить порфіринове ядро, що складається з чотирьох пірольних кілець, атоми азоту яких сполучені в центрі з магнієм. По периферії пірольні кільця зв’язані між собою метиновими містками. Крім того, є додаткове п’яте циклопентанове кільце, яке містить кетогрупу. Гідрофільні властивості хлорофілу (здатність розчинятися у воді та інших полярних розчинниках) пов’язані з його азотовмісним порфіриновим ядром – «головкою» молекули. Довгий вуглецевий ланцюг («хвіст» фітолу), який приєднується до порфіринової частини молекули, надає хлорофілу гідрофобних властивостей (здатність не розчинятися у воді та інших полярних розчинниках). Саме завдяки наявності залишку фітолу хлорофіли добре розчинні в спирті, бензині, ацетоні.

Каротиноїди за хімічною природою є полімерами вуглеводню ізопрену, довжина ланцюгів яких складає 3 нм і часто закінчується шестичленними циклами. Каротиноїди мають гідрофобні властивості, вони добре розчинні в жирах та інших неполярних розчинниках.

Метод розподілу зелених і жовтих пігментів за Г. Краусом ґрунтується на різній розчинності їх в етиловому спирті (полярний розчинник) і бензині (неполярний розчинник). Ці розчинники при зливанні не змішуються і утворюють дві фази: верхню (бензинову) і нижню (спиртову). Завдяки цьому відбувається розподіл компонентів суміші.

При обробці лугом етерні зв’язки омилюються, в результаті чого від його молекули відщеплюються спирти фітол і метанол. Другий продукт, який утворюється під час реакції, лужна сіль хлорофілінової кислоти, зберігає зелене забарвлення й оптичні властивості хлорофілу.

Блок 3. Обладнання

спиртова витяжка пігментів зеленого листка, пробірки, бензин (гексан), 20%-й розчин гідроксиду калію, вода.

Блок 4. Експериментальна процедура

  1. У пробірку налийте 3 мл концентрованого екстракту пігментів з листків різних рослин, долийте в неї 6 мл бензину (гексану) і 2-3 краплини води. Пробірку закрийте пробкою і добре збовтайте її вміст. Спостерігайте розшарування розчину на зелений (верхній) і жовтий (нижній) шари. У верхньому бензиновому шарі розчинені хлорофіли і каротин (сильно гідрофобні речовини), в нижньому водно-спиртовому – ксантофіл. При додаванні гексану: в нижньому шарі гексану розчинилися хлорофіли і каротиноїди, оскільки вони є гідрофобними, неполярними речовинами, у верхньому шарі – ксантофіли, оскільки вони гідрофільні.
  2. Щоб виявити каротин, у пробірку додайте 15 краплин 20%-го розчину KOH і сильно збовтайте її вміст. Спостерігайте перерозподіл забарвлених шарів внаслідок утворення солі хлорофілінової кислоти (реакції омилення хлорофілу). Жовте забарвлення верхнього шару в пробірці зумовлене каротином. Солі хлорофілінової кислоти, як і хлорофіл, зелені, але характеризуються гідрофільністю і тому перерозподіляються в нижній водно-спиртовий шар.
Рис. 1. Розподіл пігментів за Краусом (модифікація з гексаном). А) до омилення хлорофілу
Б) після омилення хлорофілу

Блок 5. Аналіз отриманих даних

Замалюйте зміни забарвлення, які відбуваються в пробірці. Зробіть висновок щодо хімічних і фізичних властивостей пігментів рослин.

Блок 6. Напрями розвитку

Розподілені пігменти можна застосовувати для подальших досліджень, наприклад для визначення їхньої кількості.