Методи виділення пластидних пігментів з листків

Блок 1. Резюме

Фотосинтез – це процес утворення органічних речовин із карбон (IV) оксиду і води з використанням енергії світла, що відбувається в хлоропластах (пігментах) зелених рослин. Пігменти – це унікальні речовини, в яких відбувається фотосинтез.

Предметна галузь: фізіологія та біохімія рослин.

Блок 2. Попередня інформація

Фотосинтез – це процес утворення органічних речовин із карбон (IV) оксиду і води з використанням енергії світла, що відбувається в хлоропластах (пігментах) зелених рослин. Загальне рівняння фотосинтезу:

6 CO₂ + 6 H₂O=C₆H₁₂O₆ + 6O₂

Пігменти – це сполуки, які вибірково поглинають світло у видимій (400-700 нм) частині спектра. Непоглинені ділянки сонячного спектра відбиваються, що і зумовлює забарвлення пігмента. Наприклад, зелений пігмент хлорофіл поглинає червоні і сині промені, тоді як зелені відбиваються. Пігменти пластид належать до трьох класів: хлорофіли, каротиноїди і фікобіліни. Найважливішу роль у процесі фотосинтезу відіграють хлорофіли. Зараз відомо близько 10 хлорофілів, які відрізняються за хімічним складом і забарвленням, поширенням у організмах. У вищих рослин зустрічається хлорофіл а С₅₅Н₇₂О₅N₄Mg та хлорофіл b С₅₅Н₇₀О₆N₄Mg.  Хлорофіли поглинають сонячні промені певної довжини, при цьому атом магнію віддає електрони зовнішнього електронного рівня, що запускає процес фотосинтезу. Каротиноїди – це жовті та оранжеві пігменти. До них належать b-каротин С₄₀Н₅₆, лютеїн С₄₀Н₅₆О₂, віолаксантин С₄₀Н₅₆О_4. Вони забезпечують поглинання додаткових сонячних квантів, тобто виконують функцію світлозбирачів; крім того, переносять активний кисень. Фікобіліни зустрічаються переважно у водоростей. Фікоеритрин С₃₄Н₄₇N₄О₈ має червоне забарвлення, фікоціан С₃₄Н₄₂N₄О₉ – синє. Вони, як і каротиноїди, виконують роль збирачів додаткового сонячного світла.

Щоб детально вивчити хімічні і фізичні властивості пігментів, їх вилучають із зелених тканин рослин і відокремлюють один від одного. Пігменти зелених листків нерозчинні у воді, але добре розчиняються в ліпоїдних розчинниках. Їх можна екстрагувати зі свіжого і фіксованого матеріалу. Добираючи розчинники, слід враховувати розчинність самих пігментів. Залежно від хімічного складу розрізняють полярні (спирти, ацетон) і неполярні (бензин, петролейний ефір, гексан тощо) розчинники.

Зелені і жовті є ліпофільними сполуками, а тому добре розчиняються у всіх розчинниках: спирті, ацетоні, бензині, ефірі, петролейному ефірі тощо. Найкраще зелені пігменти екстрагуються з листків полярними розчинниками або сумішшю полярних і неполярних розчинників. У навчальних лабораторіях найчастіше пігменти з листків вилучають спиртом або ацетоном. Пігменти доцільно вилучати з листків різних екологічних груп рослин, різних ярусів рослини тощо.

Блок 3. Обладнання

Листки кімнатних або дикорослих рослин, етиловий спирт, чистий кварцовий пісок, фарфорові ступки, ножиці, лійки, фільтрувальний папір, штатив з пробірками, вазелін.

Рис. 1. Обладнання, необхідне для виділення пігментів

Основні терміни та поняття

ДВОМЕМБРАННІ ОРГАНЕЛИ: МІТОХОНДРІЇ ТА ПЛАСТИДИ фотосинтетичні пігменти хлорофіл

Блок 4. Експериментальна процедура

1. Свіже листя наріжте ножицями (без середньої жилки і черешка) і покладіть у ступку. До подрібненої маси додайте трохи чистого кварцового піску і 5 мл 95%-го етилового спирту. Суміш старанно розтирайте до утворення однорідної маси, поступово доливаючи етиловий спирт (5 мл). Розтирати, доки етиловий спирт не забарвиться в інтенсивний зелений колір. Носик ступки з зовнішнього боку змастіть вазеліном і відфільтруйте розтерту масу через складчастий фільтр у суху чисту пробірку.

   

2. Для екстракції хлорофілу з сухого матеріалу візьміть сухі листки, розітріть їх у фарфоровій ступці в порошок, видаливши всі жилки. До порошку долийте етилового спирту, знову розітріть. Розтерту масу відфільтруйте через складчастий фільтр у суху чисту пробірку.
3. Свіжозрізане листя без  жилок обдайте кип’ятком у пробірці, додайте етилового спирту. Пробірку поставте на водяну баню і тримайте на нагрітій водяній бані, доки спирт не забарвиться в зелений колір, а шматочки листку не знебарвляться. Екстракт перелийте в сухий чистий посуд.

   

4. Свіжонарізане листя покладіть у банку зі спиртом, щільно закрийте пробкою і дайте настоятися  протягом 12-24 годин. Одержаний екстракт профільтруйте в чисту посудину і закрийте.

Блок 5. Аналіз отриманих даних

1. Враховуючи інтенсивність забарвлення витяжок пігментів, отриманих різними способами, встановіть, яким способом екстракція відбувається ефективніше.
2. Замалюйте витяжки пігментів, одержаних різними способами.

Блок 6. Напрями розвитку

Отримана витяжка є основою для розділення пігментів, дослідження властивостей окремих пігментів рослин.