Оптические свойства фотосинтетических пигментов. Спектры поглощения.
Все пигменты избирательно поглощают свет в видимой части спектра (380 - 720 им).
Хлорофиллы - основные фотосинтезирующие пигменты, поглощают свет в синей (430 - 450 нм) и в красной частях спектра (640 - 683 нм) и отражают спектр в зеленой его части. Каротиноиды поглощают свет в синей и фиолетовой частях спектра.
При поглощении кванта света пигменты возбуждаются, при этом каждый квант активирует только одну молекулу хлорофилла, которая переходит в короткоживущее возбужденное состояние, выделяет энергию и вновь переходит в основное состояние.
В фотосинтезе хлорофилл играет роль оптического фогосенсибилизатора: он поглощает энергию света и переносит ее на субстраты, которые сами, без помощи хлорофилла поглощать световую энергию не могут.
Фотохимическую реакцию осуществляет только хлорофилл реакционного центра. Все другие молекулы хлорофиллов и каротиноидов являются светособирающими, т.е. они поглощают световую энергию разных длин волн и передают ее на хлорофилл реакционных центров. Этот процесс называется миграцией энергии.
Ход работы.
Спектры поглощения фотосинтетических пигментов.
Приготовить вытяжку пигментов различной концентрации в соотношении к этиловому спирту 1:1, 1:5, 1:15.
Сначала исследуют разбавленный раствор хлорофилла, затем концентрированный. Известно, что в разбавленных растворах поглощаются только узкие участки красных и си- не-фиолетовых лучей спектра. При увеличении концентрации полосы поглощения расширяются.
Для изучения спектров поглощения пигментов пользуются спектроскопом. Он состоит из коллиматорной трубки, имеющей на одном конце узкую щель, на другом - линзу; из призмы и зрительной трубы с линзой и окуляром.
Принцип его действия состоит в том, что луч света, проходя через щель спектроскопа, попадает на призму и разлагается на составляющие его участки, образуя спектр. Если на пути света перед спектроскопом поместить раствор окрашенного вещества, то участкам света, поглощенным веществом, будут соответствовать темные полосы.
До начала работы отрегулировать спектроскоп так, чтобы получился достаточно яркий и четкий спектр.
Рассмотреть и зарисовать следующие спектры:
- спектр разбавленного раствора хлорофилла;
- спектр концентрированного раствора хлорофилла;
- спектр желтых пигментов каротина и ксантофилла.
Спектры поглощения спиртовой вытяжки хлорофилла в зависимости от концентрации: слаборазбавленная средне разбавленная концентрированная Можно использовать вытяжку пигментов, полученную при разделении по Краусу.
Флуоресценция хлорофилла
Хлорофилл обладает и другими оптическими свойствами-флуоресценцией: это высвечивание поглощенной хлорофиллом энергии при переходе возбужденной светом молекулы в основное (стационарное) состояние. При этом излучаемый свет всегда имеет большую длину волны, чем поглощенный. Флуоресценция - признак фотохимической активности хлорофилла.
Пробирку, содержащую концентрированную спиртовую вытяжку пигментов, рассматривают в проходящем свете. Вытяжка имеет изумрудно-зеленый цвет. Затем вытяжку рассматривают в отраженном свете, где она приобретает вишнево-красную окраску. Это свидетельствует о способности хлорофилла к флуоресценции и является признаком его фотохимической активности.
Фотосенсибилизирующее действие хлорофилла
Фотосенсибилизирующее действие - это перенос электрона с использованием энергии света от донора к акцептору.
Донор - аскорбиновая кислота.
Акцептор - метиловый красный.
В две пробирки налить по 4-5 мл спиртовой вытяжки хлорофилла, в третью - столько же спирта. Во все 3 пробирки добавить кристаллическую аскорбиновую кислоту до насыщения и 1 мл 0,04% спиртового раствора метилового красного, при этом раствор в пробирке окрашивается в красный цвет. Хорошо перемешать, первую и третью пробирки выставить на свет, вторую поставить в темноту. Через некоторое время в первой пробирке восстанавливается зеленый цвет - следовательно, произошла реакция окисления донора и восстановления акцептора (в восстановленной форме метиловый красный бесцветен):
Во второй и третьей пробирках реакции не произошли (нет энергии, так как пробирка находилась в темноте, и нет хлорофилла.)
Следовательно, восстановление метилового красного аскорбиновой кислотой - фотосенсибилизированная реакция, происходящая только при участии света и хлорофилла.
Оборудование и реактивы:
Вытяжка пигментов из листьев; вытяжка желтых пигментов (из моркови); спирт; аскорбиновая кислота кристаллическая; метиловый красный 0,04% (спиртовой раствор); пробирки; спектроскоп; карандаши цветные.
Вопросы для повторения:
- Какие участки солнечного спектра поглощаются хлорофиллами, а какие каротиноидами?
- Как изменятся спектры поглощения спиртовой вытяжки хлорофилла в зависимости от концентрации?
- Объясните, в чем заключается фотосенсибилизирующее действие хлорофилла?
