Hlavním pigmentem zelených rostlin je molekula chlorofylu, která se podílí na procesu absorpce světla. Vyšší rostliny obsahují dvě formy chlorofylu: chlorofyl a a chlorofyl b. Struktura chlorofylu a (obr. 40) byla stanovena Wilyptetterem a Fischerem a potvrzena v roce 1960 Woodwardem, který provedl úplnou syntézu chlorofylu a.

Základem molekuly chlorofylu je plochý porfyrinový kruh, v jehož středu je iont atomu hořčíku koordinovaný s atomy dusíku porfyrinového kruhu.

Plochá struktura porfyrinového kruhu je způsobena konjugovanými dvojnými a jednoduchými vazbami -elektronů mezi atomy uhlíku a dusíku. Tyto elektrony jsou "delokalizovány", tj. jsou rovnoměrně rozmístěny podél "periferie" porfyrinového kruhu (tečkovaná oblast na obr. 40). Změna stavu pohybu -elektronů v prstenci vyžaduje relativně málo energie. Proto absorpční spektrum světla molekulou chlorofylu leží v červené oblasti. Elektrický dipólový moment přechodu do excitovaného stavu je v rovině porfyrinového kruhu.

Kromě porfyrinového kruhu má molekula chlorofylu dlouhý hydrofobní řetězec - „ocásek“, který se skládá z 20 atomů uhlíku. Tento postranní řetězec je zbytek fytolalkoholu. Chlorofyl b se liší od chlorofylu a tím, že v druhém je skupina - nahrazena skupinou - CHO. Chlorofyl b tedy obsahuje o jeden atom kyslíku více a o dva atomy vodíku méně než chlorofyl a.

Absorpční spektra obou forem chlorofylu jsou znázorněna na Obr. 41. Maxima absorpčních pásů chlorofylu a leží v oblastech vlnových délek K da 700 nm (červená) a K da 440 nm (fialová), maxima absorpčních pásů chlorofylu b leží v oblastech vlnových délek 660 a 460 nm.

Maximální intenzita dopadajícího slunečního světla povrch Země, dopadá na modrozelené a zelené oblasti vlnových délek (450-550 nm). Ukazuje se, že právě v těchto oblastech je absorpce světla molekulami chlorofylu minimální.

Chlorofyl a se nachází ve všech zelených rostlinách a řasách. Chlorofyl b chybí v mnoha řasách. Tyto řasy někdy obsahují další odrůdy chlorofylu: c a d. Fotosyntetické bakterie, které neprodukují kyslík, neobsahují chlorofyl a. Obvykle obsahují speciální druh chlorofylu – bakteriochlorofyl.

Jak bylo uvedeno výše, mnoho fotosyntetických buněk obsahuje kromě molekul chlorofylu také molekuly pigmentu,

Rýže. 40. Strukturní vzorce chlorofylu a a chlorofylu b.

absorbuje světlo v jiných oblastech spektra a dává organismům různé barvy. Tyto molekuly rozšiřují spektrální rozsah světla používaného při fotosyntéze. Kromě toho karotenoidy chrání chlorofyl před nevratnou fotooxidací kyslíkem.

Strukturní vzorce jednoho z karotenů a fykokyanobilinu jsou uvedeny na Obr. 42. Karoteny mají dlouhé polyisoprenové řetězce konjugovaných dvojných a jednoduchých vazeb. Na každém konci molekuly jsou cyklohexanové kruhy. Phycocyans, které jsou součástí modrozelených řas, obsahují čtyři pyrolytické kruhy. Mohou tvořit komplexy se specifickými proteiny.

Na Obr. 43 ukazuje diagram prvních energetických hladin molekuly chlorofylu a. V základním stavu má molekula nulový spin. Všechny excitované stavy s nulovým spinem se nazývají singlety (S). Molekula může mít také excitované stavy se spinovou jednotou (v jednotkách h). Říká se jim triplet (T). Životnost prvního singletového stavu. Životnost nulového tripletového stavu.

Rýže. 41. Světelná absorpční spektra chlorofylu a (1) a chlorofylu b (2).

Působením světla dochází v molekule pouze k přechodům do singletových excitovaných stavů. Pokud molekuly chlorofylu při absorpci světla přecházejí do excitovaných stavů s energiemi přesahujícími energii prvního excitovaného stavu, pak v důsledku nezářivých procesů v čase 10-12 - 10-13 s přecházejí do prvního singletového, ale excitovaného stavu, přičemž přebytečnou energii dávají rozpouštědlu.

Ze stavu singleg dochází v čase k přechodu do základního stavu s emisí světla (nm). Tento jev se nazývá fluorescence. Je zde také malá pravděpodobnost neradiačního přechodu molekuly z neexcitovaného stavu do tripletového excitovaného stavu.Vlivem slabé interakce spinu s elektromagnetickou vlnou je životnost tripletového stavu vzhledem k emisi světla λ » 930 nm při přechodu do stavu základního singletu poměrně velká. Dlouhá životnost tripletového stavu je způsobena nepravděpodobným procesem změny spinu molekuly z jednoty na nulu.

Roztoky obsahující molekuly pigmentu pouze jednoho typu (chlorofyl b, chlorofyl a, karotenoidy atd.) při nízkých teplotách mají charakteristická fluorescenční spektra odpovídající kvantovým přechodům -elektronů z nejnižších excitovaných singletových stavů do základního singletového stavu molekuly. Spolu s hlavním zářením je pozorováno slabé, pomalu se rozpadající záření o delší vlnové délce, odpovídající přechodům z nejnižších tripletových stavů těchto molekul do základního singletového stavu.

Vzhledem k tomu, že elektronické přechody v molekulách pigmentu jsou doprovázeny změnou mnoha nízkofrekvenčních vibračních stavů molekul a životní prostředí jejich absorpční a luminiscenční pásy mají značnou šířku.

Při studiu fluorescence pigmentů, které jsou součástí

Rýže. 42. Strukturní vzorce fotosyntetických pigmentů: a - beta-karoten; b - fykokyanobilin.

chloroplastech je pozorována pouze fluorescence chlorofylu a. Fluorescence chlorofylu 6 a dalších pigmentových molekul s kratší vlnovou délkou není detekována, ani když je chloroplast osvětlen světlem s vlnovou délkou, která se shoduje s vlnovou délkou absorpčního spektra odpovídajícího pigmentu.

Převážná část pigmentových molekul tedy hraje roli světlosběrných systémů (antén). Molekuly pigmentu v chloroplastech tvoří soubory uspořádaných molekul.

Výše uvedené vlastnosti fluorescence chloroplastů ukazují, že v takových souborech dochází k relativně rychlé (10-11 - 10-12 s) migraci excitační energie singletu přes molekuly pigmentu do molekul chlorofylu a.

Kvantová teorie systémů slabě interagujících identických molekul ukazuje, že díky rezonanční interakci mezi excitovanými a neexcitovanými molekulami v systému vznikají kolektivní bezproudé excitované stavy - excitony, které přenášejí excitaci z jednoho místa systému na druhé. Rezonanční interakce se s rostoucí vzdáleností (as ) poměrně pomalu snižuje a může se projevit i při vzdálenostech řádově 50 A.

Když exciton, pohybující se systémem molekul pigmentu, dosáhne molekuly chlorofylu a, která má nižší úroveň excitace, převede ji do excitovaného stavu,

Rýže. 43. Schéma singletových (S t) a tripletových (71,) energetických hladin molekuly chlorofylu a.

Přímé řezy odpovídají absorpci, vlnité šipky fluorescenci; čísla udávají vlnové délky v nanometrech.

přenos přebytečné energie do zásobníku tepla. Taková malá ztráta energie vylučuje zpětný přenos excitační energie z molekul chlorofylu a na molekuly sbírající světlo pigmentu.

Molekula chlorofylu a po obdržení energie z molekul sbírajících světlo ji odevzdá ve formě emise světla - fluorescence. Tento jev byl dobře studován při studiu luminiscence molekulárních krystalů obsahujících molekuly nečistot s excitační energií nižší, než je excitační energie molekul hlavní látky, a nazývá se senzibilizovaná luminiscence.

Nějakou dobu se věřilo, že molekuly, které přijímají excitační energii z molekul sbírajících světlo, jsou speciální molekuly chlorofylu a. Nyní bylo zjištěno (viz část 17.2), že tuto roli hrají v chloroplastech a chromatoforech speciální fotosyntetická reakční centra, která zahrnují několik molekul chlorofylu. Tyto molekuly v reakčním centru tvoří jakýsi komplex, působící jako celek s vlastním spektrem excitovaných stavů. Navíc energie nejnižší z nich je menší než energie jednotlivé molekuly chlorofylu. Bylo zjištěno, že počet reakčních center v membráně je významný menší než číslo molekuly sbírající světlo (1/400).

Fotosyntetická reakční centra (excitonové pasti) jsou součástí fotosyntetických systémů (PS), ve kterých probíhají světelné reakce fotosyntézy. Fotosyntetické systémy spolu s reakčními centry, která vnímají světelnou energii, obsahují řadu dalších molekul - enzymů, proteinů, lipidů, lipoproteinů, které se podílejí na organizaci fotosyntetického systému a na jeho realizaci světelné části bio chemické reakce. Fotosyntetické systémy jsou poměrně pevně zabudovány do thylakoidních membrán.

Z hlediska studia primárních procesů fotosyntézy na molekulární úrovni je zvláště zajímavé studium organizace pigmentových vrstev a struktury fotosyntetických systémů, zejména studium reakčních center, která je tvoří.

kritická role zelené pigmenty se účastní procesu fotosyntézy chlorofyly. Francouzští vědci P.Zh. Peletier a J. Caventou (1818) izolovali z listů zelenou látku a nazvali ji chlorofyl (z řeckého „chloros“ – zelený a „phyllon“ – list). V současné době je známo asi deset chlorofylů. Liší se chemickou strukturou, barvou, distribucí mezi živými organismy. Všechny vyšší rostliny obsahují chlorofyly a a b. Chlorofyl c se nachází v rozsivecích, chlorofyl d se nachází v červených řasách. Kromě toho jsou známy čtyři bakteriochlorofyly (a, b, c a d), které jsou obsaženy v buňkách fotosyntetických bakterií. Buňky zelených bakterií obsahují bakteriochlorofyly c a d, zatímco buňky fialových bakterií obsahují bakteriochlorofyly a a b.

Základní pigmenty, bez nichž neprobíhá fotosyntéza, jsou chlorofyl a pro zelené rostliny a bakteriochlorofyly pro bakterie. Přesná představa o pigmentech zeleného listu vyšších rostlin byla poprvé získána díky práci největšího ruského botanika M.S. Barvy (1872-1919). Vyvinul novou chromatografickou metodu pro separaci látek a izolovaných listových pigmentů v jejich čisté formě. Chromatografická metoda separace látek je založena na jejich různé adsorpční kapacitě. Tato metoda byla široce používána. SLEČNA. Barva prošla extraktem z listu skleněnou trubicí naplněnou práškem - křídou nebo sacharózou (chromatografická kolona). Jednotlivé složky pigmentové směsi se lišily stupněm adsorpce a pohybovaly se různou rychlostí, v důsledku čehož byly koncentrovány v různých zónách kolony. Rozdělením kolony na samostatné části (zóny) a použitím vhodného systému rozpouštědel bylo možné izolovat každý pigment. Ukázalo se, že listy vyšších rostlin obsahují chlorofyl a a chlorofyl b a také karotenoidy (karoten, xantofyl aj.). Chlorofyly, stejně jako karotenoidy, jsou nerozpustné ve vodě, ale snadno rozpustné v organických rozpouštědlech. Chlorofyl a a b se liší barvou: chlorofyl a je modrozelený, zatímco chlorofyl je žlutozelený. Obsah chlorofylu a v listu je asi třikrát větší než obsah chlorofylu b.

Podle chemická struktura chlorofylu - estery dikarboxylové organické kyseliny - chlorofylin a dva zbytky alkoholů - fytol a methyl. Empirický vzorec je C55H7205N4Mg. Chlorofylin je organokovová sloučenina obsahující dusík příbuzná porfyrinům hořčíku.

V chlorofylu je vodík karboxylových skupin nahrazen zbytky dvou lihu - methyl CH3OH a fytolu C20H39OH, proto je chlorofyl komplexní éter.

Chlorofyl b se od chlorofylu a liší tím, že obsahuje o dva atomy vodíku méně a o jeden atom kyslíku více (místo skupiny CH3 skupina CHO). V tomto ohledu je molekulová hmotnost chlorofylu a 893 a chlorofylu b 907. Ve středu molekuly chlorofylu je atom hořčíku, který je spojen čtyřmi atomy dusíku pyrrolových skupin. Pyrrolové skupiny chlorofylu mají systém střídajících se dvojných a jednoduchých vazeb. Toto N je chromoforová skupina chlorofylu, což způsobuje absorpci určitých paprsků sluneční spektrum a jeho zbarvení. Průměr porfyrinového jádra je 10 nm a délka fytolového zbytku je 2 nm. Vzdálenost mezi atomy dusíku pyrrolových skupin v jádře chlorofylu je 0,25 nm. Zajímavé je, že průměr atomu hořčíku je 0,24 nm. Hořčík tedy téměř úplně vyplňuje prostor mezi atomy dusíku pyrrolových skupin. Tím vznikne jádro molekuly chlorofylu síla navíc.

Jedním ze specifických rysů struktury chlorofylu je přítomnost v jeho molekule kromě čtyř heterocyklů další cyklické skupiny o pěti atomech uhlíku - cyklopentanon. Cyklopentanový kruh obsahuje vysoce reaktivní ketoskupina. Existují důkazy, že v důsledku procesu enolizace se do molekuly chlorofylu v místě této ketoskupiny přidává voda. Molekula chlorofylu je polární jeho porfyrinové jádro má hydrofilní vlastnosti a fytolový konec je hydrofobní. Tato vlastnost molekuly chlorofylu určuje její specifické umístění v membránách chloroplastů. Porfyrinová část molekuly je navázána na protein a fytolový řetězec je ponořen do lipidové vrstvy.

Chlorofyl extrahovaný z listu snadno reaguje s oběma kyselin a také zásad. Na interakce s alkálií dochází k zmýdelnění chlorofylu, což má za následek vznik dvou alkoholů a alkalické soli kyseliny chlorofylinové.

V neporušeném živém listu může být fytol odštěpen od chlorofylu vlivem enzymu chlorofylázy. Na interakce se slabou kyselinou extrahovaný chlorofyl ztrácí zelená barva, vzniká sloučenina feofytinu, ve které je atom hořčíku ve středu molekuly nahrazen dvěma atomy vodíku.

Chlorofyl v živé neporušené buňce má schopnost reverzibilní fotooxidace a fotoredukce. Dusík pyrrolových jader může být oxidován (darovat elektron) nebo redukovat (připojovat elektron).

Studie ukázaly, že vlastnosti chlorofylu v listu a extrahovaného z listu se liší, protože v listu je komplexní sloučenina s proteinem. To dokazují následující údaje:

• Absorpční spektrum chlorofylu v listu je odlišné ve srovnání s extrahovaným chlorofylem.
• Chlorofyl nelze extrahovat absolutním alkoholem ze suchých listů. Extrakce je úspěšná pouze v případě, že se listy navlhčí nebo se do alkoholu přidá voda, která ničí vazbu mezi chlorofylem a bílkovinou.
• Chlorofyl izolovaný z listu je snadno zničen pod vlivem široké škály vlivů (vysoká kyselost, kyslík a dokonce i světlo).

Mezitím v listu je chlorofyl docela odolný vůči všem výše uvedeným faktorům. Hemoglobin se vyznačuje konstantním poměrem – 4 molekuly heminu na 1 molekulu proteinu. Mezitím je poměr mezi chlorofylem a proteinem různý a mění se v závislosti na typu rostlin, fázi jejich vývoje, podmínkách prostředí (od 3 do 10 molekul chlorofylu na 1 molekulu proteinu). Spojení mezi molekulami bílkovin a chlorofylem je realizováno nestabilními komplexy vznikajícími při interakci kyselých skupin molekul bílkovin a dusíku pyrrolových kruhů. Čím vyšší je obsah dikarboxylových aminokyselin v proteinu, tím lepší je jejich komplexace s chlorofylem (T.N. Godnev).

Důležitou vlastností molekul chlorofylu je jejich schopnost vzájemné interakce. Přechod z monomerní na agregovanou formu vznikl jako výsledek interakce dvou nebo více molekul, když byly blízko u sebe. V procesu tvorby chlorofylu se jeho stav v živé buňce přirozeně mění. Nyní se ukázalo, že chlorofyl v plastidových membránách je ve formě pigment-lipoproteinových komplexů s různým stupněm agregace.

Proč je tráva, stejně jako listí na stromech a keřích, zelená? Všechno je to o chlorofylu. Můžete vzít pevné lano znalostí a pevně se s ním seznámit.

Příběh

Udělejme si krátký exkurz do relativně nedávné minulosti. Joseph Bieneme Cavantou a Pierre Joseph Pelletier jsou těmi, kterým je třeba potřást rukou. Muži vědy se pokusili oddělit zelené barvivo z listů různých rostlin. Úsilí bylo korunováno úspěchem v roce 1817.

Pigment byl pojmenován chlorofyl. Z řeckého chloros, zelený a phyllon, list. Bez ohledu na výše uvedené, na začátku 20. století Michail Tsvet a Richard Wilstetter dospěli k závěru, že se ukazuje, že chlorofyl obsahuje několik složek.

Willstetter si vyhrnul rukávy a pustil se do práce. Purifikace a krystalizace odhalily dvě složky. Byly jednoduše nazývány alfa a beta (a a b). Za práci na poli výzkumu této látky mu byla v roce 1915 slavnostně udělena Nobelova cena.

V roce 1940 Hans Fischer navrhl světu konečnou strukturu chlorofylu a. Král syntézy Robert Burns Woodward a několik vědců z Ameriky získali nepřirozený chlorofyl v roce 1960. A tak byl otevřen závoj tajemství – objevení se chlorofylu.

Chemické vlastnosti

Vzorec chlorofylu, stanovený z experimentálních indikátorů, vypadá takto: C 55 H 72 O 5 N 4 Mg. Návrh zahrnuje organické (chlorofylin), stejně jako methyl a fytol alkoholy. Chlorofylin je organokovová sloučenina, která přímo souvisí s hořečnatými porfyriny a obsahuje dusík.

MgN4OH 30 C 32

Chlorofyl je uveden jako ester kvůli tomu, že zbývající části methylalkohol CH30H a fytol C20H39OH nahradily vodík karboxylových skupin.

Umístěno výše strukturní vzorec chlorofyl alfa. Při pozorném pohledu můžete vidět, že beta-chlorofyl má o jeden atom kyslíku více, ale o dva atomy vodíku méně (skupina CHO místo CH 3). Molekulová hmotnost alfa-chlorofylu je tedy nižší než molekulová hmotnost beta.

Hořčík se usadil uprostřed částice látky, která nás zajímá. Slučuje se se 4 atomy dusíku pyrrolových formací. V pyrrolových vazbách lze pozorovat systém elementárních a alternujících dvojných vazeb.

Chromoforový útvar, který úspěšně zapadá do složení chlorofylu, je N. Umožňuje pohlcovat jednotlivé paprsky slunečního spektra a jeho barvu bez ohledu na to, co hoří jako plamen, a večer to vypadá jako uhlíky.

Pojďme k velikostem. Porfyrinové jádro má průměr 10 nm, fytolový fragment je dlouhý 2 nm. V jádře je chlorofyl 0,25 nm, mezi mikročásticemi pyrrolových dusíkatých skupin.

Rád bych poznamenal, že atom hořčíku, který je součástí chlorofylu, má průměr pouze 0,24 nm a téměř úplně vyplňuje volný prostor mezi atomy pyrrolových dusíkatých skupin, což pomáhá jádru molekuly být pevnější.

Lze usuzovat, že chlorofyl (a a b) se skládá ze dvou složek pod jednoduchým názvem alfa a beta.

Chlorofyl a

Relativní - 893,52. V odděleném pobytu vytvářejí černé mikrokrystaly s modrým nádechem. Při teplotě 117-120 stupňů Celsia tají a přeměňují se v kapalinu.

V ethanolu se tytéž chloroformy, v acetonu a také v benzenech snadno rozpouštějí. Výsledky získávají modrozelenou barvu a mají charakteristický rys – sytě červenou fluorescenci. Špatně rozpustný v petroletheru. Ve vodě se vůbec nerozpouštějí.

Vzorec alfa chlorofylu: C 55 H 72 O 5 N 4 Mg. Látka je ve své chemické struktuře klasifikována jako chlór. V kruhu je fytol navázán na kyselinu propionovou, konkrétně na její zbytek.

Některé rostlinné organismy místo chlorofylu a tvoří jeho analog. Zde byla ethylová skupina (-CH2-CH3) v II pyrrolovém kruhu nahrazena vinylovou (-CH \u003d CH2). Taková molekula obsahuje první vinylovou skupinu v kruhu jedna, druhou v kruhu dva.

Chlorofyl b

Vzorec chlorofylu-beta je následující: C 55 H 70 O 6 N 4 Mg. Molekulární váha látka je 903. Na atomu uhlíku C 3 v pyrrolovém kruhu jsou dva, nachází se trochu alkoholu, bez vodíku -H-C \u003d O, který má žlutá. To je rozdíl od chlorofylu a.

Troufáme si poznamenat, že ve speciálních trvalých částech buňky, plastidech-chloroplastech, životně důležitých pro její další existenci, se nachází několik druhů chlorofylu.

Chlorofyly c a d

Chlorofyl c. Klasický porfyrin – tím je tento pigment jiný.

Červené řasy mají chlorofyl d. Někteří o jeho existenci pochybují. Předpokládá se, že jde pouze o produkt degenerace chlorofylu a. V tuto chvíli můžeme s jistotou říci, že chlorofyl s písmenem d je hlavním barvivem některých fotosyntetických prokaryot.

Vlastnosti chlorofylu

Po dlouhém výzkumu se objevily důkazy o tom, že byla zaznamenána odlišnost ve vlastnostech chlorofylu, který je v rostlině a získává se z ní. Chlorofyl v rostlinách je spojen s bílkovinami. Svědčí o tom následující pozorování:

1. Absorpční spektrum chlorofylu v listu je odlišné od extrahovaného.
2. Získat předmět popisu ze sušených rostlin s čistým alkoholem je nereálné. Extrakce probíhá bezpečně s dobře navlhčenými listy nebo je třeba přidat vodu do alkoholu. Je to ona, kdo rozkládá protein spojený s chlorofylem.
3. Materiál extrahovaný z listů rostlin je rychle zničen kyslíkem, koncentrovaná kyselina, světelné paprsky.

Ale chlorofyl v rostlinách je odolný vůči všemu výše uvedenému.

Chloroplasty

V rostlinách obsahuje chlorofyl 1 % sušiny. Nachází se ve speciálních buněčných organelách – plastidech, což ukazuje na jeho nerovnoměrné rozložení v rostlině. Plastidy buněk, které jsou zbarveny zeleně a obsahují chlorofyl, se nazývají chloroplasty.

Množství H 2 O v chloroplastech se pohybuje od 58 do 75 %, obsah sušiny tvoří bílkoviny, lipidy, chlorofyl a karotenoidy.

Funkce chlorofylu

Vědci objevili úžasnou podobnost ve struktuře molekul chlorofylu a hemoglobinu, hlavní dýchací složky lidské krve. Rozdíl spočívá v tom, že hořčík se nachází v klešťovitém spojení uprostřed v pigmentu rostlinného původu a železo v hemoglobinu.

Během fotosyntézy vegetace planety absorbuje oxid uhličitý a uvolňuje kyslík. Tady je další úžasná vlastnost chlorofyl. Pokud jde o aktivitu, lze jej srovnat s hemoglobinem, ale množství dopadu na lidské tělo je poněkud větší.

Chlorofyl je rostlinný pigment, který je citlivý na světlo a je potažen zeleně. Následuje fotosyntéza, při které její mikročástice přeměňují energii slunce, absorbovanou rostlinnými buňkami, na chemickou energii.

Můžete dojít k následujícím závěrům, že fotosyntéza je proces přeměny sluneční energie. Pokud důvěřujeme moderním informacím, bylo zjištěno, že syntéza organických látek z plynu oxidu uhličitého a vody pomocí světelné energie se rozkládá do tří stupňů.

Fáze #1

Tato fáze je završena procesem fotochemického rozkladu vody za asistence chlorofylu. Uvolňuje se molekulární kyslík.

Fáze #2

Je zde pozorováno několik redoxních reakcí. Aktivně pomáhají cytochromům a dalším elektronovým nosičům. Reakce nastává díky světelné energii přenesené elektrony z vody do NADPH a vytvořením ATP. Zde se ukládá světelná energie.

Fáze 3

Ke konverzi se používají již vytvořené NADPH a ATP oxid uhličitý do sacharidů. Absorbovaná světelná energie se účastní reakcí 1. a 2. stupně. Reakce poslední, třetí, probíhají bez účasti světla a nazývají se temné.

Fotosyntéza je jediný biologický proces, ke kterému dochází se zvýšením volné energie. Přímo či nepřímo poskytuje chemický podnik dostupný dvounohým, okřídleným, bezkřídlým, čtyřnohým a dalším organismům žijícím na Zemi.

Hemoglobin a chlorofyl

Molekuly hemoglobinu a chlorofylu mají složitou, ale zároveň podobnou atomovou strukturu. Běžný v jejich struktuře je profin - prstenec malých kroužků. Rozdíl je vidět v procesech připojených k profinu a v atomech umístěných uvnitř: atom železa (Fe) v hemoglobinu, v chlorofylu hořčík (Mg).

Chlorofyl a hemoglobin mají podobnou strukturu, ale tvoří různé proteinové struktury. Chlorofyl se tvoří kolem atomu hořčíku a hemoglobin se tvoří kolem železa. Pokud vezmete molekulu tekutého chlorofylu a odpojíte fytolový ocas (20 uhlíkový řetězec), změníte atom hořčíku na železo, pak se zelená barva pigmentu změní na červenou. Výsledkem je hotová molekula hemoglobinu.

Chlorofyl se snadno a rychle asimiluje právě díky takové podobnosti. Dobře podporuje organismus při nedostatku kyslíku. Nasytí krev potřebnými stopovými prvky, odtud lépe transportuje do buněk nejdůležitější látky pro život. Dochází k včasnému uvolňování odpadních látek, toxinů, odpadních látek vznikajících přirozeným metabolismem. Má vliv na spící leukocyty, probouzí je.

Popisovaný hrdina beze strachu a výčitek chrání, posiluje buněčné membrány a napomáhá regeneraci pojivové tkáně. Mezi přednosti chlorofylu patří rychlé hojení vředů, různých ran a erozí. Zlepšuje imunitní funkce, zvýrazní schopnost zastavit patologické poruchy molekul DNA.

Pozitivní trend v léčbě infekčních a nachlazení. Toto není celý seznam dobrých skutků uvažované látky.

Dlouhodobý kontakt se železem za přítomnosti vlhkosti. Vzniklý plyn, zvaný „deflogistický ledkový vzduch“, již při smíchání s obyčejným vzduchem neměnil svou barvu (na rozdíl od původního „dusičnanového vzduchu“) a svíčka v něm hořela stejně jasně jako v běžném „odflogistizovaném vzduchu“ hořící tříska přispívá k přeměně „odflogistizovaného ledkového vzduchu“ na obyčejný „flogistický vzduch“. 1) Uveďte vzorce a moderní názvy všech šesti druhů vzduchu popsaných J. Priestleym. 2) Pro každou z nich uveďte jednu reakční rovnici. 54. Ledek norský, používaný jako hnojivo, obsahuje 11,86 % dusíku. 1) Nastavte jeho vzorec. 2) Proč se tomuto ledku říká norský, protože v Norsku (na rozdíl od Chile) nejsou naleziště ledku? 3) Co mají Volta a Birkeland společného s norským ledkem? 55. Ve druhé polovině 19. století ruský chemik N.N. Beketov navrhl způsob získávání kovového rubidia. Za tímto účelem zahříval směs hydroxidu rubidného a práškového hliníku v železném válci vybaveném chladicí trubicí a přijímačem. Z poznámek N.N. Beketova: "Rubidium je poháněno postupně, stéká dolů jako rtuť a zachovává si svůj kovový lesk díky skutečnosti, že projektil je během operace naplněn vodíkem." 1) Napište rovnici pro reakci, kterou provedl N.N. Beketov. 2) V řadě napětí kovů, které znáte, je rubidium hodně vlevo od hliníku. Jak lze tuto reakci vysvětlit? 3) Lze tento proces použít k výrobě kovového lithia? 56. Jód objevil v roce 1811 francouzský chemik Bernard Courtois. Říká se, že jednoho dne v laboratoři kočka, která vždy tiše seděla na Courtoisově rameni, náhle vyskočila na stůl, kde stály baňky s činidly. Havarovaly a do vzduchu stoupaly mraky fialového „kouře“ – jodové páry. Jodid sodný, získaný z řas, interakcí s kyselinou sírovou poskytuje jód I2; Zároveň vzniká „sirný plyn“ – oxid siřičitý SO2. Vypočítejte celkový objem plynů (při N.C.) uvolněných v důsledku interakce 15 g NaI s přebytkem kyseliny sírové a také relativní hustotu (ve vzduchu) D výsledné směsi plynů, je-li stupeň konverze činidla α 90 %. 22 Příklady úloh teoretického kola pro ročník 10 Úkol 1. Chemické kádinky s 0,1 g kovového hliníku v každé jsou vyváženy na váze. Jak se změní rovnováha vah, když se do jedné sklenice nalije 5% roztok kyseliny chlorovodíkové o hmotnosti 10 g, ve druhém - 5% roztok hydroxidu sodného o hmotnosti 10 g. Řešení: Kovový hliník reaguje s kyselinou chlorovodíkovou a hydroxidem sodným podle rovnic: 2Al + 6 HCl → 2 AlCl3 + 3 H2 2Al + 2 NaOH + 6 H2O → 2 Na + 3 H2 Při stejném množství vodíku se uvolní v obou případech hliník se stejným množstvím zreagovaného hliníku. Pokud se tedy hliník úplně rozpustí, pak se rovnováha vah nezmění. V případě nedokonalého rozpuštění hliníku převáží pánev vah, kde bude reagovat menší podíl hliníku. 5% roztoky o hmotnosti 10 g obsahují 0,5 g (10⋅0,05) kyseliny chlorovodíkové a hydroxidu sodného. M(Al)=27g/mol M(HCl)= 36,5 g/mol M(NaOH)= 40 g/mol 406 g HCl Al o hmotnosti 27⋅2 g reaguje s NaOH o hmotnosti (40⋅2) g Al o hmotnosti 0,1 g reaguje s NaOH v přebytku y a NaOH jsou tedy kompletní látky o hmotnosti 0,4 g. dojde k rozpuštění hliníku v obou sklech a rovnováha závaží nebude narušena. Úkol 2. Vypočítejte relativní hustotu dusíku směsi plynů skládající se z butanu C4H10, pokud v této směsi připadá jeden atom kyslíku na tři atomy uhlíku. Řešení: Vzorec pro stanovení průměrné molární hmotnosti směsi ν1 М1 + … + νn Mn M(av.) = m(cm.)/ ν(cm.) = ν1 + … + νn M(C4H10) = 58g/mol М(СО2) = 44 g/mol, že směs obsahuje atom uhlíku, Wes, zapíšeme jako 2um číslo G(N2) =2 jeden mol atomů kyslíku : ν(O) = 1 mol ν (С) = 3 mol Vypočítejte množství oxidu uhličitého za předpokladu, že oxid uhličitý obsahuje jeden mol atomů kyslíku: ν(СО2) = ν (О) / 2 = 1 mol/ 2 = 0,5 mol 3 mol - 0,5 mol - 2,5 mol - 2,5 mol - 2,5 mol /0 ν0 (0) 3d 2,5 mol / 4 \u003d 0,625 mol / mol (0,625 + 0,5) mol Vypočítejte relativní hustotu směsi plynů vzhledem k dusíku: DN (cm) = 51,78 / 28 = 1,85 Úkol 3. Chlorofyl je důležité barvivo rostlin, které určuje zelené listy. Při spalování 89,2 mg chlorofylu v přebytku kyslíku se získají pouze tyto čtyři látky: 242 mg plynu, což jsou obvykle sycené nápoje; 64,8 mg tekutiny, která tvoří základ těchto nápojů; 5,6 mg plynu, což je nejvíce zemskou atmosféru a 4,00 mg bílého prášku, což je oxid lehkého, široce používaného kovu, který tvoří přibližně 2,3 % zemské kůry. 1) O jakých látkách mluvíme? 2) Vypočítejte vzorec chlorofylu za předpokladu, že jeho molekula obsahuje pouze jeden atom kovu. 3) Napište rovnici pro spalovací reakci chlorofylu. 4) Obsahuje chlorofyl chlór? Kde se vzal název "chlorofyl"? 5) Uveďte příklad přírodní látky obsahující fragment struktury podobné struktury. Řešení: 1. Nápoje jsou syceny oxidem uhličitým, samotné nápoje jsou většinou voda, nejběžnějším plynem v zemské atmosféře je dusík a prášek je oxid hořečnatý. 2. Vypočítejte poměr prvků v molekule: n(CO2) = 242/44 = 5,5 mmol, m (C)= 5,5⋅ 12 = 66 mg n(H2O)= 64?8/18 = 3,6 mmol, m(H) = 3,6⋅2 mg/2 mg 2,5 mmol = O) = 40/4,00 = 0,1 mmol, m(Mg) = 0,1⋅24 = 2,4 mg m(02) = 89,2 - 66 - 7,2 - 5,6 - 2,4 = 8 mg, n(O) = 8/16 = 0,5 mmol. 24 Poměr C:H:N:O:Mg \u003d 5,5:7,2:0,4:0,5:0,1 \u003d 55:72:4:5:1, odtud vzorec pro chlorofyl: C55H72N4O5Mg 3. C55H72N5uC0203 + + 2 N2 + MgO 4. Řecké slovo „chloros“ znamená „zelený“. Odtud název chloru i chlorofylu. 5. Nejznámější jsou krevní barvivo hem (hemoglobin) a deriváty hemu a chlorofylu. Úkol 4. Zakladatel Všesvazové a Všeruské chemické olympiády pro školáky, profesor Moskevské státní univerzity Alfred Feliksovich Plate, řekl, že během Velké vlastenecké války dostal pokyn urychleně prozkoumat obsah dvoulitrové tenkostěnné kovové ampule, která byla v kokpitu sestřeleného nepřátelského stíhače. Podle výsledků analýzy tato kapalina obsahovala 22 % uhlíku, 4,6 % vodíku a 73,4 % bromu (hmotnostně). Výsledky analýzy uvrhly inženýry a vojenské experty do zmatku. Vyjádřete své myšlenky, za jakým účelem byla tato tenkostěnná ampule s neobvyklým obsahem upevněna v pilotní kabině. Řešení: Poměr mezi počtem atomů prvků ve studované kapalině: C: H: Br = (22/12) : 4,6: (73,4/80) = 1,83: 4,6: 0,92 = 2: 5: 1. Vzorec studované kapaliny je C2H5Br. Objev značného množství této látky a navíc v nezvyklém obalu přirozeně způsobil zmatek, dokud jeden z experimentálních chemiků nepřišel na velmi jednoduchý nápad: ethylbromid vře při teplotě + 38 °C a je umístěn v pilotní kabině jako potenciální hasicí prostředek! V případě požáru ampule praskne a páry ethylbromidu, který je téměř 4krát těžší než vzduch, na nějakou dobu izolují oheň a zastaví šíření ohně. Úkol 5. Uvažujme řetězec přeměn: 1. A = B + C 2. B + C2H5Cl = D 3. D + C2H5Cl = D + A 4. B + TiCl4 = A + E 5. B + C4H8Cl2 = A + F 6. B + N2O4 = I + NO Dešifrujte látky, které jsou známé, že látka A - I, je-li známá, látky voda a chuť a chuť 1 a 4 probíhají při vysoké teplotě, reakce 1 probíhá za působení elektrický proud reakce 2 se provádí v diethyletheru. 1) Napište rovnice reakcí 1 - 6. 2) Co může být látka G a pojmenujte ji. 25 Řešení: Hořká chuť mořské vody pochází ze sloučenin hořčíku. Protože elektrolýzou taveniny látky A vznikají dvě jednoduché látky, je zřejmé, že se jedná o halogenid hořečnatý, konkrétně jeho chlorid, jak vyplývá z reakce 4. Při interakci s chlorethanem dochází k adiční reakci. Protože ty halogeny nasycené uhlovodíky může vstupovat do substitučních reakcí, pak B je hořčík. Protože při reakci vzniká pouze jedna látka, pak látka D je produktem adice hořčíku, hořčíkově organické látky, Grignardova činidla. A – MgCl2 B – Mg C – Cl2 D – C2H5MgCl E – C4H10 E – Ti G – C4H8 I – Mg(NO3)2 MgCl2 = Mg + Cl2 Mg + C2H5Cl = C2H5MgCl C2H5MgCl + C2H5Cl = C4Cl22Cl + M TigCl42Cl + M Cl2 + Mg = C4H8 + MgCl2 Mg + 2 N2O4 = Mg(NO3)2 + 2 NO V závislosti na vzájemném uspořádání atomů chloru v molekule C4H8Cl2 lze získat různé produkty. Pokud jsou atomy chloru umístěny na stejném atomu uhlíku, může se ve znatelném množství tvořit okten. Pokud jsou atomy chloru umístěny na dvou sousedních atomech uhlíku, získají se nenasycené uhlovodíky CH2=CH-CH2-CH3 (buten-1) nebo CH3-CH=CH-CH3 (buten-2). Když jsou atomy chloru od sebe vzdáleny dva atomy uhlíku, mohou se v malých množstvích vyrábět cyklické uhlovodíky (cyklobutan). Úkoly pro nezávislé řešení 1. Ke 130 ml směsi dusíku, vodíku a metanu bylo přidáno 200 ml kyslíku a směs byla zapálena. Po ukončení hoření a kondenzaci vodní páry byl za stejných podmínek celkový objem 144 ml a po průchodu zplodin hoření přebytkem alkalického roztoku se objem zmenšil o 72 ml. Najděte počáteční objemy dusíku, vodíku a metanu. 2. Určete strukturu a pojmenujte sloučeninu benzenové řady složení C9H8, je-li známo, že odbarvuje bromovou vodu, vstupuje do Kucherovovy reakce, reaguje s amidem sodným. Oxidací manganistanem draselným se získá mateřská sloučenina kyselina benzoová. 3. Samozřejmě znáte obecné vzorce pro členy homologické řady - metan, ethen, ethin. Pokuste se odvodit obecný vzorec pro členy libovolné 26 homologní řady (ne nutně uhlovodíky), pokud je znám vzorec pro první člen této řady. 4. Při spalování plynného uhlovodíku v chloru se spotřebuje trojnásobek objemu chloru. A když se stejný uhlovodík spálí v kyslíku, hmotnostní spotřeba okysličovadla se sníží 1,48krát. Co je to uhlovodík? 5. Spalná tepla metanu jsou 890 a vodíku 284 kJ/mol. Při spalování 6,72 litru směsi vodíku a metanu (n.o.) se uvolnilo 148 kJ. Jaké množství kyslíku bylo spotřebováno? 6. Nízkovroucí uhlovodík, který existuje ve formě dvou geometrických izomerů, má hustotu par 2,93 g/l při tlaku 1215,6 GPa a teplotě 67 °C. Stanovte jeho strukturu a uveďte strukturní vzorce všech acyklických uhlovodíků, které jsou s ním izomerní. 7. Následkem složité chemické reakce vzniká směs brombenzenu C6H5Br a jodbenzenu C6H5I. Ke studiu reakčního mechanismu potřebuje chemik přesně znát procento obou sloučenin ve výsledné směsi. Směs se podrobí elementární analýze. Elementární analýza pro Br a I odděleně však není vždy možná. Určete procento C6H5Br a C6H5I ve směsi, pokud je známo, že obsahuje a % uhlíku a součet (Br a I) je 1 %. 8. Páry ethylalkoholu byly rozloženy nad zahřátým oxidem hlinitým. Výsledný plyn se vede přes 250 ml 0,4 M roztoku bromu, dokud bromová barva úplně nezmizí. Jaký objem plynu (n.o.s.) reagoval s bromovou vodou? Kolik to vyrobilo produktu? 9. Zmýdelnění esterů se urychluje působením alkálií. Pro hydrolýzu některých etherů se obvykle odebírá 6% roztok hydroxidu sodného (hustota 1,0 g/cm3) v množství 150 ml alkalického roztoku na 1 g etheru. Kolik 40 % (hustota 1,4 g/cm3) je třeba vzít na hydrolýzu 6 g etheru? 10. Sloučenina obsahuje vodík, hmotnostní zlomek - 6,33; uhlík, hmotnostní zlomek - 15,19; kyslík, hmotnostní zlomek - 60,76 a ještě jeden prvek, jehož počet atomů v molekule se rovná počtu atomů uhlíku. Určete, o jaký druh sloučeniny se jedná, do jaké třídy patří a jak se chová při zahřívání. 11. Předpovězeno na základě teorie struktury a získané A.M. Butlerov vedl uhlovodík A přes dehydrogenační katalyzátor na bázi hliníku a chrómu při 450 °C a byly získány dva hořlavé plyny: těkavější B a méně těkavý C. Plyn C byl veden přes vodný roztok kyseliny sírové s hmotnostním zlomkem 64 %. Dochází k dimerizaci látky B kysele katalyzované, při dodržení Markovnikovova pravidla. V důsledku této reakce vzniká směs dvou izomerních kapalných produktů D a D s relativní molekulovou hmotností přibližně dvojnásobnou oproti výchozímu A. Produkty D a D po oddělení z roztoku kyseliny a vysušení byly ošetřeny hořlavým plynem B v přítomnosti skeletálního niklového katalyzátoru. Z G a D vznikla stejná látka E, která se standardně používá pro automobilové palivo s oktanovým číslem 100. Pojmenujte látky A, B, C, D, D a E. Napište schémata reakcí, které probíhají. 12. Určité množství uhlovodíkového složení CnH2n-2 dává s přebytkem chloru 21,0 g tetrachloridu. Stejné množství uhlovodíku s přebytkem bromu dává 38,8 g tetrabromidu. Odvoďte molekulový vzorec tohoto uhlovodíku a napište jeho možné strukturní vzorce. 13. Při úplné hydrolýze směsi karbidů vápníku a hliníku vzniká směs plynů, která je 1,6x lehčí než kyslík. Určete hmotnostní zlomky karbidů ve výchozí směsi. 14. Hydrogenací acetylenu o objemu 672 ml (N.O.) se získala směs ethanu a ethylenu, která odbarvuje roztok bromu v tetrachlormethanu o hmotnosti 40 g, hmotnostní podíl bromu je 4 %. Určete množství etanu a ethylenu ve směsi a jejich molární podíly. 15. Sériově zapojenými elektrolyzéry s inertními elektrodami, obsahujícími: prvním je roztok chloridu barnatého, druhým roztok siřičitanu draselného se stejnými množstvími látek, prochází elektrický proud. Elektrolýza byla zastavena při odběru vzorku roztoku z prvního elektrolyzéru po okyselení jeho přebytkem kyselina dusičná se přestal srážet roztokem dusičnanu stříbrného a na anodě tohoto elektrolyzéru se uvolnilo 1,12 litru plynu. Roztoky získané elektrolýzou byly smíchány. Určete složení a hmotnost sraženiny. 16. Spálením 1 molu metanu se uvolní 802 kJ tepla. Jaký objem metanu se musí spálit (při N.C.), aby se kus mědi o hmotnosti 100 g zahřál z 20 na 50 °C? Měrná tepelná kapacita mědi je 0,38 kJ/kg oC. 17. Kapalina A reaguje s fenolem v přítomnosti NaOH podle schématu A + 2 C6H5OH za vzniku aromatické látky B (bod varu je nižší než u fenolu), která se s FeCl3 nezbarvuje; vzniká také síran sodný. Síran sodný a methanol se také tvoří, když se A zahřívá s vodným NaOH. Na základě daných podmínek problému stanovte strukturu látky A; zdůvodněte odpověď. 18. Některý aldehyd B je vedle aldehydu A v homologní řadě aldehydů. 19 g aldehydu B bylo přidáno ke 100 g vodného roztoku aldehydu A s hmotnostním zlomkem aldehydu 23 %. Přidáním roztoku amoniaku AgNO3 do 2 g roztoku aldehydu se uvolní 4,35 g stříbra. 19. Plyny vznikající při úplném spalování acetylenu a propenu o objemu 1,12 l (n.o.) procházejí roztokem hydroxidu draselného o objemu 0,3 l, jehož molární koncentrace je 0,5 mol/l. Výsledný roztok může absorbovat dalších 0,448 litru oxidu uhličitého. Určete složení výchozí směsi v objemových procentech. 20. Pro provádění některých chemických reakcí v laboratoři je nutné mít "absolutní alkohol", který prakticky neobsahuje vodu. 28 Jak se dá připravit z běžného lihu - rektifikovaného, ​​obsahujícího cca 4 % vlhkosti? 21. 30 ml směsi propan-butanu bylo smícháno v eudiometru s 200 ml kyslíku a explodováno. Před explozí měla reakční směs teplotu 127 °C a normální tlak. Po uvedení podmínek na výchozí byl objem plynů v eudiometru 270 ml. Jaké je složení v objemových procentech směsi propan-butan? 22. Kalcinováno 17,5 g neznámého dusičnanu kovu v atmosféře inertního plynu. Těkavé produkty byly shromážděny a ochlazeny. Vzniklo 13,5 g 70% roztoku kyseliny dusičné. Nastavte vzorec pro dusičnany. 23. Směs metanu a kyslíku byla vyfouknuta. Po redukci na výchozí (pokojové) podmínky se ukázalo, že hustota vzrostla jedenapůlkrát (ve srovnání s hustotou výchozí směsi). Provedením produktů nadbytkem roztoku Ca(OH)2 se získá 13 ml neabsorbovaného plynu. Vypočítejte: a) složení směsí před a po výbuchu (objemově); b) objem výchozí směsi. Uveďte reakční rovnice. 24. V přebytku kyslíku bylo spáleno 1,00 g 10% roztoku neznámé látky v ledové kyselině octové a spotřebováno 672 ml kyslíku (n.o.). V tomto případě vznikla pouze voda (0,569 ml) a oxid uhličitý (708 ml při n.o.). Jaký roztok byl spálen? S kterou z navržených látek může reagovat: KOH, HI, CH3 - CH = CH - CH3? Napište reakční rovnice. 25. K neutralizaci 4,36 g směsi kyseliny mravenčí, octové a šťavelové se spotřebuje 45 cm3 2n alkalického roztoku. Úplnou oxidací téhož vzorku vznikne 2464 cm3 oxidu uhličitého (n.c.). Jaký je molární poměr kyselin? 26. Objem oxidu uhličitého vzniklého v důsledku spalování uhlovodíků s relativní hustotou vodíku menší než 25 je 4/7 součtu objemů zreagovaného uhlovodíku a kyslíku. Jaký je vzorec pro uhlovodík? 27. Plynný chlor se vede přes horký 10% roztok kyseliny mravenčí o hmotnosti 75 g, dokud se hmotnostní podíly obou kyselin v roztoku nerovnají. Určete hmotnost vzniklých kyselin. 28. V XVI. století. Německý chemik Andreas Libavius ​​získal zahřátím stříbřité kapaliny s práškem HgCl2 a následnou kondenzací uvolněných par těžkou (ρ = 2,23 g / cm3) průhlednou kapalinu, kterou nazval „alkohol chlorid rtuťnatý“. Působením sirovodíku na "chlorid rtuťnatý" se tvoří zlatožluté desky, nazývané "zlatý list" a 1 objem "chloridu rtuťnatého" může reagovat s 383 objemy sirovodíku (n.o.). Pokud však působíme na „alkohol sublimátu“ 29 vodný roztok amoniak, vzniká bílá sraženina hydroxosloučeniny s amfoterními vlastnostmi. 1) Co je původní stříbřitá kapalina používaná Libaviem, „chlorid rtuťnatý“ a „zlatý list“? 2) Lze "sublimační alkohol" připsat polárním rozpouštědlům? Proč? 3) Napište rovnice všech chemických reakcí uvedených v podmínce. 29. Na Mezinárodním kongresu chemiků v roce 1860 byla přijata tato definice: "Molekula je nejmenší množství látky, které se účastní reakce." V současnosti je možné získat molekulární chlorid sodný - ve formě jednotlivých molekul izolovaných v pevném argonu při teplotě cca 10 K (-263°C). 1) Jak se může lišit chemická aktivita molekulárního a krystalického chloridu sodného v reakcích bez účasti rozpouštědel (za stejných podmínek)? 2) Jaké jsou možné důvody tohoto rozdílu? 30. H.A. Armstrong, autor článku „Chemie“ v devátém vydání Encyklopedie Britannica (1878), napsal, že Mendělejev navrhl pro atomovou hmotnost uranu hodnotu 240 namísto staré hodnoty 120 stanovené Berzeliusem. Armstrong přitom preferoval třetí hodnotu, rovnou 180. Jak je dnes známo, Mendělejev měl pravdu. Skutečný vzorec pro uranovou smůlu je U3O8. Jaký vzorec mohli napsat Berzelius a Armstrong pro tento minerál? 31. A.E. Favorsky provedl v roce 1887 následující studie: a) interakce 2,2-dichlorbutanu s práškovým KOH vedla ke vzniku uhlovodíku o složení C4H6, který po reakci s roztokem amoniaku oxidu stříbrného poskytl derivát stříbra; b) při reakci 2,2-dichlorbutanu s alkoholovým roztokem alkálie vznikl uhlovodík stejného složení, který však nereagoval s roztokem amoniaku oxidu stříbrného. Uveďte vysvětlení těchto jevů. 32. První Světová válka. Na Západní fronta v Belgii podél řeky Ypres byly všechny útoky německé armády odraženy dobře organizovanou obranou anglo-francouzských jednotek. 22. dubna 1915 v 17:00 se ze strany německých pozic mezi body Biksshute a Langemark objevil nad zemským povrchem pruh bělavě zelené mlhy, který po 5-8 minutách postoupil o tisíc metrů a zakryl pozice francouzských jednotek nehlučnou obří vlnou. V důsledku plynového útoku bylo otráveno 15 tisíc lidí, z nichž přes 5 tisíc zemřelo na bojišti a polovina přeživších se stala invalidou. Tento útok, který ukázal účinnost nového typu zbraně, vešel do historie jako „deštivý den v Ypres“ a je považován za počátek chemické války. 1) Napište strukturní (grafický) vzorec látky použité při tomto plynovém útoku. Pokud mají některé atomy osamocené elektronové páry, označte je. 30 2) Uveďte název popisované látky podle systematického názvosloví. Uveďte pro to jiná jména (triviální atd.). 3) Napište rovnice reakce, kterou bylo doposud vyrobeno hlavní množství této látky. Uveďte podmínky pro provedení technologického postupu syntézy. 4) Vytvořte rovnice pro reakce této látky s vodou, s vodným roztokem hydroxidu sodného. 5) Navrhněte dvě dostupné metody pro odplynění této látky, přičemž je třeba vzít v úvahu, že vytvoření otevřeného plamene nemůže mít ochranný účinek. 33. Prvky s pořadovými čísly 110-112 byly objeveny v letech 1994-1996 na urychlovači těžkých iontů v Darmstadtu (Německo) v množství jednoho, tří a jednoho atomu. Nové prvky vznikly při bombardování olověných a vizmutových terčů ionty v důsledku následujících reakcí: 34. ??? + 208Pb → 269110Uun + n, 35. ??? + 209Bi → 272111Uuu + n, 36. ??? + 208Pb → 277112Uub + n. Komponovat kompletní rovnice jaderné reakce nahrazením otazníků odpovídajícími čísly nebo symboly chemických prvků. Vysvětlete, co znamenají třípísmenné symboly pro nové prvky. 34. In organická chemie mnoho reakcí je pojmenováno po vědcích, kteří je objevili. Napište rovnice pro následující reakce s uvedením podmínek pro jejich realizaci (jednu po druhé konkrétní příklad pro každou reakci): 1) regenerace podle Zinina; 2) hydratace podle Kucherova; 3) oxidace podle Prilezhaeva; 4) nitrace podle Konovalova; 5) Bayer-Wagner-Villigerova oxidace; 6) halogenace podle Gell-Volhard-Zelinsky. Příklady úloh teoretického kola pro ročník 11 Úkol 1. Při interakci určitého množství určitého kovu s 20% roztokem kyseliny sírové o objemu 214,91 ml (ρ = 1,14 g / ml) vznikl 22,53% roztok síranu. Kov a kyselina sírová se berou ve stechiometrických poměrech. Stejné množství kovu zcela interaguje s roztokem hydroxidu sodného o hmotnosti 80 g. Vypočítejte hmotnostní zlomek v tomto případě vzniklé látky. Určete, který kov se bere. Řešení: Najděte hmotnost roztoku a obsah kyseliny sírové v něm: m (roztok) \u003d V⋅ρ \u003d 214,91 ml 1,14 g / ml \u003d 245 g, m (H2SO4) \u003d m (roztok) ⋅) W (304dH2050404) g. /mol \u003d 0,5 mol Toto množství kyseliny obsahuje vodík o hmotnosti 1 g (49 ⋅ 2: 98). Nechť hmotnost kovu x g. Potom hmotnost konečného roztoku je: 31

Plán přednášek:

4. Biosyntéza chlorofylu

6. Karotenoidy

7. Fykobiliny

1. Fotosyntetické pigmenty. chlorofyly

Aby světlo působilo na rostlinný organismus a zejména mohlo být využito v procesu fotosyntézy, musí být absorbováno fotoreceptorovými pigmenty. Pigmenty jsou barevné látky. Pigmenty absorbují světlo určité vlnové délky. Neabsorbované části slunečního spektra se odrážejí, což určuje barvu pigmentů. Zelený pigment chlorofyl tedy pohlcuje červené a modré paprsky, zatímco zelené paprsky se hlavně odrážejí. Viditelná část Sluneční spektrum zahrnuje vlnové délky od 400 do 700 nm. Látky, které pohlcují celé viditelné spektrum, se jeví jako černé.

Složení pigmentů závisí na systematickém postavení skupiny organismů. U fotosyntetických bakterií a řas je pigmentové složení velmi rozmanité (chlorofyly, bakteriochlorofyly, bakteriorhodopsin, karotenoidy, fykobiliny). Jejich soubor a poměr jsou specifické pro různé skupiny a do značné míry závisí na stanovišti organismů. Fotosyntetické pigmenty ve vyšších rostlinách jsou mnohem méně rozmanité. Pigmenty koncentrované v plastidech lze rozdělit do tří skupin: chlorofyly, karotenoidy, fykobiliny.

Nejdůležitější roli v procesu fotosyntézy hrají zelené pigmenty – chlorofyly. Francouzští vědci P.Zh. Peletier a J. Caventou (1818) izolovali zelenou látku z listů a pojmenovali ji chlorofyl (z řeckého „chloros“ – zelený a „phyllon“ – list). V současné době je známo asi deset chlorofylů. Liší se chemickou strukturou, barvou, distribucí mezi živými organismy. Všechny vyšší rostliny obsahují chlorofyly A A b. Chlorofyl S nachází se v rozsivecích, chlorofylu d- v červených řasách. Kromě toho jsou známy čtyři bakteriochlorofyly (a, b, c A d) obsažené v buňkách fotosyntetických bakterií. Zelené bakterie obsahují bakteriochlorofyly S A d, v buňkách fialových bakterií – bakteriochlorofylu A A b. Hlavní pigmenty, bez kterých fotosyntéza neprobíhá, jsou chlorofyly pro zelené rostliny a bakteriochlorofyly pro bakterie.

Přesná představa o pigmentech zeleného listu vyšších rostlin byla poprvé získána díky práci největšího ruského botanika M.S. Barvy (1872-1919). Vyvinul chromatografickou metodu pro separaci látek a izolovaných listových pigmentů v jejich čisté formě. Chromatografická metoda separace látek je založena na jejich různé adsorpční kapacitě. Tato metoda byla široce používána. SLEČNA. Barva prošla extraktem z listu skleněnou trubicí naplněnou práškem - křídou nebo sacharózou (chromatografická kolona). Jednotlivé složky pigmentové směsi se lišily stupněm adsorpce a pohybovaly se různou rychlostí, v důsledku čehož byly koncentrovány v různých zónách kolony. Rozdělením kolony na samostatné části (zóny) a použitím vhodného systému rozpouštědel bylo možné izolovat každý pigment. Ukázalo se, že listy vyšších rostlin obsahují chlorofyl A a chlorofyl b, stejně jako karotenoidy (karoten, xantofyl atd.). Chlorofyly, stejně jako karotenoidy, jsou nerozpustné ve vodě, ale snadno rozpustné v organických rozpouštědlech. chlorofyly A A b liší se barvou: chlorofyl A má modrozelený odstín a chlorofyl b- žluto zelená. Obsah chlorofylu A asi třikrát více chlorofylu v listu b.

2. Chemické vlastnosti chlorofyl

Podle chemické struktury jsou chlorofyly estery dikarboxylové organické kyseliny - chlorofylinu a dvou zbytků fytolu a methylalkoholů. Empirický vzorec je C55H72O5N4Mg. Chlorofylin je organokovová sloučenina obsahující dusík příbuzná porfyrinům hořčíku.

V chlorofylu je vodík karboxylových skupin nahrazen zbytky dvou alkoholů - methyl CH 3 OH a fytolu C 20 H 39 OH, proto je chlorofyl ester. Na obrázek 1, A daný strukturním vzorcem chlorofylu A.

Chlorofyl b se liší tím, že obsahuje o dva atomy vodíku méně a o jeden atom kyslíku více (místo skupiny CH 3 skupina CHO (obr. 1, B) . V důsledku toho molekulová hmotnost chlorofylu A - 893 a chlorofyl b- 907. V roce 1960 R.B. Woodward provedl kompletní syntézu chlorofylu.

Ve středu molekuly chlorofylu je atom hořčíku, který je spojen se čtyřmi atomy dusíku pyrrolových skupin. Pyrrolové skupiny chlorofylu mají systém střídajících se dvojných a jednoduchých vazeb. Tak to je chromoforický skupina chlorofylu, která určuje absorpci určitých paprsků slunečního spektra a jeho barvu. Průměr porfyrinového jádra je 10 nm a délka fytolového zbytku je 2 nm.

Obrázek 1 - Chlrophylly A A b

Vzdálenost mezi atomy dusíku pyrrolových skupin v jádře chlorofylu je 0,25 nm. Zajímavé je, že průměr atomu hořčíku je 0,24 nm. Hořčík tedy téměř úplně vyplňuje prostor mezi atomy dusíku pyrrolových skupin. To dodává jádru molekuly chlorofylu další sílu. Více K.A. Timiryazev upozornil na blízkost chemické struktury dvou nejdůležitějších pigmentů: zeleného - listového chlorofylu a červeného - krevního heminu. Skutečně, pokud chlorofyl patří k porfyrinům hořčíku, pak hemin patří k porfyrinům železa. Tato podobnost není náhodná a slouží jako další důkaz jednoty celého organického světa.

Jedním ze specifických rysů struktury chlorofylu je přítomnost v jeho molekule kromě čtyř heterocyklů další cyklické skupiny o pěti atomech uhlíku - cyklopentanonu. Cyklopentanový kruh obsahuje vysoce reaktivní ketoskupinu. Existují důkazy, že v důsledku procesu enolizace se do molekuly chlorofylu v místě této ketoskupiny přidává voda.

Molekula chlorofylu je polární, její porfyrinové jádro má hydrofilní vlastnosti a fytolový konec je hydrofobní. Tato vlastnost molekuly chlorofylu určuje její specifické umístění v membránách chloroplastů. Porfyrinová část molekuly je navázána na protein a fytolový řetězec je ponořen do lipidové vrstvy.

Chlorofyl extrahovaný z listu snadno reaguje s kyselinami i zásadami. Při interakci s alkáliemi dochází k zmýdelnění chlorofylu, což má za následek vznik dvou alkoholů a alkalické soli kyseliny chlorofylinové. V neporušeném živém listu může být fytol odštěpen od chlorofylu vlivem enzymu chlorofylázy. Při interakci se slabou kyselinou ztrácí extrahovaný chlorofyl svou zelenou barvu, vzniká sloučenina feofytin, ve které je atom hořčíku ve středu molekuly nahrazen dvěma atomy vodíku.

Chlorofyl v živé neporušené buňce má schopnost reverzibilní fotooxidace a fotoredukce. Schopnost redoxních reakcí je spojena s přítomností konjugovaných dvojných vazeb v molekule chlorofylu s mobilními
π-elektrony a atomy dusíku s nesdílenými elektrony. Dusík pyrrolových jader může být oxidován (darovat elektron) nebo redukovat (připojovat elektron).

Studie ukázaly, že vlastnosti chlorofylu v listu a extrahovaném z listu se liší, protože v listu je v komplexní kombinaci s proteinem. To dokazují následující údaje:

Absorpční spektrum chlorofylu v listu je odlišné ve srovnání s extrahovaným chlorofylem.

Chlorofyl nelze extrahovat absolutním alkoholem ze suchých listů. Extrakce je úspěšná pouze v případě, že se listy navlhčí nebo se do alkoholu přidá voda, která ničí vazbu mezi chlorofylem a bílkovinou.

Chlorofyl izolovaný z listu je snadno zničen pod vlivem široké škály vlivů (vysoká kyselost, kyslík a dokonce i světlo).

Mezitím v listu je chlorofyl docela odolný vůči všem výše uvedeným faktorům. Je třeba poznamenat, že ačkoli významný ruský vědec V. N. Lyubimenko navrhl nazvat tento komplex chloroglobinem, analogicky s hemoglobinem, vztah mezi chlorofylem a proteinem je jiné povahy než mezi heminem a proteinem. Hemoglobin se vyznačuje konstantním poměrem – 4 molekuly heminu na 1 molekulu proteinu. Mezitím je poměr mezi chlorofylem a proteinem různý a mění se v závislosti na typu rostlin, fázi jejich vývoje, podmínkách prostředí (od 3 do 10 molekul chlorofylu na 1 molekulu proteinu). Spojení mezi molekulami bílkovin a chlorofylem je realizováno nestabilními komplexy vznikajícími při interakci kyselých skupin molekul bílkovin a dusíku pyrrolových kruhů. Čím vyšší je obsah dikarboxylových aminokyselin v proteinu, tím lepší je jejich komplexace s chlorofylem (T.N. Godnee). Proteiny spojené s chlorofylem se vyznačují nízkým izoelektrickým bodem (3,7-4,9). Molekulová hmotnost těchto proteinů je asi 68 kDa. Současně může chlorofyl také interagovat s membránovými lipidy.

Důležitá vlastnost molekul chlorofyl je jejich schopnost vzájemně se ovlivňovat. Přechod z monomerní na agregovanou formu vznikl jako výsledek interakce dvou nebo více molekul, když byly blízko u sebe. V procesu tvorby chlorofylu se jeho stav v živé buňce přirozeně mění. V tomto případě dochází k jeho agregaci (A.A. Krasnovsky). Nyní se ukázalo, že chlorofyl v plastidových membránách je ve formě pigment-lipoproteinových komplexů s různým stupněm agregace.

3. Fyzikální vlastnosti chlorofyl

Jak již bylo uvedeno, chlorofyl je schopen selektivně absorbovat světlo. Absorpční spektrum dané sloučeniny je určeno její schopností absorbovat světlo určité vlnové délky ( určitou barvu). Aby bylo možné získat absorpční spektrum K.A. Timiryazev prošel paprskem světla přes roztok chlorofylu. Některé paprsky byly absorbovány chlorofylem a při následném přenosu hranolem byly ve spektru nalezeny černé pásy. Bylo prokázáno, že chlorofyl ve stejné koncentraci jako v listu má dvě hlavní absorpční čáry v červeném a modrofialovém paprsku. . Zatímco chlorofyl A v roztoku má absorpční maximum 429 a 660 nm, zatímco chlorofyl b- 453 a 642 nm. Je však třeba vzít v úvahu, že absorpční spektra chlorofylu v listu se liší v závislosti na jeho stavu, stupni agregace a adsorpci na určité proteiny. Nyní se ukázalo, že existují formy chlorofylu, které absorbují světlo o vlnové délce 700, 710 a dokonce 720 nm. Tyto formy chlorofylu, které absorbují světlo o dlouhých vlnových délkách, jsou zvláště důležité v procesu fotosyntézy.

Chlorofyl má schopnost fluorescence. Fluorescence je záře těles, vybuzená osvětlením a trvající velmi krátkou dobu (10 8 -10 9 s). Světlo emitované během fluorescence má vždy delší vlnovou délku než absorbované světlo. Je to dáno tím, že část absorbované energie se uvolňuje ve formě tepla. Chlorofyl má červenou fluorescenci.

4. Biosyntéza chlorofylu

Syntéza chlorofylu probíhá ve dvou fázích: tma - protochlorofylid a světlo - tvorba chlorofylidu z protochlorofylidu (obr. 2). Syntéza začíná přeměnou kyseliny glutamové na kyselinu 5-aminolevulovou. 2 molekuly kyseliny 5-aminolevulové jsou kondenzovány na porfobilinogen. Dále jsou 4 molekuly porfobilinogenu přeměněny na protoporfyrin IX. Hořčík je pak začleněn do kruhu za vzniku protochlorofylidu. Chlorofylid se tvoří za přítomnosti světla a za přítomnosti NADH: protochlorofylid + 2H + + hv → chlorofylid

Obrázek 2 - Schéma biosyntézy chlorofylu

Protony jsou připojeny ke čtvrtému pyrrolovému kruhu v molekule pigmentu. Na poslední krok chlorofylid interaguje s fytolalkoholem: chlorofylid + fytol → chlorofyl.

Protože syntéza chlorofylu je vícestupňový proces, účastní se na něm různé enzymy, které zřejmě tvoří polyenzymatický komplex. Je zajímavé poznamenat, že tvorba mnoha těchto enzymových proteinů je urychlována světlem. Světlo nepřímo urychluje tvorbu prekurzorů chlorofylu. Jedním z nejdůležitějších enzymů je enzym, který katalyzuje syntézu kyseliny δ-aminolevulové (aminolevulinát syntáza). Je důležité si uvědomit, že aktivita tohoto enzymu se zvyšuje i na světle.

5. Podmínky pro vznik chlorofylu

Studie vlivu světla na akumulaci chlorofylu v etiolovaných sazenicích umožnily prokázat, že chlorofyl se objevuje jako první v procesu greeningu. A. Spektrografická analýza ukazuje, že proces tvorby chlorofylu je velmi rychlý. Ano, už prošel
1 min po začátku osvětlení má pigment izolovaný z etiolovaných semenáčků absorpční spektrum shodné s absorpčním spektrem chlorofylu A. Podle A.A. Shlyka, chlorofyl b vzniká z chlorofylu A.

Při studiu vlivu kvality světla na tvorbu chlorofylu byla ve většině případů odhalena pozitivní role červeného světla. Velká důležitost má intenzitu světla. Existence spodní hranice osvětlení pro tvorbu chlorofylu byla prokázána v pokusech V.N. Lyubimenko pro sazenice ječmene a ovsa. Ukázalo se, že osvětlení 10W elektrickou lampou na vzdálenost 400 cm byla hranice, pod kterou ustávala tvorba chlorofylu. Existuje také horní hranice osvětlení, nad kterou je inhibována tvorba chlorofylu.

Sazenice pěstované při nedostatku světla se nazývají etiolovaný. Takové semenáčky se vyznačují pozměněným tvarem (protáhlé stonky, nevyvinuté listy) a slabě žlutou barvou (neobsahují chlorofyl). Jak již bylo zmíněno výše, tvorba chlorofylu v závěrečných fázích vyžaduje světlo.

Již od dob J. Sachse (1864) je známo, že v některých případech vzniká chlorofyl i za nepřítomnosti světla. Schopnost tvořit chlorofyl ve tmě je charakteristická pro organismy na nižším stupni evolučního procesu. Některé bakterie tak mohou za příznivých nutričních podmínek syntetizovat bakteriochlorofyl ve tmě. Sinice s dostatečnou zásobou organické hmoty ve tmě rostou a tvoří pigmenty. Schopnost tvořit chlorofyl ve tmě byla nalezena i u tak vysoce organizovaných řas, jako jsou characeae. Listnaté a jaterní mechy si zachovávají schopnost tvořit ve tmě chlorofyl. Téměř u všech jehličnatých druhů, když semena klíčí ve tmě, kotyledony zezelenají. Tato schopnost je rozvinutější u druhů jehličnatých stromů odolných vůči stínu. Jak semenáčky rostou ve tmě, dochází ke zničení vytvořeného chlorofylu a 35.-40. den semenáčky hynou při nedostatku světla. Zajímavostí je, že semenáčky jehličnanů vypěstované z izolovaných embryí ve tmě netvoří chlorofyl. Přítomnost malého kousku neporušeného endospermu však stačí k tomu, aby semenáčky začaly zelenat. K ozelenění dochází, i když se embryo dostane do kontaktu s endospermem jiného druhu jehličnatých stromů. V tomto případě existuje přímá úměra mezi hodnotou redox potenciálu endospermu a schopností sazenic zelenat se ve tmě.

Lze usuzovat, že z evolučního hlediska původně vznikal chlorofyl jako vedlejší produkt temného metabolismu. Později ve světě však rostliny s chlorofylem získaly větší výhodu díky schopnosti využívat energii slunečního světla a tuto vlastnost napravil přírodní výběr.

Tvorba chlorofylu závisí na teplotě. Optimální teplota pro akumulaci chlorofylu je 26-30°C. Pouze tvorba prekurzorů chlorofylu (tmavá fáze) závisí na teplotě. V přítomnosti již vytvořených prekurzorů chlorofylu probíhá proces greeningu (světelná fáze) stejnou rychlostí bez ohledu na teplotu.

Rychlost tvorby chlorofylu je ovlivněna obsahem vody. Silná dehydratace sazenic vede k úplnému zastavení tvorby chlorofylu. Zvláště citlivá na dehydrataci je tvorba protochlorofylidu.

Více V.I. Pallady upozornil na potřebu sacharidů, aby proces ekologizace proběhl. Právě u toho závisí zelenání etiolovaných sazenic na světle na jejich stáří. Po 7-9 dnech stáří schopnost tvořit chlorofyl u takových sazenic prudce klesá. Při postřiku sacharózou začnou sazenice opět intenzivně zelenat.

Nejdůležitější pro tvorbu chlorofylu jsou podmínky minerální výživy. V první řadě potřebujete dostatečné množství železa. S nedostatkem železa ztrácejí listy i dospělých rostlin barvu. Tento jev se nazývá chloróza.Železo je důležitým katalyzátorem pro tvorbu chlorofylu. Je nezbytný ve fázi syntézy kyseliny δ-aminolevulové, stejně jako syntézy pro-toporfyrinu. Velký význam pro zajištění syntézy chlorofylu má normální zásobování rostlin dusíkem a hořčíkem, protože oba tyto prvky jsou součástí chlorofylu. Při nedostatku mědi se chlorofyl snadno ničí. Je to zřejmě způsobeno tím, že měď podporuje tvorbu stabilních komplexů mezi chlorofylem a odpovídajícími proteiny.

Studium procesu akumulace chlorofylu v rostlinách během vegetačního období ukázalo, že maximální obsah chlorofylu je načasován do začátku kvetení. Existuje dokonce názor, že zvýšení tvorby chlorofylu lze použít jako indikátor indikující připravenost rostlin ke kvetení. Syntéza chlorofylu závisí na aktivitě kořenového systému. Takže při roubování závisí obsah chlorofylu v listech potomka na vlastnostech kořenového systému kmene. Je možné, že vliv kořenového systému je dán tím, že se tam tvoří hormony (cytokininy). U dvoudomých rostlin se listy samičích rostlin vyznačují vysokým obsahem chlorofylu.

6. Karotenoidy

Spolu se zelenými pigmenty obsahují chloroplasty a chromatofory pigmenty patřící do skupiny karotenoidů. Karotenoidy jsou žluté a oranžové alifatické pigmenty odvozené od isoprenu. Karotenoidy se nacházejí ve všech vyšších rostlinách a v mnoha mikroorganismech. Jedná se o nejběžnější pigmenty s různými funkcemi. Karotenoidy obsahující kyslík se nazývají xantofyly. Hlavními zástupci karotenoidů ve vyšších rostlinách jsou dva pigmenty -
β- karoten(oranžová) C40H56 and xantofyl(žlutá) C4oH5602. Karoten se skládá z 8 zbytků isoprenu (obr. 3).

Obrázek 3 - Struktura β-karotenu

Když se uhlíkový řetězec přeruší na polovinu a na konci se vytvoří alkoholová skupina, karoten se změní na 2 molekuly vitaminu A. Pozornost je věnována podobnosti struktury fytolu - alkoholu, který je součástí chlorofylu, a uhlíkového řetězce spojujícího iononové kruhy karotenu. Předpokládá se, že fytol vzniká jako hydrogenační produkt této části molekuly karotenoidů. Absorpce světla karotenoidy, jejich barva, stejně jako schopnost redoxních reakcí jsou způsobeny přítomností konjugovaných dvojných vazeb, β-karoten má dvě absorpční maxima odpovídající vlnovým délkám 482 a 452 nm. Na rozdíl od chlorofylu karotenoidy neabsorbují červené paprsky a také nemají schopnost fluorescence. Stejně jako chlorofyl jsou karotenoidy v chloroplastech a chromatoforech ve formě ve vodě nerozpustných komplexů s proteiny.

Samotná skutečnost, že karotenoidy jsou vždy přítomny v chloroplastech, naznačuje, že se účastní procesu fotosyntézy. Nebyl však zaznamenán jediný případ, kdy by k tomuto procesu došlo v nepřítomnosti chlorofylu. Nyní bylo zjištěno, že karotenoidy absorbováním určitých částí slunečního spektra přenášejí energii těchto paprsků na molekuly chlorofylu. Přispívají tak k využití paprsků, které nejsou absorbovány chlorofylem.

Fyziologická role karotenoidů se neomezuje pouze na jejich účast na přenosu energie do molekul chlorofylu. Podle ruského výzkumníka
DI. Sapozhnikov, xantofyly se na světle přeměňují (violaxantin se mění na zeaxantin), což je doprovázeno uvolňováním kyslíku. Akční spektrum této reakce se shoduje s absorpčním spektrem chlorofylu, což umožnilo předpokládat, že se účastní procesu rozkladu vody a uvolňování kyslíku při fotosyntéze.

Existují důkazy, že karotenoidy plní ochrannou funkci, chrání různé organické látky, především molekuly chlorofylu, před destrukcí na světle během fotooxidace. Pokusy prováděné na mutantech kukuřice a slunečnice ukázaly, že obsahují protochlorofylid (tmavý prekurzor chlorofylu), který se na světle přeměňuje na chlorofyl. A, ale je zničen. To je způsobeno nedostatkem schopnosti studovaných mutantů tvořit karotenoidy.

Řada výzkumníků uvádí, že karotenoidy hrají určitou roli v sexuálním procesu u rostlin. Je známo, že v období květu vyšších rostlin obsah karotenoidů v listech klesá. Nápadně přitom roste v prašnících, stejně jako v okvětních plátcích. Podle P. M. Zhukovského mikrosporogeneze úzce souvisí s metabolismem karotenoidů. Nezralá pylová zrna jsou bílá, zatímco zralý pyl je žlutooranžový. V zárodečných buňkách řas je pozorována diferencovaná distribuce pigmentů. Samčí gamety jsou žluté a obsahují karotenoidy. Samičí gamety obsahují chlorofyl. Předpokládá se, že je to karoten, který určuje motilitu spermií. Mateřské buňky řas chlamydomonas tvoří podle V. Mevia zárodečné buňky (gamety) zpočátku bez bičíků, v tomto období se ještě nemohou pohybovat ve vodě. Bičíky vznikají až po osvícení gamet dlouhovlnnými paprsky, které jsou zachyceny speciálním karotenoidem – krocetinem.

tvorba karotenoidů. Syntéza karotenoidů nevyžaduje světlo. Při tvorbě listů se tvoří karotenoidy a hromadí se v plastidech v období, kdy je rudiment listu chráněn před světlem v poupěti. Na začátku osvětlení je tvorba chlorofylu u etiolovaných semenáčků doprovázena přechodným poklesem obsahu karotenoidů. Poté se však obsah karotenoidů obnoví a se zvyšující se intenzitou světla dokonce narůstá. Bylo zjištěno, že existuje přímá korelace mezi obsahem bílkovin a karotenoidů. Ztráta bílkovin a karotenoidů v řezaných listech jde ruku v ruce. Tvorba karotenoidů závisí na zdroji výživy dusíkem. Příznivější výsledky o akumulaci karotenoidů byly získány při pěstování rostlin na dusičnanovém pozadí ve srovnání s amoniakem. Nedostatek síry dramaticky snižuje obsah karotenoidů. Velký význam má poměr - Ca / Mg in kultivační médium. Relativní zvýšení obsahu vápníku vede ke zvýšené akumulaci karotenoidů ve srovnání s chlorofylem. Zvýšení obsahu hořčíku má opačný účinek.

7. Fykobiliny

Fykobiliny jsou červené a modré pigmenty, které se nacházejí v sinicích a některých řasách. Studie ukázaly, že červené řasy a sinice spolu s chlorofylem A obsahují fykobiliny. Chemická struktura fykobilinů je založena na čtyřech pyrrolových skupinách. Na rozdíl od chlorofylu mají fykobiliny pyrrolové skupiny uspořádané v otevřeném řetězci. (obr. 4) . Fykobiliny jsou reprezentovány pigmenty: fykocyanin, fykoerythrin A allofykocyanin. Fykoerythrin je oxidovaný fykocyanin. Červené řasy obsahují především fykoerythrin, zatímco sinice obsahují fykocyanin. Fykobiliny tvoří silné sloučeniny s proteiny (fykobilinové proteiny). Spojení mezi fykobiliny a proteiny ničí pouze kyselina. Předpokládá se, že karboxylové skupiny pigmentu se vážou na aminoskupiny proteinu. Je třeba poznamenat, že na rozdíl od chlorofylů a karotenoidů umístěných v membránách jsou fykobiliny koncentrovány ve speciálních granulích (fykobilisomech) úzce spojených s thylakoidními membránami.

Obrázek 4 - Chromoforová skupina fykoerythrinů

Fykobiliny absorbují paprsky v zelené a žluté části slunečního spektra. Toto je část spektra, která leží mezi dvěma hlavními absorpčními liniemi chlorofylu. Fykoerythrin absorbuje paprsky o vlnové délce 495-565 nm a fykocyanin - 550-615 nm. Porovnání absorpčních spekter fykobilinů se spektrálním složením světla, ve kterém probíhá fotosyntéza u sinic a červených řas, ukazuje, že jsou si velmi blízké. To naznačuje, že fykobiliny absorbují světelnou energii a stejně jako karotenoidy ji přenášejí do molekuly chlorofylu, načež se využívají v procesu fotosyntézy.

Přítomnost fykobilinů v řasách je příkladem adaptace organismů v procesu evoluce na využití částí slunečního spektra, které pronikají přes tl. mořskou vodou(chromatická adaptace). Jak známo, červené paprsky odpovídající hlavní absorpční čáře chlorofylu jsou při průchodu vodním sloupcem absorbovány. Nejhlouběji pronikají zelené paprsky, které nejsou absorbovány chlorofylem, ale fykobiliny.

FOTOSYNTÉZA (12 hodin)