Roheliste taimede peamine pigment on klorofülli molekul, mis osaleb valguse neeldumise protsessis. Kõrgemad taimed sisaldavad kahte klorofülli vormi: klorofüll a ja klorofüll b. Klorofülli a struktuuri (joonis 40) määrasid kindlaks Wilyptetter ja Fischer ning selle kinnitas 1960. aastal Woodward, kes viis läbi klorofüll a täieliku sünteesi.

Klorofülli molekuli aluseks on lame porfüriinitsükkel, mille keskel on porfüriinitsükli lämmastikuaatomitega koordineeritud magneesiumiaatomi ioon.

Porfüriinitsükli lame struktuur on tingitud -elektronide konjugeeritud kaksiksidemetest ja üksiksidemetest süsiniku- ja lämmastikuaatomite vahel. Need elektronid on "delokaliseerunud", st ühtlaselt jaotunud piki porfüriinitsükli "perifeeriat" (punktiirjoon joonisel 40). -elektronide liikumisoleku muutmine ringis nõuab suhteliselt vähe energiat. Seetõttu asub klorofülli molekuli valguse neeldumisspekter punases piirkonnas. Ergastatud olekusse ülemineku elektriline dipoolmoment on porfüriini ringi tasapinnal.

Lisaks porfüriinitsüklile on klorofülli molekulil pikk hüdrofoobne ahel - "saba", mis koosneb 20 süsinikuaatomist. See kõrvalahel on fütoolalkoholi jääk. Klorofüll b erineb klorofüll a-st selle poolest, et viimases on rühm - asendatud rühmaga - CHO. Seega sisaldab klorofüll b ühe hapnikuaatomi rohkem ja kaks vesinikuaatomit vähem kui klorofüll a.

Mõlema klorofülli vormi neeldumisspektrid on näidatud joonistel fig. 41. Klorofülli a neeldumisribade maksimumid asuvad lainepikkuse piirkondades K da 700 nm (punane) ja K da 440 nm (violetne), klorofülli b neeldumisribade maksimumid lainepikkuse piirkondades 660 ja 460 nm .

Päikesevalguse maksimaalne intensiivsus maa pind, langeb sinakasrohelise ja rohelise lainepikkuse piirkondadele (450-550 nm). Selgub, et just nendes piirkondades on klorofülli molekulide valguse neeldumine minimaalne.

Klorofülli a leidub kõigis rohelistes taimedes ja vetikates. Klorofüll b puudub paljudes vetikates. Need vetikad sisaldavad mõnikord ka teisi klorofülli sorte: c ja d. Fotosünteetilised bakterid, mis ei tooda hapnikku, ei sisalda klorofülli a. Tavaliselt sisaldavad need spetsiaalset tüüpi klorofülli – bakterioklorofülli.

Nagu eespool mainitud, sisaldavad paljud fotosünteesivad rakud lisaks klorofülli molekulidele ka pigmendimolekule,

Riis. 40. Klorofülli a ja klorofülli b struktuurivalemid.

neelates valgust spektri teistes piirkondades ja andes organismidele erinevaid värve. Need molekulid laiendavad fotosünteesis kasutatava valguse spektrivahemikku. Lisaks kaitsevad karotenoidid klorofülli hapniku pöördumatu fotooksüdatsiooni eest.

Ühe karoteeni ja fükotsüanobiliini struktuurivalemid on näidatud joonisel fig. 42. Karoteenidel on pikad polüisopreenahelad konjugeeritud kaksiks- ja üksiksidemetega. Molekuli mõlemas otsas on tsükloheksaani tsüklid. Fükotsüaanid, mis kuuluvad sinivetikate hulka, sisaldavad nelja pürolüütilist rõngast. Nad võivad moodustada komplekse spetsiifiliste valkudega.

Joonisel fig. 43 on diagramm klorofüll a molekuli esimestest energiatasemetest. Põhiolekus on molekulil null spin. Kõiki nullspinniga ergastatud olekuid nimetatakse singlettideks (S). Molekulil võivad olla ka spin-ühtsusega ergastatud olekud (h ühikutes). Neid nimetatakse kolmikuteks (T). Esimese üksiku oleku eluiga. Nullkolmiku oleku eluiga.

Riis. 41. Klorofülli a (1) ja klorofülli b (2) valguse neeldumisspektrid.

Valguse toimel toimuvad molekulis ainult üleminekud üksikutesse ergastatud olekutesse. Kui klorofülli molekulid lähevad valguse neeldumisel ergastatud olekutesse, mille energia ületab esimese ergastatud oleku energiat, siis mittekiirguslike protsesside tõttu 10-12 - 10-13 s jooksul lähevad nad esimesse singletti, kuid ergastatud olek, andes lahustile liigse energia.

Üksikolekust toimub ajaline üleminek valguse emissiooniga (nm) põhiolekusse. Seda nähtust nimetatakse fluorestsentsiks. Samuti on väike tõenäosus molekuli mittekiirguslikuks üleminekuks ergastamata olekust triplett-ergastusseisundisse.Spinni nõrga vastasmõju tõttu elektromagnetlainega on kolmiku oleku eluiga valguse emissiooni suhtes λ » 930 nm põhisingli olekusse üleminekul on suhteliselt suur. Tripleti oleku pikk eluiga on tingitud ebatõenäolisest protsessist, mis muudab molekuli spinni ühtsusest nulliks.

Ainult ühte tüüpi pigmendi molekule (klorofüll b, klorofüll a, karotenoidid jt) sisaldavad lahused madalatel temperatuuridel omavad iseloomulikke fluorestsentsispektreid, mis vastavad -elektronide kvantüleminekutele madalaimast singletist ergastatud olekutest molekuli põhisingleti olekusse. Koos põhikiirgusega täheldatakse nõrka, aeglaselt lagunevat ja pikema lainepikkusega kiirgust, mis vastab üleminekutele nende molekulide madalaimast kolmikolekust põhisingli olekusse.

Tulenevalt asjaolust, et elektrooniliste üleminekutega pigmendimolekulides kaasneb paljude molekulide madalsageduslike vibratsiooniseisundite muutumine ja keskkond, on nende neeldumis- ja luminestsentsribadel märkimisväärne laius.

Kui uuritakse pigmentide fluorestsentsi, mis on osa

Riis. 42. Fotosünteetiliste pigmentide struktuurivalemid: a - beetakaroteen; b - fükotsüanobiliin.

kloroplastide puhul täheldatakse ainult klorofüll a fluorestsentsi. Klorofüll 6 ja teiste pigmendimolekulide lühema lainepikkusega fluorestsentsi ei tuvastata isegi siis, kui kloroplasti valgustatakse valgusega, mille lainepikkus langeb kokku vastava pigmendi neeldumisspektri lainepikkusega.

Seega mängib suurem osa pigmendi molekulidest valgust koguvate süsteemide (antennide) rolli. Kloroplastides olevad pigmendimolekulid moodustavad järjestatud molekulide ansambleid.

Ülalmainitud kloroplasti fluorestsentsi omadused näitavad, et sellistes kooslustes toimub üksikute ergastusenergia suhteliselt kiire (10-11-10-12 s) migratsioon läbi pigmendimolekulide klorofüll a molekulideks.

Nõrgalt interakteeruvate identsete molekulide süsteemide kvantteooria näitab, et süsteemis olevate ergastatud ja ergastamata molekulide vahelise resonantsinteraktsiooni tõttu tekivad kollektiivsed vooluta ergastatud olekud - eksitonid, mis kannavad ergastuse ühest süsteemi kohast teise. Resonantsinteraktsioon väheneb kauguse (as ) suurenedes suhteliselt aeglaselt ja võib avalduda isegi suurusjärgus 50 A vahemaadel.

Kui eksiton, liikudes läbi pigmendimolekulide süsteemi, jõuab klorofülli molekuli, mille ergastusaste on madalam, viib see selle ergastatud olekusse,

Riis. 43. Klorofülli a molekuli singleti (S t) ja tripleti (71,) energiatasemete skeem.

Sirged lõiked vastavad neeldumisele, lainelised nooled fluorestsentsile; numbrid näitavad lainepikkusi nanomeetrites.

üleliigse energia ülekandmine soojusreservuaari. Selline väike energiakadu välistab ergastusenergia vastupidise ülekande klorofülli molekulidelt pigmendi valgust koguvatele molekulidele.

Valgust koguvatelt molekulidelt energiat saanud klorofüll a molekul loovutab selle valguse emissiooni – fluorestsentsi – kujul. Seda nähtust on hästi uuritud lisandimolekule sisaldavate molekulaarsete kristallide luminestsentsi uurimisel, mille ergastusenergia on väiksem kui põhiaine molekulide ergastusenergia, ja seda nimetatakse sensibiliseeritud luminestsentsiks.

Mõnda aega arvati, et molekulid, mis saavad valgust koguvatelt molekulidelt ergastusenergiat, on klorofülli a erimolekulid. Nüüdseks on kindlaks tehtud (vt punkt 17.2), et seda rolli mängivad kloroplastides ja kromatofoorides spetsiaalsed fotosünteesi reaktsioonikeskused, mis sisaldavad mitmeid klorofülli molekule. Need reaktsioonikeskuses olevad molekulid moodustavad omamoodi kompleksi, mis toimib tervikuna oma ergastatud olekute spektriga. Pealegi on neist madalaima energia väiksem kui üksiku klorofülli molekuli energia. Leiti, et reaktsioonikeskuste arv membraanis on märkimisväärne vähem kui arv valgust koguvad molekulid (1/400).

Fotosünteesi reaktsioonikeskused (eksitonilõksud) on osa fotosünteesisüsteemidest (PS), milles toimuvad fotosünteesi valgusreaktsioonid. Fotosünteesisüsteemid koos valgusenergiat tajuvate reaktsioonikeskustega sisaldavad mitmeid teisi molekule - ensüüme, valke, lipiide, lipoproteiine, mis osalevad fotosünteesisüsteemi organiseerimises ja biovalguse osa rakendamises. keemilised reaktsioonid. Fotosünteesisüsteemid on tülakoidmembraanidesse suhteliselt jäigalt sisse ehitatud.

Molekulaarsel tasemel fotosünteesi primaarsete protsesside uurimise seisukohast pakub erilist huvi pigmendikihtide korralduse ja fotosünteesisüsteemide struktuuri uurimine, eriti neid moodustavate reaktsioonikeskuste uurimine.

kriitilist rolli Rohelised pigmendid osalevad fotosünteesi protsessis klorofüllid. Prantsuse teadlased P.Zh. Peletier ja J. Caventou (1818) eraldasid lehtedest rohelise aine ja nimetasid seda klorofülliks (kreeka keelest "chloros" - roheline ja "phyllon" - leht). Praegu on teada kümmekond klorofülli. Need erinevad keemilise struktuuri, värvi ja elusorganismide vahel jaotumise poolest. Kõik kõrgemad taimed sisaldavad klorofülle a ja b. Klorofüll c leidub ränivetikates, klorofüll d punavetikates. Lisaks on teada neli bakterioklorofülli (a, b, c ja d), mis sisalduvad fotosünteetiliste bakterite rakkudes. Roheliste bakterite rakud sisaldavad bakterioklorofülle c ja d, purpursete bakterite rakud aga bakterioklorofülle a ja b.

Põhilised pigmendid, ilma milleta fotosüntees ei toimu, on klorofüll a rohelistele taimedele ja bakterioklorofüll bakteritele. Esimest korda saadi täpne ettekujutus kõrgemate taimede roheliste lehtede pigmentidest tänu Venemaa suurima botaaniku M.S. Värvid (1872-1919). Ta töötas välja uue kromatograafilise meetodi ainete eraldamiseks ja eraldas lehtede pigmendid nende puhtal kujul. Ainete eraldamise kromatograafiline meetod põhineb nende erineval adsorptsioonivõimel. Seda meetodit on laialdaselt kasutatud. PRL. Värv lasi lehe ekstrakti läbi pulbriga täidetud klaastoru – kriidi või sahharoosiga (kromatograafiline kolonn). Pigmendisegu üksikud komponendid erinesid adsorptsiooniastmelt ja liikusid erineva kiirusega, mille tulemusena kontsentreeriti kolonni erinevatesse tsoonidesse. Jagades kolonni eraldi osadeks (tsoonideks) ja kasutades sobivat lahustisüsteemi, oli võimalik isoleerida iga pigment. Selgus, et kõrgemate taimede lehtedes on klorofüll a ja klorofüll b, samuti karotenoide (karoteen, ksantofüll jt). Klorofüllid, nagu karotenoidid, ei lahustu vees, kuid lahustuvad kergesti orgaanilistes lahustites. Klorofüll a ja b erinevad värvi poolest: klorofüll a on sinakasroheline, klorofüll aga kollakasroheline. Lehes on klorofüll a sisaldus umbes kolm korda suurem kui klorofüll b.

Kõrval klorofüllide keemiline struktuur - orgaanilise dikarboksüülhappe estrid - klorofülliin ja kaks alkoholijääki - fütool ja metüül. Empiiriline valem on C55H7205N4Mg. Klorofülliin on lämmastikku sisaldav metallorgaaniline ühend, mis on seotud magneesiumporfüriinidega.

Klorofüllis asendub karboksüülrühmade vesinik kahe piirituse - metüül CH3OH ja fütooli C20H39OH jääkidega, mistõttu on klorofüll komplekseeter.

Klorofüll b erineb klorofüll a-st selle poolest, et sisaldab kahte vähem vesinikuaatomit ja ühte rohkem hapnikuaatomit (CH3 rühma asemel CHO rühma). Sellega seoses on klorofülli a molekulmass 893 ja klorofüll b 907. Klorofülli molekuli keskel on magneesiumiaatom, mis on ühendatud nelja pürroolirühmade lämmastikuaatomiga. Klorofülli pürroolrühmadel on vahelduvate kaksiksidemete ja üksiksidemete süsteem. See N on klorofülli kromofoorrühm, mis põhjustab teatud kiirte neeldumist päikese spekter ja selle värvus. Porfüriini südamiku läbimõõt on 10 nm ja fütoolijäägi pikkus 2 nm. Klorofülli tuumas olevate pürroolirühmade lämmastikuaatomite vaheline kaugus on 0,25 nm. Huvitaval kombel on magneesiumiaatomi läbimõõt 0,24 nm. Seega täidab magneesium peaaegu täielikult pürroolirühmade lämmastikuaatomite vahelise ruumi. See annab klorofülli molekuli tuuma lisajõudu.

Klorofülli struktuuri üks eripära on see, et selle molekulis on lisaks neljale heterotsüklile veel üks viiest süsinikuaatomist koosnev tsükliline rühm - tsüklopentanoon. Tsüklopentaantsükkel sisaldab väga reaktiivne ketorühm. On tõendeid, et enoliseerimisprotsessi tulemusena lisatakse selle ketorühma kohas klorofülli molekulile vett. Klorofülli molekul on polaarne selle porfüriini tuumas on hüdrofiilsed omadused ja fütooli ots on hüdrofoobne. See klorofülli molekuli omadus määrab selle konkreetse asukoha kloroplastide membraanides. Molekuli porfüriini osa on seotud valguga ja fütooliahel sukeldub lipiidikihti.

Lehest eraldatud klorofüll reageerib kergesti mõlemaga happed kui ka leelised. Kell koostoime leelisega toimub klorofülli seebistumine, mille tulemusena moodustub kaks alkoholi ja klorofüllhappe leeliseline sool.

Terves eluslehes saab fütooli klorofüllist klorofüllaasi ensüümi toimel eraldada. Kell koostoime nõrga happega ekstraheeritud klorofüll kaotab roheline värv, tekib feofütiini ühend, milles molekuli keskel asuv magneesiumiaatom asendub kahe vesinikuaatomiga.

Klorofüllil elusas terves rakus on pöörduva fotooksüdatsiooni ja fotoreduktsiooni võime. Pürrooli tuumade lämmastik võib olla oksüdeeritud (annetada elektron) või redutseerida (kinnitada elektron).

Uuringud on näidanud, et lehtedes ja lehest eraldatud klorofülli omadused on erinevad, kuna lehtedes on see kompleksne ühend valguga. Seda tõestavad järgmised andmed:

• Lehes oleva klorofülli neeldumisspekter on ekstraheeritud klorofülliga võrreldes erinev.
• Kuivadest lehtedest klorofülli absoluutse alkoholiga ekstraheerida ei saa. Ekstraheerimine õnnestub ainult siis, kui lehti niisutada või alkoholile lisada vett, mis hävitab sideme klorofülli ja valgu vahel.
• Lehest eraldatud klorofüll hävib kergesti mitmesuguste mõjude (kõrge happesus, hapnik ja isegi valgus) mõjul.

Samal ajal on klorofüll lehtedes üsna vastupidav kõigile ülaltoodud teguritele. Hemoglobiini iseloomustab konstantne suhe – 4 hemiinmolekuli 1 valgu molekuli kohta. Samal ajal on klorofülli ja valgu suhe erinev ja see muutub sõltuvalt taimede tüübist, nende arengufaasist, keskkonnatingimustest (3 kuni 10 klorofülli molekuli 1 valgu molekuli kohta). Valgumolekulide ja klorofülli vahelist seost teostavad ebastabiilsed kompleksid, mis moodustuvad valgumolekulide happerühmade ja pürroolitsüklite lämmastiku interaktsiooni käigus. Mida suurem on dikarboksüülaminohapete sisaldus ühes valgus, seda parem on nende komplekseerumine klorofülliga (T.N. Godnev).

Klorofülli molekulide oluline omadus on nende võime üksteisega suhelda. Üleminek monomeersest vormist agregeeritud vormile tekkis kahe või enama molekuli interaktsiooni tulemusena, kui need olid üksteise lähedal. Klorofülli moodustumise protsessis muutub selle olek elusrakus loomulikult. Nüüdseks on näidatud, et plastiidmembraanides sisalduv klorofüll on erineva agregatsiooniastmega pigmendi-lipoproteiini komplekside kujul.

Miks on rohi, aga ka puude ja põõsaste lehed rohelised? See kõik on seotud klorofülliga. Võite võtta tugeva teadmiste köie ja luua temaga tugeva tutvuse.

Lugu

Teeme väikese ekskursiooni suhteliselt lähiminevikku. Joseph Bieneme Cavantou ja Pierre Joseph Pelletier on need, kellega kätt suruda. Teadlased on püüdnud eraldada rohelist pigmenti erinevate taimede lehtedest. Pingutusi kroonis edu 1817. aastal.

Pigment sai nimeks klorofüll. Kreeka keelest kloros, roheline ja phyllon, leht. Eeltoodust hoolimata jõudsid Mihhail Tsvet ja Richard Wilstetter 20. sajandi alguses järeldusele, et selgub, et klorofüll sisaldab mitmeid komponente.

Willstetter kääris käised üles ja asus tööle. Puhastamine ja kristallimine näitasid kahte komponenti. Neid nimetati lihtsalt alfaks ja beetateks (a ja b). Tema töö eest selle aine uurimisel 1915. aastal pälvis ta pidulikult Nobeli preemia.

Hans Fischer pakkus 1940. aastal maailmale välja klorofülli lõpliku struktuuri a. Sünteesikuningas Robert Burns Woodward ja mitmed Ameerika teadlased said 1960. aastal ebaloomuliku klorofülli. Ja nii avaneski saladuseloor – klorofülli ilmumine.

Keemilised omadused

Katseindikaatorite põhjal määratud klorofülli valem näeb välja selline: C 55 H 72 O 5 N 4 Mg. Disain sisaldab orgaanilisi (klorofülliini), samuti metüül- ja fütoolalkohole. Klorofülliin on metallorgaaniline ühend, mis on otseselt seotud magneesiumporfüriinidega ja sisaldab lämmastikku.

MgN4OH 30 C 32

Klorofüll on loetletud estritena, kuna ülejäänud osad metüülalkohol Karboksüülrühmade vesiniku asendasid CH 3 OH ja fütool C 20 H 39 OH.

Üleval asetatud struktuurvalem klorofüll alfa. Hoolikalt vaadates on näha, et beetaklorofüllil on üks hapnikuaatom rohkem, kuid vesinikuaatomit kaks vähem (CH 3 asemel CHO rühm). Seetõttu on alfa-klorofülli molekulmass väiksem kui beeta-l.

Magneesium settis meid huvitava aine osakese keskele. See ühineb pürrooli moodustiste 4 lämmastikuaatomiga. Pürroolsidemetes võib täheldada elementaarsete ja vahelduvate kaksiksidemete süsteemi.

Klorofülli koostisesse edukalt sobituv kromofoormoodustis on N. See võimaldab neelata üksikuid päikesespektri kiiri ja selle värvust, olenemata sellest, mis leegina põleb, ja õhtul näeb see välja nagu süte.

Liigume edasi suuruste juurde. Porfüriini südamiku läbimõõt on 10 nm, fütooli fragment osutus 2 nm pikkuseks. Tuumas on klorofüll 0,25 nm, pürrooli lämmastikurühmade mikroosakeste vahel.

Tahaksin märkida, et magneesiumiaatom, mis on osa klorofüllist, on vaid 0,24 nm läbimõõduga ja täidab peaaegu täielikult pürrooli lämmastikurühmade aatomite vahelise vaba ruumi, mis aitab molekuli tuumal olla tugevam.

Võib järeldada, et klorofüll (a ja b) koosneb kahest komponendist lihtsa nimetuse alfa ja beeta all.

Klorofüll a

Suhteline - 893,52. Need loovad eraldatud jäätis sinise varjundiga mustad mikrokristallid. Temperatuuril 117-120 kraadi Celsiuse järgi need sulavad ja muutuvad vedelikuks.

Etanoolis lahustuvad samad kloroformid, atsetoonis ja ka benseenides kergesti. Tulemused omandavad sinakasrohelise värvuse ja neil on iseloomulik tunnus – rikkalik punane fluorestsents. Halvasti lahustuv petrooleetris. Need ei lahustu vees üldse.

Alfa klorofülli valem: C 55 H 72 O 5 N 4 Mg. Aine oma keemilises struktuuris on klassifitseeritud klooriks. Rõngas on fütool seotud propioonhappega, nimelt selle jäägiga.

Mõned taimeorganismid moodustavad klorofülli a asemel selle analoogi. Siin asendati II pürroolitsüklis olev etüülrühm (-CH2-CH3) vinüülrühmaga (-CH \u003d CH2). Selline molekul sisaldab esimest vinüülrühma esimeses ringis, teist teises ringis.

Klorofüll b

Klorofüll-beeta valem on järgmine: C 55 H 70 O 6 N 4 Mg. Molekulmass Aine on 903. Püroolitsükli süsinikuaatomi C 3 juures on kaks, leitakse veidi alkoholi, mis ei sisalda vesinikku -H-C \u003d O, millel on kollane. See on erinevus klorofülli a-st.

Julgeme märkida, et raku erilistes püsivates osades plastiidides-kloroplastides, mis on eluliselt olulised selle edasiseks eksisteerimiseks, leidub mitut tüüpi klorofülle.

Klorofüllid c ja d

Klorofüll c. Klassikaline porfüriin – see teebki selle pigmendi teistsuguseks.

Punavetikates on klorofüll d. Mõned kahtlevad selle olemasolus. Arvatakse, et see on ainult klorofülli degeneratsiooniprodukt a. Praegu võib julgelt väita, et d-tähega klorofüll on mõnede fotosünteetiliste prokarüootide põhivärv.

Klorofülli omadused

Pärast pikki uuringuid ilmnes tõendeid selle kohta, et taimes leiduva ja sellest ekstraheeritud klorofülli omadustes märgati erinevusi. Taimedes on klorofüll seotud valguga. Seda kinnitavad järgmised tähelepanekud:

1. Lehes leiduva klorofülli neeldumisspekter on ekstraheeritud omaga võrreldes erinev.
2. Kirjeldusobjekti saamine puhta alkoholiga kuivatatud taimedest on ebareaalne. Ekstraheerimine toimub ohutult hästi niisutatud lehtedega või lisada alkoholile vett. Tema on see, kes lagundab klorofülliga seotud valku.
3. Taimede lehtedest tõmmatud materjal hävib kiiresti hapniku toimel, kontsentreeritud hape, valguskiired.

Kuid taimedes sisalduv klorofüll on kõigi eelnimetatute suhtes vastupidav.

Kloroplastid

Taimedes sisaldab klorofüll 1% kuivainet. Seda võib leida spetsiaalsetes rakuorganellides - plastiidides, mis näitab selle ebaühtlast jaotumist taimes. Rohelist värvi ja klorofülli sisaldavate rakkude plastiide nimetatakse kloroplastideks.

H 2 O hulk kloroplastides jääb vahemikku 58–75%, kuivainesisaldus koosneb valkudest, lipiididest, klorofüllist ja karotenoididest.

Klorofülli funktsioonid

Teadlased on avastanud hämmastava sarnasuse inimvere peamise hingamisteede komponendi klorofülli ja hemoglobiini molekulide struktuuris. Erinevus seisneb selles, et magneesium asub taimset päritolu pigmendis keskel sõrakujulises ühenduskohas ja raud hemoglobiinis.

Fotosünteesi käigus neelab planeedi taimestik süsihappegaasi ja eraldab hapnikku. Siin on veel üks imeline omadus klorofüll. Aktiivsuse poolest võib seda võrrelda hemoglobiiniga, kuid mõju inimkehale on mõnevõrra suurem.

Klorofüll on taimne pigment, mis on valgustundlik ja kaetud rohelisega. Järgmiseks tuleb fotosüntees, mille käigus selle mikroosakesed muudavad taimerakkudes neelatud päikeseenergia keemiliseks energiaks.

Võite jõuda järgmistele järeldustele, et fotosüntees on päikeseenergia muundamise protsess. Kui usaldada tänapäevast infot, siis on märgatud, et orgaaniliste ainete süntees süsihappegaasist ja veest valgusenergia abil laguneb kolmeks etapiks.

Etapp nr 1

See faas viiakse lõpule vee fotokeemilise lagunemise protsessis klorofülli abil. Molekulaarne hapnik vabaneb.

Etapp #2

Siin täheldatakse mitmeid redoksreaktsioone. Nad kasutavad tsütokroomide ja teiste elektronide kandjate aktiivset abi. Reaktsioon toimub tänu valgusenergiale, mille elektronid kannavad veest NADPH-sse ja moodustavad ATP. Siin hoitakse valgusenergiat.

3. etapp

Teisendamiseks kasutatakse juba moodustunud NADPH-d ja ATP-d süsinikdioksiid süsivesikuteks. Neeldunud valgusenergia osaleb 1. ja 2. etapi reaktsioonides. Viimase, kolmanda reaktsioonid toimuvad ilma valguse osaluseta ja neid nimetatakse tumedateks.

Fotosüntees on ainus bioloogiline protsess, mis toimub vaba energia suurenemisega. Otseselt või kaudselt pakub keemiaettevõttele kättesaadavaid kahejalgseid, tiivulisi, tiibadeta, neljajalgseid ja muid maa peal elavaid organisme.

Hemoglobiin ja klorofüll

Hemoglobiini ja klorofülli molekulidel on keeruline, kuid samas sarnane aatomi struktuur. Nende struktuuris on tavaline profiin - väikeste rõngaste rõngas. Erinevus ilmneb profiiniga seotud protsessides ja sees asuvates aatomites: rauaaatom (Fe) hemoglobiinis, klorofüll magneesium (Mg).

Klorofüll ja hemoglobiin on struktuurilt sarnased, kuid moodustavad erineva valgustruktuuri. Magneesiumi aatomi ümber moodustub klorofüll ja raua ümber hemoglobiin. Kui võtate vedela klorofülli molekuli ja ühendate lahti fütooli saba (20 süsinikuahel), muudate magneesiumiaatomi rauaks, siis muutub pigmendi roheline värv punaseks. Tulemuseks on valmis hemoglobiini molekul.

Tänu just sellisele sarnasusele on klorofüll omastav lihtsalt ja kiiresti. Toetab hästi organismi hapnikunälja korral. See küllastab verd vajalike mikroelementidega, siit transpordib eluks olulisemad ained paremini rakkudesse. Toimub õigeaegne loodusliku ainevahetuse käigus tekkivate jääkainete, toksiinide, jääkainete vabanemine. See avaldab mõju uinuvatele leukotsüütidele, äratades neid.

Kirjeldatud kangelane, ilma hirmu ja etteheiteta, kaitseb, tugevdab rakumembraane, aitab sidekoel taastuda. Klorofülli eelised hõlmavad haavandite, erinevate haavade ja erosioonide kiiret paranemist. Parandab immuunfunktsiooni, tõstis esile võime peatada DNA molekulide patoloogilisi häireid.

Positiivne suundumus nakkushaiguste ja külmetushaiguste ravis. See ei ole kogu vaadeldava aine heategude loetelu.

Pikaajaline kokkupuude rauaga niiskuse juuresolekul. Saadud gaas, mida nimetatakse "deflogisteeritud salpeetri õhuks", ei muutnud enam oma värvi tavalise õhuga segamisel (erinevalt algsest "nitraadiõhust") ja selles põlenud küünal põles sama eredalt kui tavalises "deflogisteeritud õhus" killu põletamisel. "deflogisteeritud soolaõhu" muutmisele tavaliseks "flogisteeritud õhuks". 1) Andke kõigi J. Priestley kirjeldatud kuue õhutüübi valemid ja tänapäevased nimetused. 2) Esitage igaühe jaoks üks reaktsioonivõrrand. 54. Väetisena kasutatav norra salpeet sisaldab 11,86% lämmastikku. 1) Määrake selle valem. 2) Miks seda salpetrit nimetatakse norrakaks, kuna Norras (erinevalt Tšiilist) salpeetri leiukohti pole? 3) Mis pistmist on Voltal ja Birkelandil Norra salpeetriga? 55. 19. sajandi teisel poolel uuris vene keemik N.N. Beketov pakkus välja meetodi metallilise rubiidiumi saamiseks. Selleks kuumutas ta rubiidiumhüdroksiidi ja pulbristatud alumiiniumi segu raudsilindris, mis oli varustatud jahutitoru ja vastuvõtjaga. N.N. märkmetest. Beketova: "Rubiidiumi juhitakse järk-järgult, voolates alla nagu elavhõbe ja säilitades oma metallilise läike, kuna mürsk täidetakse operatsiooni ajal vesinikuga." 1) Kirjutage N.N. läbiviidud reaktsiooni võrrand. Beketov. 2) Teile tuttavate metallide pingereas on rubiidium alumiiniumist palju vasakul. Kuidas seda reaktsiooni seletada? 3) Kas seda protsessi saab kasutada liitiummetalli tootmiseks? 56. Joodi avastas 1811. aastal prantsuse keemik Bernard Courtois. Räägitakse, et ühel päeval laboris hüppas kass, kes alati vaikselt Courtoisi õlal istus, ootamatult lauale, kus seisid reaktiividega kolvid. Need kukkusid kokku ja õhku tõusid lillaka "suitsu" - joodiauru - pilved. Naatriumjodiid, mis saadakse vetikatest, interakteerudes väävelhappega, annab joodi I2; Samal ajal tekib "väävelgaas" - vääveldioksiid SO2. Arvutage 15 g NaI ja väävelhappe liia koosmõjul eralduvate gaaside kogumaht (N.C. juures), samuti saadud gaasisegu suhteline tihedus (õhus) D, kui reaktiivi α konversioon on 90%. 22 Teoreetilise vooru ülesannete näited 10. klassile Ülesanne 1. Keemia keeduklaasid, milles igas on 0,1 g alumiiniummetalli, on kaalul tasakaalustatud. Kuidas muutub kaalude tasakaal, kui ühte klaasi valada 5% lahus vesinikkloriidhappest kaaluga 10 g, teises - 5% naatriumhüdroksiidi lahus kaaluga 10 g Lahendus: Metallalumiinium reageerib vesinikkloriidhappe ja naatriumhüdroksiidiga vastavalt võrranditele: 2Al + 6 HCl → 2 AlCl3 + 3 H2 2Al + 2 NaOH + 6 H2O → 2 Na + 3 H2 Sama massi reageerinud alumiiniumi korral eraldub mõlemal juhul sama kogus vesinikku. Seega, kui alumiinium lahustub täielikult, siis kaalude tasakaal ei muutu. Alumiiniumi mittetäieliku lahustumise korral kaalub üles kaalupann, kuhu reageerib väiksem osa alumiiniumist. 5% lahused kaaluga 10 g sisaldavad 0,5 g (10⋅0,05) vesinikkloriidhapet ja naatriumhüdroksiidi. M(Al)=27g/mol M(HCl)=36,5g/mol M(NaOH)=40g/mol 2 g reageerib HCl-ga kaaluga (36,5⋅ 6) g Al kaaluga 0,1 g reageerib HCl-ga kaaluga xg x=0,406 g HCl Al kaaluga 27⋅ 2 g reageerib NaOH-ga kaaluga (40⋅ 2) g Al massiga 0,1 g reageerib NaOH-ga massiga y g y = 0,148 NaOH Mõlemad ained HCl ja NaOH võetakse liias, seega on täielikud alumiinium lahustub mõlemas klaasis ja kaalude tasakaal ei häiri. Ülesanne 2. Arvutage butaanist C4H10 koosneva gaasisegu lämmastiku suhteline tihedus, kui selles segus on üks hapnikuaatom kolme süsinikuaatomi kohta. Lahendus: Segu keskmise molaarmassi määramise valem ) = 44 g/mol M(N2) = 28 g/mol 23 Kirjutame üles süsinikuaatomite arvu, eeldades, et segus on üks mool hapnikuaatomeid: arvestades, et süsinikdioksiid sisaldab ühte mooli hapnikuaatomeid: ν(CO2) = ν (O) / 2 = 1 mol / 2 = 0,5 mol butaanis: ν2 (С) = 3 mol - 0,5 mol - 2,5 mol ν (С4Н10) = ν (С) / 4 = 2,5 mol / 4 = 0,625 mol : 0,625 mol ⋅ 58 g / mol + 0,5 mol ⋅ 44 g / mol M (keskm.) = = 51,78 g / mol (0,625 + 0,5) mol.) = 51.78. / 28 = 1,85 Ülesanne 3. Klorofüll on oluline pigment, mis määrab taimelehtede rohelise värvuse. 89,2 mg klorofülli põletamisel liigses hapnikus saadakse ainult neli järgmist ainet: 242 mg gaasi, mis on tavaliselt gaseeritud joogid; 64,8 mg vedelikku, mis on nende jookide aluseks; 5,6 mg gaasi, mis on kõige rohkem maa atmosfäär ja 4,00 mg valget pulbrit, mis on kerge, laialdaselt kasutatava metalli oksiid, mis moodustab umbes 2,3% maakoorest. 1) Millistest ainetest me räägime? 2) Arvutage klorofülli valem, arvestades, et selle molekul sisaldab ainult ühte metalliaatomit. 3) Kirjutage klorofülli põlemisreaktsiooni võrrand. 4) Kas klorofüll sisaldab kloori? Kust tuli nimi "klorofüll"? 5) Tooge näide looduslikust ainest, mis sisaldab sarnase struktuuriga struktuuri fragmenti. Lahendus: 1. Joogid on gaseeritud süsihappegaasiga, joogid ise on enamasti vesi, maakera atmosfääris on kõige levinum gaas lämmastik, pulbrina magneesiumoksiid. 2. Arvutage elementide suhe molekulis: 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 = 7,2 mg n(N2) = 5,60/28 = 0,2 mmol n(MgO) = 40/4,00 = 0,1 mmol, m(Mg) = 0,1⋅24 = 2,4 mg m(O2) = 89,2 - 66-7,2-5,6-2,4 = 8 mg, n(O) = 8/16 = 0,5 mmol. 24 Suhe C:H:N:O:Mg = 5,5:7,2:0,4:0,5:0,1 = 55:72:4:5:1, millest klorofülli valem: C55H72N4O5Mg 3. C55H72N4O5Mg + 71 O2 = 5502 36 H2O + 2 N2 + MgO 4. Kreeka sõna "chloros" tähendab "roheline". Sellest ka nii kloori kui klorofülli nimetus. 5. Tuntuimad on verevärvi heem (hemoglobiin) ning heemi ja klorofülli derivaadid. Ülesanne 4. Üleliiduliste ja ülevenemaaliste koolinoorte keemiaolümpiaadide asutaja, Moskva Riikliku Ülikooli professor Alfred Feliksovitš Plate ütles, et Suure Isamaasõja ajal tehti talle ülesandeks kiiresti uurida kaheliitrise õhukese keemiaolümpiaadi sisu. seinaga metallist ampull, mis oli allatulistatud vaenlase hävitaja kokpitis. Analüüsi tulemuste kohaselt sisaldas see vedelik 22% süsinikku, 4,6% vesinikku ja 73,4% broomi (massi järgi). Analüüsi tulemused panid insenerid ja sõjalised eksperdid hämmingusse. Avalda oma mõtteid, mis eesmärgil see õhukeseseinaline ebatavalise sisuga ampull piloodikabiini kinnitati. Lahendus: elementide aatomite arvu suhe uuritavas vedelikus: C: H: Br \u003d (22/12) : 4,6: (73,4/80) \u003d 1,83: 4,6: 0,92 \u003d 2: 5 : 1 Uuritava vedeliku valem on C2H5Br. Loomulikult tekitas selle aine märkimisväärse koguse ja pealegi ebatavalises pakendis avastamine hämmingut, kuni üks eksperimentaalkeemikutest tuli välja väga lihtsa ideega: etüülbromiid keeb temperatuuril + 38 °C ja asetatakse piloodikabiini kui potentsiaalset tulekustutusainet. ! Tulekahju korral ampull puruneb ja õhust ligi 4 korda raskem etüülbromiidi aur isoleerib mõneks ajaks tule, peatades tule leviku. Ülesanne 5. Vaatleme teisenduste ahelat: 1. A = B + C 2. B + C2H5Cl = D 3. D + C2H5Cl = D + A 4. B + TiCl4 = A + E 5. B + C4H8Cl2 = A + G 6. B + N2O4 \u003d I + NO Dešifreerige ained A - I, kui on teada, et aine A annab mereveele mõru maitse, B, C ja E on lihtained, reaktsioonid 1 ja 4 toimuvad kõrgel temperatuuril, reaktsioon 1 läheb toime elektrivool Reaktsioon 2 viiakse läbi dietüüleetris. 1) Kirjutage reaktsioonide võrrandid 1 - 6. 2) Mis võib olla aine G ja nimetage see. 25 Lahendus: Merevee mõru maitse tuleneb magneesiumiühenditest. Kuna aine A sulandi elektrolüüsil tekib kaks lihtsat ainet, on ilmne, et tegemist on magneesiumhalogeniidiga, nimelt selle kloriidiga, nagu tuleneb reaktsioonist 4. Klooretaaniga suhtlemisel toimub liitumisreaktsioon. Sest halogeenid küllastunud süsivesinikud võib astuda asendusreaktsioonidesse, siis B on magneesium. Kuna reaktsioonis tekib ainult üks aine, siis aine D on magneesiumi lisamise saadus, magneesium-orgaaniline aine, Grignardi reaktiiv. 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 + C2H5MgCl = MgCl2H2 + MgCl2 l2 + Mg = C4H8 + MgCl2 Mg + 2 N2O4 = Mg(NO3)2 + 2 NO Sõltuvalt klooriaatomite vastastikusest paigutusest C4H8Cl2 molekulis võib saada mitmesuguseid tooteid. Kui klooriaatomid asuvad sama süsinikuaatomi juures, võib okteen tekkida märgatavas koguses. Kui klooriaatomid paiknevad kahe kõrvuti asetseva süsinikuaatomi juures, saadakse küllastumata süsivesinikud CH2=CH-CH2-CH3 (buteen-1) või CH3-CH=CH-CH3 (buteen-2). Kui klooriaatomid on üksteisest kahe süsinikuaatomi kaugusel, võib väikestes kogustes tekkida tsüklilisi süsivesinikke (tsüklobutaan). Ülesanded jaoks sõltumatu lahendus 1. 130 ml lämmastiku, vesiniku ja metaani segule lisati 200 ml hapnikku ning segu pandi tulele. Peale põlemise ja veeauru kondenseerumise lõppu oli kogumaht samadel tingimustel 144 ml ning põlemisproduktide läbilaskmisel leeliselahuse liiaga vähenes maht 72 ml võrra. Leidke lämmastiku, vesiniku ja metaani algmahud. 2. Määrake struktuur ja nimetage kompositsiooni C9H8 benseeni seeria ühend, kui on teada, et see värvib broomvett, siseneb Kucherovi reaktsiooni, reageerib naatriumamiidiga. Oksüdeerimine kaaliumpermanganaadiga annab lähteühendi bensoehappe. 3. Muidugi teate homoloogse seeria liikmete üldvalemeid - metaan, eteen, etiin. Proovige tuletada mis tahes 26 homoloogse seeria liikmete üldvalem (mitte tingimata süsivesinikud), kui selle seeria esimese liikme valem on teada. 4. Mõne gaasilise süsivesiniku põletamisel klooris kulub kloori kolm korda rohkem. Ja sama süsivesiniku põletamisel hapnikus väheneb oksüdeerija massikulu 1,48 korda. Mis on süsivesinik? 5. Metaani ja vesiniku põlemissoojused on vastavalt 890 ja 284 kJ/mol. 6,72 liitri vesiniku-metaani segu (n.o.) põlemisel vabanes 148 kJ. Kui suur hulk hapnikku ära kasutati? 6. Madala keemistemperatuuriga süsivesiniku, mis esineb kahe geomeetrilise isomeeri kujul, aurutihedus on 2,93 g/l rõhul 1215,6 GPa ja temperatuuril 67 °C. Määrake selle struktuur ja esitage kõigi struktuurivalemid. isomeersed atsüklilised süsivesinikud. 7. Keerulise keemilise reaktsiooni tulemusena tekib bromobenseeni C6H5Br ja jodobenseeni C6H5I segu. Reaktsioonimehhanismi uurimiseks peab keemik täpselt teadma mõlema ühendi protsendimäära saadud segus. Segule tehakse elementide analüüs. Siiski ei ole Br ja I elementanalüüs alati võimalik. Määrake C6H5Br ja C6H5I protsent segus, kui on teada, et see sisaldab süsinikku, ning (Br ja I) summa on 1%. 8. Etüülalkoholi aurud lagundati kuumutatud alumiiniumoksiidil. Saadud gaas juhiti läbi 250 ml 0,4 M broomi lahust, kuni broomi värvus täielikult kadus. Kui suur ruumala gaasi (n.o.s.) reageeris broomveega? Kui palju toodet see valmistas? 9. Estrite seebistumine kiireneb leeliste toimel. Mõnede eetrite hüdrolüüsiks võetakse tavaliselt 6% naatriumhüdroksiidi lahust (tihedus 1,0 g/cm3) kiirusega 150 ml leeliselahust 1 g eetri kohta. Kui palju 40% (tihedus 1,4 g/cm3) tuleks võtta 6 g eetri hüdrolüüsimiseks? 10. Ühend sisaldab vesinikku, massiosa - 6,33; süsinik, massiosa - 15,19; hapnik, massiosa - 60,76 ja veel üks element, mille aatomite arv molekulis on võrdne süsinikuaatomite arvuga. Tehke kindlaks, mis tüüpi ühend see on, millisesse klassi see kuulub ja kuidas see kuumutamisel käitub. 11. Struktuuriteooria põhjal ennustatud ja saadud A.M. Butlerov lasi süsivesiniku A läbi alumiinium-kroom dehüdrogeenimiskatalüsaatori 450 °C juures ja saadi kaks põlevat gaasi: lenduvam B ja vähem lenduv C. Gaas C juhiti läbi väävelhappe vesilahuse massifraktsiooniga 64%. Toimub happekatalüüsitud aine B dimerisatsioon, järgides Markovnikovi reeglit. Selle reaktsiooni tulemusena moodustub segu kahest isomeersest vedelsaadusest D ja D, mille suhteline molekulmass on ligikaudu kaks korda suurem kui algse A molekulmass. Produktid D ja D töödeldi pärast happelahusest eraldamist ja kuivatamist. põlevgaasiga B skeleti nikkelkatalüsaatori juuresolekul. G-st ja D-st tekkis sama aine E, mida kasutatakse autokütuse etalonina oktaanarvuga 100. Nimetage ained A, B, C, D, D ja E. Kirjutage reaktsioonide skeemid. mis toimuvad. 12. Teatud kogus süsivesinike koostist CnH2n-2 annab koos kloori liiaga 21,0 g tetrakloriidi. Sama kogus süsivesinikku koos broomi liiaga annab 38,8 g tetrabromiidi. Tuletage selle süsivesiniku molekulaarvalem ja kirjutage selle võimalikud struktuurivalemid. 13. Kaltsiumi- ja alumiiniumkarbiidide segu täielikul hüdrolüüsil tekib gaaside segu, mis on hapnikust 1,6 korda kergem. Määrake karbiidide massifraktsioonid esialgses segus. 14. Atsetüleeni hüdrogeenimisel mahuga 672 ml (N.O.) saadi etaani ja etüleeni segu, mis kaotab värvi 40 g kaaluva broomi lahuse süsiniktetrakloriidis, milles broomi massiosa on 4%. Määrake etaani ja etüleeni kogus segus ning nende moolifraktsioonid. 15. Läbi inertsete elektroodidega jadaühendusega elektrolüüsaatorite, mis sisaldavad: esimene on baariumkloriidi lahus, teine ​​on kaaliumsulfiti lahus samade koguste ainetega, lastakse läbi elektrivool. Elektrolüüs peatati, kui lahuse proov võeti esimesest elektrolüsaatorist pärast hapestamist selle liiaga lämmastikhape lakkas sadestuma hõbenitraadi lahusega ja selle elektrolüsaatori anoodil eraldus 1,12 liitrit gaasi. Elektrolüüsi tulemusena saadud lahused segati. Määrata sademe koostis ja mass. 16. 1 mooli metaani põlemisel vabaneb 802 kJ soojust. Kui suur kogus metaani tuleb põletada (lämmastikutemperatuuril), et kuumutada 100 g kaaluvat vasetükki 20 kuni 50 °C? Vase erisoojusmaht on 0,38 kJ/kg oC. 17. Vedelik A reageerib fenooliga NaOH juuresolekul vastavalt skeemile A + 2 C6H5OH, moodustades aromaatse aine B (keemistemperatuur on madalam kui fenoolil), mis ei anna värvi FeCl3-ga; moodustub ka naatriumsulfaat. Naatriumsulfaat ja metanool tekivad ka A kuumutamisel NaOH vesilahusega. Tuginedes etteantud probleemitingimustele, pane paika aine A struktuur; vastust põhjendama. 18. Mõni aldehüüd B on aldehüüdi A kõrval aldehüüdide homoloogses reas. 100 g aldehüüdi A vesilahusele lisati 19 g aldehüüdi B, kusjuures viimase massiosa oli 23%. AgNO3 ammoniaagilahuse lisamisel 2 g aldehüüdi lahusele vabaneb 4,35 g hõbedat. 19. Atsetüleeni ja propeeni täielikul põlemisel tekkinud gaasid mahuga 1,12 l (n.o.) juhitakse läbi kaaliumhüdroksiidi lahuse mahuga 0,3 l, mille molaarne kontsentratsioon on 0,5 mol/l. Saadud lahus suudab absorbeerida veel 0,448 liitrit süsinikdioksiidi. Määrake esialgse segu koostis mahuprotsentides. 20. Mõnede keemiliste reaktsioonide läbiviimiseks laboris on vaja "absoluutset alkoholi", mis praktiliselt ei sisalda vett. 28 Kuidas saab seda valmistada tavalisest alkoholist - puhastatud, mis sisaldab umbes 4% niiskust? 21. 30 ml propaani-butaani segu segati eudiomeetris 200 ml hapnikuga ja plahvatas. Enne plahvatust oli reaktsioonisegu temperatuur 127 °C ja normaalrõhk. Pärast tingimuste viimist esialgsetele oli gaaside maht eudiomeetris 270 ml. Mis on propaani-butaani segu koostis mahuprotsentides? 22. Kaltsineeritud 17,5 g tundmatut metallnitraati inertgaasi atmosfääris. Lenduvad saadused koguti kokku ja jahutati. See moodustas 13,5 g 70% lämmastikhappe lahust. Määrake nitraadi valem. 23. Metaani ja hapniku segu lasti õhku. Pärast esialgsetesse (ruumi)tingimustesse viimist selgus, et tihedus suurenes poolteist korda (võrreldes algsegu tihedusega). Toodete juhtimisel läbi liigse Ca(OH)2 lahuse saadakse 13 ml imendumata gaasi. Arvutage: a) segude koostis enne ja pärast plahvatust (mahu järgi); b) algsegu maht. Esitage reaktsioonivõrrandid. 24. Hapniku liiases põletati 1,00 g tundmatu aine 10% lahust jää-äädikhappes ja hapnikku kulus 672 ml (n.o.). Sel juhul tekkisid ainult vesi (0,569 ml) ja süsinikdioksiid (708 ml n.o.). Mis lahus põletati? Milliste pakutavate ainetega võib see reageerida: KOH, HI, CH3 - CH = CH - CH3? Kirjutage reaktsioonivõrrandid. 25. 4,36 g sipelg-, äädik- ja oksaalhappe segu neutraliseerimiseks kulub 45 cm3 2n leeliselahust. Sama proovi täielikul oksüdeerumisel tekib 2464 cm3 süsinikdioksiidi (n.c.). Mis on hapete molaarsuhe? 26. Süsivesinike, mille vesiniku suhteline tihedus on alla 25, põlemisel tekkiva süsihappegaasi maht on 4/7 reageerinud süsivesiniku ja hapniku mahtude summast. Mis on süsivesiniku valem? 27. Kloor juhiti läbi kuuma 10% sipelghappe lahuse, mis kaalus 75 g, kuni mõlema happe massiosad lahuses olid võrdsed. Määrake moodustunud hapete mass. 28. XVI sajandil. Saksa keemik Andreas Libavius ​​sai hõbedase vedeliku kuumutamisel HgCl2 pulbriga ja eraldunud aurude kondenseerimisel raske (ρ = 2,23 g / cm3) läbipaistva vedeliku, mida ta nimetas "elavhõbekloriidalkoholiks". Vesiniksulfiidi toimel "elavhõbekloriidile" moodustuvad kuldkollased plaadid, mida nimetatakse "kuldleheks" ja 1 mahuosa "elavhõbekloriidi" võib reageerida 383 mahuosa vesiniksulfiidiga (n.o.). Kui aga tegutseda "sublimaadi alkoholi" järgi 29 vesilahus ammoniaagiga moodustub amfoteersete omadustega hüdroksoühendi valge sade. 1) Mis on Libaviuse algne hõbedane vedelik, "elavhõbekloriid" ja "kuldleht"? 2) Kas "sublimeeritud alkoholi" võib seostada polaarsete lahustitega? Miks? 3) Kirjutage kõigi tingimuses nimetatud keemiliste reaktsioonide võrrandid. 29. 1860. aasta rahvusvahelisel keemikute kongressil võeti vastu järgmine määratlus: "Molekul on reaktsioonis osaleva aine väikseim kogus." Praegu on võimalik saada molekulaarset naatriumkloriidi - üksikute molekulide kujul, mis on eraldatud tahkes argoonis temperatuuril umbes 10 K (-263 °C). 1) Kuidas võib molekulaarse ja kristalse naatriumkloriidi keemiline aktiivsus erineda reaktsioonides ilma lahustite osaluseta (samadel tingimustel)? 2) Millised on selle erinevuse võimalikud põhjused? 30. H.A. Encyclopedia Britannica üheksanda väljaande (1878) artikli "Keemia" autor Armstrong kirjutas, et Mendelejev pakkus Berzeliuse kehtestatud vana väärtuse 120 asemel uraani aatommassi väärtuseks 240. Samas eelistas Armstrong kolmandat väärtust, mis on võrdne 180-ga. Nüüdseks teadaolevalt oli Mendelejevil õigus. Uraani pigi tegelik valem on U3O8. Millise valemi võiksid Berzelius ja Armstrong selle mineraali jaoks kirjutada? 31. A.E. Favorsky viis 1887. aastal läbi järgmised uuringud: a) 2,2-diklorobutaani ja pulbrilise KOH koostoime tulemusena tekkis süsivesinik koostisega C4H6, mis hõbeoksiidi ammoniaagilahusega töötlemisel andis hõbeda derivaadi; b) 2,2-diklorobutaani töötlemisel leelise alkoholilahusega tekkis sama koostisega süsivesinik, kuid see ei reageerinud hõbeoksiidi ammoniaagilahusega. Andke nendele nähtustele selgitusi. 32. Esiteks Maailmasõda. Peal Lääne rinne Belgias Ypres'i jõe ääres tõrjuti kõik Saksa armee rünnakud Inglise-Prantsuse vägede hästi organiseeritud kaitsega. 22. aprillil 1915 kell 17.00 tekkis Saksa positsioonide küljelt Biksshute ja Langemarki punktide vahel maapinna kohale valkjasroheline uduriba, mis 5-8 minuti pärast liikus tuhande võrra edasi. meetrit ja kattis Prantsuse vägede positsioonid müratu hiidlainega. Gaasirünnaku tagajärjel sai mürgituse 15 tuhat inimest, kellest üle 5 tuhande hukkus lahinguväljal ja pooled ellujäänutest said invaliidid. See uut tüüpi relva tõhusust näidanud rünnak läks ajalukku kui "vihmane päev Ypresis" ja seda peetakse keemilise sõja alguseks. 1) Kirjutage selles gaasirünnakus kasutatud aine struktuurne (graafiline) valem. Kui mõnel aatomil on üksikud elektronide paarid, märkige need ära. 30 2) Andke kirjeldatud aine nimetus süstemaatilise nomenklatuuri järgi. Andke sellele muud nimed (triviaalne jne). 3) Kirjutage reaktsiooni võrrandid, mille abil on seni toodetud põhiline kogus seda ainet. Täpsustage sünteesi tehnoloogilise protsessi läbiviimise tingimused. 4) Koostage võrrandid selle aine ja vee vastasmõju reaktsioonide kohta naatriumhüdroksiidi vesilahusega. 5) Pakkuge välja kaks olemasolevat meetodit selle aine degaseerimiseks, võttes arvesse, et lahtise leegi tegemisel ei saa olla kaitsvat toimet. 33. Elemente seerianumbritega 110-112 avastati aastatel 1994-1996 Darmstadtis (Saksamaa) raskete ioonide kiirendis vastavalt ühe, kolme ja ühe aatomi koguses. Plii ja vismuti sihtmärkide ioonidega pommitamisel tekkisid uued elemendid järgmiste reaktsioonide tulemusena: 34. ??? + 208Pb → 269110Uun + n, 35. ??? + 209Bi → 272111Uuu + n, 36. ??? + 208Pb → 277112Uub + n. Meik täielikud võrrandid tuumareaktsioonid, asendades küsimärgid keemiliste elementide vastavate numbrite või sümbolitega. Selgitage, mida tähendavad uute elementide kolmetähelised sümbolid. 34. Sisse orgaaniline keemia paljud reaktsioonid on nimetatud nende avastanud teadlaste järgi. Kirjutage järgmiste reaktsioonide võrrandid, märkides nende rakendamise tingimused (ükshaaval konkreetne näide iga reaktsiooni jaoks): 1) saamine vastavalt Zininile; 2) Kucherovi järgi niisutamine; 3) oksüdatsioon Priležajevi järgi; 4) nitreerimine Konovalovi järgi; 5) Bayer-Wagner-Villiger oksüdatsioon; 6) halogeenimine Gell-Volhard-Zelinsky järgi. Näiteid 11. klassi teoreetilise vooru ülesannetest Ülesanne 1. Kui teatud kogus teatud metalli interakteerub 20% väävelhappe lahusega mahuga 214,91 ml (ρ = 1,14 g / ml), siis 22,53% väävelhappe lahusega sulfaat tekkis. Metall ja väävelhape võetakse stöhhiomeetrilistes suhetes. Sama kogus metalli interakteerub täielikult 80 g kaaluva naatriumhüdroksiidi lahusega Arvutage sel juhul moodustunud aine massiosa. Määrake, milline metall võetakse. Lahendus: leidke lahuse mass ja väävelhappe sisaldus selles: m (lahus) \u003d V⋅ρ \u003d 214,91 ml 1,14 g / ml \u003d 245 g, m (H2SO4) \u003d m (lahus) ⋅ W (H2SO4) \u003d 245 g ⋅ 0,2 \u003d 49 g. Leidke väävelhappe keemiline kogus: N (H2SO4) \u003d m / M \u003d 49 g / 98 g / mol \u003d happe kogus sisaldab 0,5 mol vesinik kaaluga 1 g (49 2:98). Olgu metalli mass x g. Siis on lõpplahuse mass: 31

Loengu kava:

4. Klorofülli biosüntees

6. Karotenoidid

7. Fükobiliinid

1. Fotosünteesi pigmendid. klorofüllid

Selleks, et valgus taimeorganismile mõju avaldaks ja eelkõige fotosünteesi protsessis ära kasutataks, peavad selle neelama fotoretseptori pigmendid. Pigmendid on värvilised ained. Pigmendid neelavad teatud lainepikkusega valgust. Päikesespektri neeldumata osad peegelduvad, mis määrab pigmentide värvuse. Seega neelab roheline pigment klorofüll punaseid ja siniseid kiiri, samas kui rohelised kiired peegelduvad peamiselt tagasi. Nähtav osa Päikese spekter hõlmab lainepikkusi 400–700 nm. Ained, mis neelavad kogu nähtava spektri, paistavad mustana.

Pigmentide koostis sõltub organismide rühma süstemaatilisest asukohast. Fotosünteetilistel bakteritel ja vetikatel on pigmendi koostis väga mitmekesine (klorofüllid, bakterioklorofüllid, bakteriorodopsiin, karotenoidid, fükobiliinid). Nende kogum ja vahekord on eri rühmadele omased ja sõltuvad suuresti organismide elupaigast. Kõrgemate taimede fotosünteesi pigmendid on palju vähem mitmekesised. Plastiididesse koondunud pigmendid võib jagada kolme rühma: klorofüllid, karotenoidid, fükobiliinid.

Fotosünteesi protsessis mängivad kõige olulisemat rolli rohelised pigmendid - klorofüllid. Prantsuse teadlased P.Zh. Peletier ja J. Caventou (1818) eraldasid lehtedest rohelise aine ja andsid sellele nimeks klorofüll (kreeka keelest "chloros" - roheline ja "phyllon" - leht). Praegu on teada kümmekond klorofülli. Need erinevad keemilise struktuuri, värvi ja elusorganismide vahel jaotumise poolest. Kõik kõrgemad taimed sisaldavad klorofülle A Ja b. Klorofüll Koos leidub diatomites, klorofüll d- punavetikates. Lisaks on teada neli bakterioklorofülli (a, b, c Ja d) sisaldub fotosünteetiliste bakterite rakkudes. Rohelised bakterid sisaldavad bakterioklorofülle Koos Ja d, purpursete bakterite rakkudes - bakterioklorofüllid A Ja b. Peamised pigmendid, ilma milleta fotosüntees ei toimu, on roheliste taimede jaoks klorofüllid ja bakterite jaoks bakterioklorofüllid.

Esimest korda saadi täpne ettekujutus kõrgemate taimede roheliste lehtede pigmentidest tänu Venemaa suurima botaaniku M.S. Värvid (1872-1919). Ta töötas välja kromatograafilise meetodi ainete eraldamiseks ja eraldas lehtede pigmendid nende puhtal kujul. Ainete eraldamise kromatograafiline meetod põhineb nende erineval adsorptsioonivõimel. Seda meetodit on laialdaselt kasutatud. PRL. Värv lasi lehe ekstrakti läbi pulbriga täidetud klaastoru – kriidi või sahharoosiga (kromatograafiline kolonn). Pigmendisegu üksikud komponendid erinesid adsorptsiooniastmelt ja liikusid erineva kiirusega, mille tulemusena kontsentreeriti kolonni erinevatesse tsoonidesse. Jagades kolonni eraldi osadeks (tsoonideks) ja kasutades sobivat lahustisüsteemi, oli võimalik isoleerida iga pigment. Selgus, et kõrgemate taimede lehed sisaldavad klorofülli A ja klorofüll b, samuti karotenoidid (karoteen, ksantofüll jne). Klorofüllid, nagu karotenoidid, ei lahustu vees, kuid lahustuvad kergesti orgaanilistes lahustites. klorofüllid A Ja b värvi poolest erinevad: klorofüll A sellel on sinakasroheline toon ja klorofüll b- kollane roheline. Klorofülli sisaldus A umbes kolm korda rohkem klorofülli lehes b.

2. Keemilised omadused klorofüll

Keemilise struktuuri järgi on klorofüllid orgaanilise dikarboksüülhappe estrid - klorofülliin ja kaks fütooli ja metüülalkoholide jääki. Empiiriline valem on C55H72O5N4Mg. Klorofülliin on lämmastikku sisaldav metallorgaaniline ühend, mis on seotud magneesiumporfüriinidega.

Klorofüllis on karboksüülrühmade vesinik asendatud kahe alkoholi - metüül CH 3 OH ja fütooli C 20 H 39 OH - jääkidega, seetõttu on klorofüll ester. Peal joonis 1, A arvestades klorofülli struktuurivalemit A.

Klorofüll b erineb selle poolest, et sisaldab kahte vähem vesinikuaatomit ja ühte rohkem hapnikuaatomit (CH 3 rühma asemel CHO rühm (Joonis 1, B) . Selle tulemusena klorofülli molekulmass A - 893 ja klorofüll b- 907. 1960. aastal asus R.B. Woodward viis läbi klorofülli täieliku sünteesi.

Klorofülli molekuli keskel on magneesiumiaatom, mis on ühendatud pürroolirühmade nelja lämmastikuaatomiga. Klorofülli pürroolrühmadel on vahelduvate kaksiksidemete ja üksiksidemete süsteem. Seda see on kromofoorne klorofülli rühm, mis määrab päikesespektri teatud kiirte neeldumise ja selle värvuse. Porfüriini südamiku läbimõõt on 10 nm ja fütoolijäägi pikkus 2 nm.

Pilt 1 - klorofüllid A Ja b

Klorofülli tuumas olevate pürroolirühmade lämmastikuaatomite vaheline kaugus on 0,25 nm. Huvitaval kombel on magneesiumiaatomi läbimõõt 0,24 nm. Seega täidab magneesium peaaegu täielikult pürroolirühmade lämmastikuaatomite vahelise ruumi. See annab klorofülli molekuli tuumale täiendava tugevuse. Veel K.A. Timirjazev juhtis tähelepanu kahe kõige olulisema pigmendi keemilise struktuuri lähedusele: roheline - lehtede klorofüll ja punane - vere hemiin. Tõepoolest, kui klorofüll kuulub magneesiumporfüriinide hulka, siis hemiin kuulub raudporfüriinide hulka. See sarnasus ei ole juhuslik ja on järjekordne tõend kogu orgaanilise maailma ühtsusest.

Klorofülli struktuuri üks eripära on lisaks neljale heterotsüklile veel ühe viie süsinikuaatomiga tsüklilise rühma - tsüklopentanooni - olemasolu selle molekulis. Tsüklopentaantsükkel sisaldab väga reaktiivset ketorühma. On tõendeid, et enoliseerimisprotsessi tulemusena lisatakse selle ketorühma kohas klorofülli molekulile vett.

Klorofülli molekul on polaarne, selle porfüriini tuumal on hüdrofiilsed omadused ja fütooli ots on hüdrofoobne. See klorofülli molekuli omadus määrab selle konkreetse asukoha kloroplastide membraanides. Molekuli porfüriini osa on seotud valguga ja fütooliahel sukeldub lipiidikihti.

Lehest ekstraheeritud klorofüll reageerib kergesti nii hapete kui ka leelistega. Leelistega suhtlemisel toimub klorofülli seebistumine, mille tulemusena moodustub kaks alkoholi ja klorofülliinhappe leeliseline sool. Terves eluslehes saab fütooli klorofüllist klorofüllaasi ensüümi toimel eraldada. Nõrga happega suheldes kaotab ekstraheeritud klorofüll oma rohelise värvuse, tekib ühend feofütiin, milles molekuli keskmes olev magneesiumiaatom asendub kahe vesinikuaatomiga.

Intaktses elusraku klorofüllil on pöörduv fotooksüdatsiooni ja fotoreduktsiooni võime. Redoksreaktsioonide võimet seostatakse klorofülli molekulis konjugeeritud kaksiksidemetega mobiilse sidemega.
π-elektronid ja jagamata elektronidega lämmastikuaatomid. Pürrooli tuumade lämmastik võib olla oksüdeeritud (annetada elektron) või redutseerida (kinnitada elektron).

Uuringud on näidanud, et lehtedes ja lehest eraldatud klorofülli omadused on erinevad, kuna lehtedes on see valguga keerulises kombinatsioonis. Seda tõestavad järgmised andmed:

Lehes oleva klorofülli neeldumisspekter on ekstraheeritud klorofülliga võrreldes erinev.

Kuivadest lehtedest klorofülli absoluutse alkoholiga ekstraheerida ei saa. Ekstraheerimine õnnestub ainult siis, kui lehti niisutada või alkoholile lisada vett, mis hävitab sideme klorofülli ja valgu vahel.

Lehest eraldatud klorofüll hävib kergesti mitmesuguste mõjude (kõrge happesus, hapnik ja isegi valgus) mõjul.

Samal ajal on klorofüll lehtedes üsna vastupidav kõigile ülaltoodud teguritele. Tuleb märkida, et kuigi silmapaistev vene teadlane V. N. Lyubimenko tegi ettepaneku nimetada seda kompleksi hemoglobiiniga analoogselt kloroglobiiniks, on klorofülli ja valgu suhe teistsugune kui hemiini ja valgu vahel. Hemoglobiini iseloomustab konstantne suhe – 4 hemiinmolekuli 1 valgu molekuli kohta. Samal ajal on klorofülli ja valgu suhe erinev ja see muutub sõltuvalt taimede tüübist, nende arengufaasist, keskkonnatingimustest (3 kuni 10 klorofülli molekuli 1 valgu molekuli kohta). Valgumolekulide ja klorofülli vahelist seost teostavad ebastabiilsed kompleksid, mis moodustuvad valgumolekulide happerühmade ja pürroolitsüklite lämmastiku interaktsiooni käigus. Mida suurem on dikarboksüülaminohapete sisaldus proteiinis, seda parem on nende komplekseerumine klorofülliga (T.N. Godnee). Klorofülliga seotud valke iseloomustab madal isoelektriline punkt (3,7-4,9). Nende valkude molekulmass on umbes 68 kDa. Samal ajal võib klorofüll suhelda ka membraani lipiididega.

Molekulide oluline omadus klorofüll on nende võime üksteisega suhelda. Üleminek monomeersest vormist agregeeritud vormile tekkis kahe või enama molekuli interaktsiooni tulemusena, kui need olid üksteise lähedal. Klorofülli moodustumise protsessis muutub selle olek elusrakus loomulikult. Sel juhul toimub selle agregatsioon (A.A. Krasnovsky). Nüüdseks on näidatud, et plastiidmembraanides sisalduv klorofüll on erineva agregatsiooniastmega pigmendi-lipoproteiini komplekside kujul.

3. Füüsikalised omadused klorofüll

Nagu juba märgitud, on klorofüll võimeline valgust selektiivselt neelama. Antud ühendi neeldumisspektri määrab selle võime neelata teatud lainepikkusega valgust ( teatud värvi). K.A neeldumisspektri saamiseks. Timirjasev lasi valguskiire läbi klorofülli lahuse. Osa kiirtest neeldus klorofülli ja järgneval läbi prisma edastamisel leiti spektrist mustad ribad. Näidati, et lehtedega samas kontsentratsioonis klorofüllil on punastes ja sinakasvioletsetes kiirtes kaks peamist neeldumisjoont. . Kuigi klorofüll A lahuses on neeldumismaksimum 429 ja 660 nm, samas kui klorofüll b- 453 ja 642 nm. Siiski tuleb arvestada, et klorofülli neeldumisspektrid lehes varieeruvad sõltuvalt selle olekust, agregatsiooniastmest ja adsorptsioonist teatud valkudele. Nüüdseks on näidatud, et on olemas klorofülli vorme, mis neelavad valgust lainepikkusega 700, 710 ja isegi 720 nm. Need klorofülli vormid, mis neelavad valgust pikkadel lainepikkustel, on fotosünteesi protsessis eriti olulised.

Klorofüllil on võime fluorestseeruda. Fluorestsents on valgustusest ergastatud kehade sära, mis kestab väga lühikest aega (10 8 -10 9 s). Fluorestsentsi ajal kiiratav valgus on alati pikema lainepikkusega kui neeldunud valgus. See on tingitud asjaolust, et osa neeldunud energiast vabaneb soojuse kujul. Klorofüllil on punane fluorestsents.

4. Klorofülli biosüntees

Klorofülli süntees toimub kahes faasis: tume - protoklorofülliidiks ja hele - klorofülliidi moodustumine protoklorofülliidist (Joonis 2). Süntees algab glutamiinhappe muundamisega δ-aminolevuliinhappeks. 2 δ-aminolevuliinhappe molekuli kondenseeritakse porfobilinogeeniks. Lisaks muudetakse 4 porfobilinogeeni molekuli protoporfüriiniks IX. Seejärel lülitatakse tsüklisse magneesium, moodustades protoklorofülliidi. Klorofülliid moodustub valguse ja NADH juuresolekul: protoklorofülliid + 2H + + hv → klorofülliid

Joonis 2 - Klorofülli biosünteesi skeem

Prootonid on kinnitatud pigmendi molekulis neljanda pürrooli tsükli külge. Peal viimane samm Klorofülliid interakteerub fütoolalkoholiga: klorofülliid + fütool → klorofüll.

Kuna klorofülli süntees on mitmeetapiline protsess, osalevad selles mitmesugused ensüümid, mis ilmselt moodustavad polüensümaatilise kompleksi. Huvitav on märkida, et paljude nende ensüümvalkude moodustumist kiirendab valgus. Valgus kiirendab kaudselt klorofülli lähteainete teket. Üks tähtsamaid ensüüme on ensüüm, mis katalüüsib δ-aminolevuliinhappe (aminolevulinaatsüntaas) sünteesi. Oluline on märkida, et selle ensüümi aktiivsus suureneb ka valguse käes.

5. Tingimused klorofülli tekkeks

Uuringud valguse mõju kohta klorofülli akumuleerumisele etioleeritud seemikutes võimaldasid kindlaks teha, et klorofüll ilmub kõigepealt haljendamise protsessis. A. Spektrograafiline analüüs näitab, et klorofülli moodustumise protsess on väga kiire. Jah, pärast
1 min pärast valgustuse algust on etioleeritud seemikutest eraldatud pigmendi neeldumisspekter, mis langeb kokku klorofülli neeldumisspektriga A. Vastavalt A.A. Shlyka, klorofüll b moodustub klorofüllist A.

Uurides valguse kvaliteedi mõju klorofülli tekkele, ilmnes enamikul juhtudel punase valguse positiivne roll. Suur tähtsus on valguse intensiivsusega. Klorofülli moodustumise valgustuse alampiiri olemasolu näidati katsetes V.N. Lyubimenko odra ja kaera seemikute jaoks. Selgus, et 10 W elektrilambiga valgustamine 400 cm kaugusel oli piir, millest allpool klorofülli teke lakkas. Samuti on valgustuse ülempiir, millest kõrgemal on klorofülli teke pärsitud.

Valguse puudumisel kasvatatud seemikuid nimetatakse etioleeritud. Selliseid seemikuid iseloomustab muutunud kuju (piklikud varred, välja arenemata lehed) ja nõrk kollane värvus (need ei sisalda klorofülli). Nagu eespool mainitud, vajab klorofülli moodustumine lõppfaasis valgust.

J. Sachsi ajast (1864) on teada, et mõnel juhul tekib klorofüll ka valguse puudumisel. Võime moodustada pimedas klorofülli on iseloomulik evolutsiooniprotsessi madalamas faasis olevatele organismidele. Seega võivad mõned bakterid soodsate toitumistingimuste korral pimedas bakterioklorofülli sünteesida. Piisava orgaanilise ainega tsüanobakterid kasvavad ja moodustavad pimedas pigmente. Võime moodustada pimedas klorofülli leiti ka sellistel hästi organiseeritud vetikatel nagu characeae. Leht- ja maksasamblad säilitavad pimedas klorofülli moodustamise võime. Peaaegu kõigil okaspuuliikidel muutuvad seemnete idanemisel pimedas idulehed roheliseks. See võime on rohkem arenenud varjutaluvatel okaspuuliikidel. Seemikute kasvades pimedas moodustunud klorofüll hävib ja 35.-40. päeval seemikud valguse puudumisel hukkuvad. Huvitav on märkida, et isoleeritud embrüotest pimedas kasvanud okaspuude seemikud ei moodusta klorofülli. Väikese katkematu endospermi tüki olemasolust aga piisab, et seemikud hakkaksid rohetama. Rohestumine toimub isegi siis, kui embrüo puutub kokku mõne teise okaspuuliigi endospermiga. Sel juhul on otsene seos endospermi redokspotentsiaali väärtuse ja seemikute võime vahel pimedas roheliseks muutuda.

Võib järeldada, et evolutsiooniliselt tekkis klorofüll algselt tumeda ainevahetuse kõrvalsaadusena. Kuid hiljem maailmas saavutasid klorofülliga taimed päikesevalguse energia kasutamise võime tõttu suurema eelise ja see omadus fikseeriti loodusliku valiku abil.

Klorofülli moodustumine sõltub temperatuurist. Optimaalne temperatuur klorofülli kogunemiseks on 26-30°C. Temperatuurist sõltub ainult klorofülli prekursorite (tume faas) moodustumine. Juba moodustunud klorofülli prekursorite juuresolekul kulgeb roheliseks muutumise protsess (valgusfaas) temperatuurist sõltumata sama kiirusega.

Klorofülli moodustumise kiirust mõjutab veesisaldus. Seemikute tõsine dehüdratsioon viib klorofülli moodustumise täieliku lakkamiseni. Eriti tundlik dehüdratsiooni suhtes on protoklorofülliidi moodustumine.

Veel V.I. Pallady juhtis tähelepanu süsivesikute vajadusele, et rohestamisprotsess toimuks. Just sellega sõltub etioleeritud seemikute valguse käes rohestumine nende vanusest. Pärast 7-9 päeva vanust langeb sellistes seemikutes klorofülli moodustumise võime järsult. Sahharoosiga pritsimisel hakkavad seemikud uuesti intensiivselt haljendama.

Klorofülli tekkeks on kõige olulisemad mineraalse toitumise tingimused. Esiteks on vaja piisavas koguses rauda. Rauapuuduse korral kaotavad isegi täiskasvanud taimede lehed oma värvi. Seda nähtust nimetatakse kloroos. Raud on klorofülli moodustumise oluline katalüsaator. See on vajalik δ-aminolevuliinhappe sünteesi staadiumis, samuti pro-toporfüriini sünteesis. Klorofülli sünteesi tagamisel on suur tähtsus taimede normaalsel varustamisel lämmastiku ja magneesiumiga, kuna mõlemad elemendid on klorofülli osa. Vase puudumisel hävib klorofüll kergesti. Ilmselt on see tingitud sellest, et vask soodustab stabiilsete komplekside teket klorofülli ja vastavate valkude vahel.

Taimedes kasvuperioodil klorofülli kuhjumise protsessi uurimine näitas, et maksimaalne klorofülli sisaldus on ajastatud õitsemise algusele. On isegi arvamus, et klorofülli moodustumise suurenemist saab kasutada indikaatorina, mis näitab taimede valmisolekut õitsemiseks. Klorofülli süntees sõltub juurestiku aktiivsusest. Niisiis sõltub pookimisel klorofülli sisaldus võsu lehtedes varu juurestiku omadustest. Võimalik, et juurestiku mõju on tingitud sellest, et seal tekivad hormoonid (tsütokiniinid). Kahekojalistel taimedel iseloomustab emaste lehti kõrge klorofülli sisaldus.

6. Karotenoidid

Kloroplastid ja kromatofoorid sisaldavad koos roheliste pigmentidega karotenoidide rühma kuuluvaid pigmente. Karotenoidid on isopreenist saadud kollased ja oranžid alifaatsed pigmendid. Karotinoide leidub kõigis kõrgemates taimedes ja paljudes mikroorganismides. Need on kõige levinumad pigmendid, millel on mitmesuguseid funktsioone. Hapnikku sisaldavaid karotenoide nimetatakse ksantofüllid. Karotenoidide peamised esindajad kõrgemates taimedes on kaks pigmenti -
β- karoteen(oranž) C 40 H 56 ja ksantofüll(kollane) C40H56O2. Karoteen koosneb 8 isopreeni jäägist (joonis 3).

Joonis 3 – β-karoteeni struktuur

Kui süsinikuahel lõhutakse pooleks ja selle lõpus moodustub alkoholirühm, muutub karoteen kaheks A-vitamiini molekuliks. Tähelepanu juhitakse fütooli struktuuri sarnasusele – klorofülli osaks oleva alkoholi ja süsiniku struktuuris. ahel, mis ühendab karoteeni ionooniringe. Eeldatakse, et fütool tekib karotenoidmolekuli selle osa hüdrogeenimisproduktina. Valguse neeldumine karotenoidide poolt, nende värvus ja redoksreaktsioonide võime on tingitud konjugeeritud kaksiksidemete olemasolust, β-karoteen sellel on kaks neeldumismaksimumit, mis vastavad lainepikkustele 482 ja 452 nm. Erinevalt klorofüllidest ei ima karotenoidid punaseid kiiri ega oma fluorestseeruvat võimet. Sarnaselt klorofülliga on kloroplastides ja kromatofoorides olevad karotenoidid valkudega vees lahustumatute komplekside kujul.

Ainuüksi tõsiasi, et karotenoide leidub kloroplastides alati, viitab nende osalemisele fotosünteesi protsessis. Siiski pole täheldatud ühtegi juhtumit, kui see protsess toimub klorofülli puudumisel. Nüüdseks on kindlaks tehtud, et karotenoidid, neelates teatud osi päikesespektrist, kannavad nende kiirte energia üle klorofülli molekulidele. Seega aitavad nad kaasa kiirte kasutamisele, mida klorofüll ei neela.

Karotenoidide füsioloogiline roll ei piirdu nende osalemisega energia ülekandmisel klorofülli molekulidele. Vene teadlase sõnul
DI. Sapožnikovi sõnul muunduvad ksantofüllid valguse käes (violaksantiin muutub zeaksantiiniks), millega kaasneb hapniku vabanemine. Selle reaktsiooni toimespekter langeb kokku klorofülli neeldumisspektriga, mis võimaldas oletada, et see osaleb fotosünteesi käigus vee lagunemise ja hapniku vabanemise protsessis.

On tõendeid, et karotenoidid täidavad kaitsefunktsiooni, kaitstes erinevaid orgaanilisi aineid, peamiselt klorofülli molekule, valguse käes fotooksüdatsiooni käigus hävimise eest. Maisi ja päevalille mutantidega tehtud katsed näitasid, et need sisaldavad protoklorofülliidi (klorofülli tume lähteaine), mis valguse käes muutub klorofülliks. A, aga hävib. Viimane on tingitud uuritud mutantide võime puudumisest moodustada karotenoide.

Mitmed teadlased näitavad, et karotenoidid mängivad taimede seksuaalprotsessis teatud rolli. Teatavasti langeb kõrgemate taimede õitsemise ajal lehtedes karotenoidide sisaldus. Samal ajal kasvab ta märgatavalt tolmukates, samuti õie kroonlehtedes. P. M. Žukovski sõnul on mikrosporogenees tihedalt seotud karotenoidide metabolismiga. Ebaküpsed õietolmu terad on valged, küpsed õietolm aga kollakasoranžid. Vetikate sugurakkudes täheldatakse pigmentide diferentseeritud jaotumist. Isassugurakud on kollased ja sisaldavad karotenoide. Naiste sugurakud sisaldavad klorofülli. Arvatakse, et just karoteen määrab spermatosoidide liikuvuse. V. Meviuse järgi moodustavad chlamydomonas vetikate emarakud sugurakke (sugurakke) esialgu ilma viburiteta, sel perioodil ei saa nad veel vees liikuda. Lipud moodustuvad alles pärast sugurakkude valgustamist pikalaineliste kiirtega, mille püüab kinni spetsiaalne karotenoid - krotsetiin.

karotenoidide moodustumine. Karotenoidide süntees ei vaja valgust. Lehtede moodustumisel tekivad karotenoidid, mis kogunevad plastiididesse perioodil, mil lehe rudiment on pungas valguse eest kaitstud. Valgustuse alguses kaasneb klorofülli moodustumisega etioleeritud seemikutes ajutine karotenoidide sisalduse langus. Siis aga karotenoidide sisaldus taastub ja valguse intensiivsuse suurenedes isegi suureneb. On kindlaks tehtud, et valkude ja karotenoidide sisalduse vahel on otsene seos. Valgu ja karotenoidide kadu lõigatud lehtedes käib käsikäes. Karotenoidide moodustumine sõltub lämmastiku toitumise allikast. Soodsamad tulemused karotenoidide kogunemise kohta saadi nitraadifoonil taimede kasvatamisel võrreldes ammoniaagiga. Väävli puudumine vähendab dramaatiliselt karotenoidide sisaldust. Suur tähtsus on suhe - Ca / Mg in sööde. Kaltsiumisisalduse suhteline tõus põhjustab karotenoidide suuremat kogunemist võrreldes klorofülliga. Magneesiumisisalduse suurenemisel on vastupidine mõju.

7. Fükobiliinid

Fükobiliinid on punased ja sinised pigmendid, mida leidub tsüanobakterites ja mõnedes vetikates. Uuringud on näidanud, et punavetikad ja tsüanobakterid koos klorofülliga A sisaldavad fükobiliine. Fükobiliinide keemiline struktuur põhineb neljal pürroolirühmal. Erinevalt klorofüllist on fükobiliinidel pürroolirühmad, mis on paigutatud avatud ahelasse. (Joonis 4) . Fükobiliine esindavad pigmendid: fükotsüaniin, fükoerütriin Ja allofükotsüaniin. Fükoerütriin on oksüdeeritud fükotsüaniin. Punased vetikad sisaldavad peamiselt fükoerütriini, tsüanobakterid aga fükotsüaniini. Fükobiliinid moodustavad valkudega tugevaid ühendeid (fükobiliinvalgud). Fükobiliinide ja valkude vahelist seost hävitab ainult hape. Eeldatakse, et pigmendi karboksüülrühmad seostuvad valgu aminorühmadega. Tuleb märkida, et erinevalt membraanides paiknevatest klorofüllidest ja karotenoididest on fükobiliinid kontsentreeritud spetsiaalsetesse graanulitesse (fükobilisoomidesse), mis on tihedalt seotud tülakoidmembraanidega.

Joonis 4 – fükoerütriinide kromofoorrühm

Fükobiliinid neelavad päikesespektri rohelises ja kollases osas kiiri. See on osa spektrist, mis jääb klorofülli kahe peamise neeldumisjoone vahele. Fükoerütriin neelab kiiri lainepikkusega 495-565 nm ja fükotsüaniin - 550-615 nm. Fükobiliinide neeldumisspektrite võrdlus valguse spektraalse koostisega, milles tsüanobakterites ja punavetikates toimub fotosüntees, näitab, et need on väga lähedased. See viitab sellele, et fükobiliinid neelavad valgusenergiat ja kannavad sarnaselt karotenoididega selle klorofülli molekuli, misjärel seda kasutatakse fotosünteesi protsessis.

Fükobiliinide olemasolu vetikates on näide organismide kohanemisest evolutsiooniprotsessis päikesespektri osade kasutamisega, mis tungivad läbi paksuse. merevesi(kromaatiline kohanemine). Teatavasti neelduvad veesamba läbimisel punased kiired, mis vastavad klorofülli peamisele neeldumisjoonele. Kõige sügavamale tungivad rohelised kiired, mida neelavad mitte klorofüll, vaid fükobiliinid.

FOTOSÜNTEES (12 tundi)