A zöld növények fő pigmentje a klorofill molekula, amely részt vesz a fényelnyelés folyamatában. A magasabb rendű növények a klorofillnak két formáját tartalmazzák: a klorofill a és klorofill b. A klorofill a szerkezetét (40. ábra) Wilyptetter és Fischer állapította meg, és 1960-ban Woodward is megerősítette, aki elvégezte a klorofill a teljes szintézisét.

A klorofill molekula alapja egy lapos porfirin gyűrű, melynek közepén a porfirin gyűrű nitrogénatomjaival koordinált magnéziumatom ion található.

A porfirin gyűrű lapos szerkezete a szén- és nitrogénatomok közötti -elektronok konjugált kettős és egyszeres kötéseinek köszönhető. Ezek az elektronok „delokalizáltak”, azaz egyenletesen oszlanak el a porfiringyűrű „perifériája” mentén (szaggatott terület a 40. ábrán). A gyűrűben lévő -elektronok mozgásállapotának megváltoztatása viszonylag kevés energiát igényel. Ezért a klorofill molekula fényelnyelési spektruma a vörös tartományban található. A gerjesztett állapotba való átmenet elektromos dipólusmomentuma a porfirin gyűrű síkjában van.

A porfirin gyűrűn kívül a klorofill molekulának van egy hosszú hidrofób lánca - egy „farok”, amely 20 szénatomból áll. Ez az oldallánc egy fitol-alkohol-maradék. A b klorofill abban különbözik az a klorofilltól, hogy az utóbbiban a csoportot - a - CHO csoport helyettesíti. Így a b klorofill egy oxigénatommal több és két hidrogénatommal kevesebbet tartalmaz, mint a klorofill a.

A klorofill mindkét formájának abszorpciós spektruma az 1-1. 41. A klorofill a abszorpciós sávjainak maximumai a K da 700 nm (piros) és K da 440 nm (ibolya) hullámhossztartományokban, a klorofill b abszorpciós sávjainak maximumai a 660 és 460 nm hullámhossztartományokban. .

A napfény maximális intenzitása eléri a Föld felszíne, a kék-zöld és a zöld hullámhossz-tartományra esik (450-550 nm). Kiderült, hogy ezeken a területeken minimális a klorofillmolekulák fényelnyelése.

A klorofil a minden zöld növényben és algában megtalálható. A klorofill b számos algában hiányzik. Ezek az algák néha más klorofillfajtákat is tartalmaznak: c és d. Az oxigént nem termelő fotoszintetikus baktériumok nem tartalmaznak klorofillt a. Általában egy speciális klorofillt – bakterioklorofillt – tartalmaznak.

Mint fentebb említettük, sok fotoszintetikus sejt a klorofill molekulákon kívül pigmentmolekulákat is tartalmaz,

Rizs. 40. A klorofill a és b klorofill szerkezeti képletei.

elnyeli a fényt a spektrum más régióiban, és különböző színeket ad az organizmusoknak. Ezek a molekulák kiterjesztik a fotoszintézisben használt fény spektrális tartományát. Ezenkívül a karotinoidok megvédik a klorofillt az oxigén általi visszafordíthatatlan fotooxidációtól.

Az egyik karotin és fikocianobilin szerkezeti képlete az 1. ábrán látható. 42. A karotinok hosszú, konjugált kettős és egyszeres kötésekből álló poliizoprén láncokkal rendelkeznek. A molekula mindkét végén ciklohexán gyűrűk találhatók. A kék-zöld algák részét képező fikociánok négy pirolitikus gyűrűt tartalmaznak. Komplexeket képezhetnek specifikus fehérjékkel.

ábrán. A 43. ábra a klorofill a molekula első energiaszintjeit mutatja be. Alapállapotban a molekulának nulla spinje van. Minden nulla spinű gerjesztett állapotot szingulettnek (S) nevezünk. Egy molekulának is lehetnek gerjesztett állapotai spin-egységben (h egységben). Tripletnek (T) hívják őket. Az első szingulett állapot élettartama. A null triplet állapot élettartama.

Rizs. 41. A klorofill a (1) és a klorofill b (2) fényabszorpciós spektruma.

Fény hatására a molekulában csak átmenetek mennek végbe szingulett gerjesztett állapotokba. Ha a klorofillmolekulák fényelnyeléskor az első gerjesztett állapot energiáját meghaladó energiájú gerjesztett állapotokba mennek át, akkor a nem sugárzási folyamatok következtében 10-12 - 10-13 s idő alatt az első szingulettbe, de gerjesztett állapot, felesleges energiát adva az oldószernek.

A singleg állapotból időben átmenet következik be a fénykibocsátással (nm) járó alapállapotba. Ezt a jelenséget fluoreszcenciának nevezik. Csekély a valószínűsége annak is, hogy egy molekula nem sugárzó átmenetet nem gerjesztett állapotból triplett gerjesztett állapotba.. A spin és az elektromágneses hullám gyenge kölcsönhatása miatt a triplett állapot élettartama a fénykibocsátáshoz képest λ » A 930 nm az alapszingulett állapotba való átmenet során viszonylag nagy. A triplett állapot hosszú élettartama annak a valószínűtlen folyamatnak köszönhető, hogy a molekula spinje egységről nullára változik.

Azok az oldatok, amelyek alacsony hőmérsékleten csak egy típusú pigmentmolekulákat tartalmaznak (klorofill b, klorofill a, karotinoidok stb.), jellegzetes fluoreszcencia spektrummal rendelkeznek, amely megfelel az -elektronok kvantumátmeneteinek a legalacsonyabb szingulett gerjesztett állapotokból a molekula alapszingulett állapotába. A fő sugárzással együtt gyenge, lassan bomló, hosszabb hullámhosszú sugárzás figyelhető meg, ami e molekulák legalacsonyabb triplettállapotaiból a szingulett alapállapotba való átmeneteknek felel meg.

Tekintettel arra, hogy a pigmentmolekulák elektronikus átmenetei a molekulák számos alacsony frekvenciájú rezgésállapotának megváltozásával járnak, ill. környezet, abszorpciós és lumineszcencia sávjuk jelentős szélességű.

A részét képező pigmentek fluoreszcenciájának tanulmányozásakor

Rizs. 42. A fotoszintetikus pigmentek szerkezeti képlete: a - béta-karotin; b - fikocianobilin.

kloroplasztiszokban csak a klorofill a fluoreszcenciája figyelhető meg. A klorofill 6 és más pigmentmolekulák rövidebb hullámhosszú fluoreszcenciája akkor sem észlelhető, ha a kloroplasztot olyan fénnyel világítják meg, amelynek hullámhossza egybeesik a megfelelő pigment abszorpciós spektrumának hullámhosszával.

Így a pigmentmolekulák nagy része fénygyűjtő rendszerek (antennák) szerepét tölti be. A kloroplasztiszokban lévő pigmentmolekulák rendezett molekulák együtteseit alkotják.

A kloroplaszt fluoreszcenciájának fentebb említett tulajdonságai azt mutatják, hogy az ilyen együttesekben a szingulett gerjesztési energia viszonylag gyors (10-11-10-12 s) migrációja megy végbe a pigmentmolekulákon keresztül a klorofill a molekulák felé.

A gyengén kölcsönható, azonos molekulákból álló rendszerek kvantumelmélete azt mutatja, hogy a rendszerben lévő gerjesztett és nem gerjesztett molekulák közötti rezonáns kölcsönhatás miatt kollektív áramtalan gerjesztett állapotok keletkeznek - gerjesztők, amelyek a gerjesztést a rendszer egyik helyéről a másikra helyezik át. A rezonancia kölcsönhatás viszonylag lassan csökken a távolság növekedésével (as ), és még 50 A nagyságrendű távolságoknál is megnyilvánulhat.

Amikor az exciton a pigmentmolekulák rendszerén áthaladva eléri a klorofilt egy olyan molekulát, amelynek gerjesztési szintje alacsonyabb, gerjesztett állapotba viszi át,

Rizs. 43. A klorofill a molekula szingulett (S t) és triplett (71,) energiaszintjének vázlata.

Az egyenes vágások az abszorpciónak, a hullámos nyilak a fluoreszcenciának felelnek meg; a számok a hullámhosszokat nanométerben jelzik.

a felesleges energia átvitele a hőtárolóba. Egy ilyen kis energiaveszteség kizárja a gerjesztési energia fordított átvitelét a klorofill a molekulákról a pigment fénygyűjtő molekulákra.

A klorofill a molekula, miután energiát kapott a fénygyűjtő molekuláktól, fényemisszió - fluoreszcencia - formájában adja fel. Ezt a jelenséget jól tanulmányozták a fő anyag molekuláinak gerjesztési energiájánál alacsonyabb gerjesztési energiájú szennyező molekulákat tartalmazó molekuláris kristályok lumineszcenciájának vizsgálata során, és ezt szenzitizált lumineszcenciának nevezik.

Egy ideig azt hitték, hogy azok a molekulák, amelyek a fénygyűjtő molekuláktól gerjesztési energiát kapnak, a klorofill speciális molekulái. Mára megállapították (lásd a 17.2. fejezetet), hogy ezt a szerepet a kloroplasztiszokban és kromatoforokban speciális fotoszintetikus reakcióközpontok töltik be, amelyek több klorofillmolekulát tartalmaznak. Ezek a molekulák a reakciócentrumban egyfajta komplexet alkotnak, amelyek egészként hatnak saját gerjesztett állapotspektrummal. Ráadásul a legalacsonyabb energiája kisebb, mint egy egyedi klorofillmolekula energiája. Megállapítást nyert, hogy a reakciócentrumok száma a membránban jelentős számnál kisebb fénygyűjtő molekulák (1/400).

A fotoszintetikus reakcióközpontok (excitoncsapdák) a fotoszintetikus rendszerek (PS) részei, amelyekben a fotoszintézis fényreakciói mennek végbe. A fotoszintetikus rendszerek a fényenergiát érzékelő reakcióközpontokkal együtt számos más molekulát - enzimeket, fehérjéket, lipideket, lipoproteineket - tartalmaznak, amelyek részt vesznek a fotoszintetikus rendszer megszervezésében és a biovilág könnyű részének megvalósításában. kémiai reakciók. A fotoszintetikus rendszerek viszonylag mereven épülnek a tilakoid membránokba.

A fotoszintézis elsődleges folyamatainak molekuláris szinten történő tanulmányozása szempontjából különösen érdekes a pigmentrétegek szerveződésének és a fotoszintetikus rendszerek szerkezetének tanulmányozása, különösen az ezeket alkotó reakcióközpontok tanulmányozása.

kritikus szerepet zöld pigmentek vesznek részt a fotoszintézis folyamatában klorofillok. A francia tudósok P.Zh. Peletier és J. Caventou (1818) zöld anyagot izolált a levelekből, és klorofillnak nevezte el (a görög "chloros" - zöld és "phyllon" - levél szóból). Jelenleg körülbelül tíz klorofill ismert. Kémiai szerkezetükben, színükben, az élő szervezetek közötti eloszlásban különböznek egymástól. Minden magasabb rendű növény tartalmaz a és b klorofillt. A klorofill c a kovaalgokban, a klorofill d a vörös algákban található. Ezen kívül négy bakterioklorofill (a, b, c és d) ismert, amelyeket a fotoszintetikus baktériumok sejtjei tartalmaznak. A zöld baktériumok sejtjei c és d, míg a lila baktériumok sejtjei a és b bakterioklorofillokat tartalmaznak.

Alap pigmentek, amelyek nélkül nem megy végbe a fotoszintézis, vannak a klorofill a zöld növényekhez és a bakterioklorofill a baktériumokhoz. A legnagyobb orosz botanikus, M.S. munkájának köszönhetően először kaptunk pontos képet a magasabb növények zöld leveleinek pigmentjeiről. Színek (1872-1919). Új kromatográfiás módszert dolgozott ki az anyagok elválasztására és az izolált levélpigmentek tiszta formájára. Az anyagok elválasztásának kromatográfiás módszere azok eltérő adszorpciós kapacitásán alapul. Ezt a módszert széles körben alkalmazták. KISASSZONY. A szín a kivonatot a levélből egy porral - krétával vagy szacharózzal töltött üvegcsövön keresztül vezette át (kromatográfiás oszlop). A pigmentkeverék egyes komponensei az adszorpció mértékében különböztek és eltérő sebességgel mozogtak, aminek következtében az oszlop különböző zónáiban koncentrálódtak. Az oszlop külön részekre (zónákra) történő felosztásával és a megfelelő oldószerrendszer alkalmazásával lehetővé vált az egyes pigmentek elkülönítése. Kiderült, hogy a magasabb rendű növények levelei klorofill-a-t és klorofill-b-t, valamint karotinoidokat (karotint, xantofilt stb.) tartalmaznak. A klorofillok a karotinoidokhoz hasonlóan vízben oldhatatlanok, de szerves oldószerekben jól oldódnak. Az a és b klorofill színe különbözik: az a klorofill kékeszöld, míg a klorofill sárgászöld. A levélben található klorofill-a körülbelül háromszorosa a klorofill-b-nek.

Által A klorofillok kémiai szerkezete - szerves dikarbonsav észterei - klorofillin és két alkoholmaradék - fitol és metil. Az empirikus képlet a következő: C55H7205N4Mg. A klorofillin egy nitrogéntartalmú szerves fémvegyület, amely rokon a magnézium-porfirinekkel.

A klorofillban a karboxilcsoportok hidrogénét két szesz - metil-CH3OH és fitol C20H39OH - maradványai helyettesítik, ezért a klorofill komplex éter.

A b klorofill abban különbözik a klorofill a-tól, hogy kettővel kevesebb hidrogénatomot és eggyel több oxigénatomot tartalmaz (a CH3 csoport helyett a CHO csoport). Ebből a szempontból az a klorofill molekulatömege 893, a klorofill b 907. A klorofill molekula közepén egy magnéziumatom található, amelyet négy pirrolcsoport nitrogénatom köt össze. A klorofill pirrolcsoportjainak rendszere váltakozó kettős és egyszeres kötésekből áll. Ez az N klorofill kromofor csoportja, ami bizonyos sugarak elnyelését okozza nap spektrumaés a színezése. A porfirin mag átmérője 10 nm, a fitolmaradék hossza 2 nm. A klorofillmagban lévő pirrolcsoportok nitrogénatomjai közötti távolság 0,25 nm. Érdekes módon a magnézium atom átmérője 0,24 nm. Így a magnézium szinte teljesen kitölti a pirrolcsoportok nitrogénatomjai közötti teret. Ez adja a klorofill molekula magját extra erő.

A klorofill szerkezetének egyik sajátossága, hogy molekulájában négy heterocikluson kívül egy további öt szénatomos ciklusos csoport is jelen van - ciklopentanon. A ciklopentán gyűrű tartalmaz erősen reaktív ketocsoport. Bizonyíték van arra, hogy az enolizációs folyamat eredményeként vizet adnak a klorofillmolekulához e ketocsoport helyén. A klorofill molekula poláris porfirin magja rendelkezik hidrofil tulajdonságok, és a fitol vége hidrofób. A klorofillmolekulának ez a tulajdonsága határozza meg specifikus elhelyezkedését a kloroplasztiszok membránjában. A molekula porfirin része a fehérjéhez kötődik, a fitollánc pedig a lipidrétegbe merül.

A levélből kivont klorofill mindkettővel könnyen reagál savak, valamint lúgok. Nál nél kölcsönhatás lúggal a klorofill elszappanosítása következik be, aminek eredményeként két alkohol és a klorofillinsav lúgos sója képződik.

Egy ép, élő levélben a fitol leválasztható a klorofillról a klorofilláz enzim hatására. Nál nél kölcsönhatás gyenge savval a kivont klorofill veszít zöld szín, egy feofitin vegyület keletkezik, amelyben a molekula közepén lévő magnéziumatomot két hidrogénatom helyettesíti.

A klorofill egy élő ép sejtben van reverzibilis fotooxidáció és fotoredukció képessége. A pirrol atommagok nitrogénje oxidálható (elektron adományozása) vagy redukálható (elektron csatolása).

A vizsgálatok kimutatták, hogy a levélben és a levélből kivont klorofill tulajdonságai eltérőek, mivel a levélben összetett vegyület fehérjével. Ezt a következő adatok igazolják:

• A levélben lévő klorofill abszorpciós spektruma eltér a kivont klorofilltól.
• Száraz levelekből a klorofill abszolút alkohollal nem vonható ki. Az extrakció csak akkor sikeres, ha a leveleket megnedvesítik, vagy vizet adnak az alkoholhoz, ami tönkreteszi a klorofill és a fehérje közötti kapcsolatot.
• A levélből izolált klorofill a legkülönfélébb hatások (magas savasság, oxigén, sőt fény) hatására könnyen elpusztul.

Eközben a levélben a klorofill meglehetősen ellenálló a fenti tényezők mindegyikével szemben. A hemoglobint állandó arány jellemzi - 4 hemin molekula 1 fehérje molekulánként. Mindeközben a klorofill és a fehérje aránya eltérő, és a növények típusától, fejlődési fázisától, környezeti viszonyaitól függően változik (3-10 klorofill molekula 1 fehérje molekulánként). A fehérjemolekulák és a klorofill közötti kapcsolatot a fehérjemolekulák savcsoportjainak és a pirrolgyűrűk nitrogénjének kölcsönhatása során keletkező instabil komplexek végzik. Minél magasabb a dikarbonsav-aminosav-tartalom egy fehérjében, annál jobb a komplexképződésük a klorofillal (T.N. Godnev).

A klorofillmolekulák fontos tulajdonsága, hogy képesek kölcsönhatásba lépni egymással. A monomer formából az aggregált formába való átmenet két vagy több molekula egymáshoz közeli kölcsönhatásának eredményeként jött létre. A klorofill képződése során az élő sejtben természetes módon változik az állapota. Mostanra kimutatták, hogy a plasztid membránokban lévő klorofill pigment-lipoprotein komplexek formájában van, amelyek különböző fokú aggregációt mutatnak.

Miért zöld a fű, csakúgy, mint a levelek a fákon és a bokrokon? Minden a klorofillról szól. Erős kötélbe veheti a tudást, és erős ismeretséget köthet vele.

Sztori

Tegyünk egy rövid kirándulást a viszonylag közeli múltba. Joseph Bieneme Cavantou és Pierre Joseph Pelletier azok, akikkel kezet kell fogni. A tudósok megpróbálták elkülöníteni a zöld pigmentet a különböző növények leveleitől. Az erőfeszítéseket 1817-ben siker koronázta.

A pigmentet klorofillnak nevezték el. A görög chlorosból zöld és phyllon, levél. A fentiektől függetlenül a 20. század elején Mikhail Tsvet és Richard Wilstetter arra a következtetésre jutott, hogy kiderült, hogy a klorofill több összetevőt is tartalmaz.

Willstetter felgyűrte az ingujját, és nekilátott a munkának. A tisztítás és a kristályosítás két komponenst tárt fel. Egyszerűen alfa- és béta-nak (a és b) hívták őket. Ennek az anyagnak a kutatása terén végzett munkájáért 1915-ben ünnepélyesen Nobel-díjat kapott.

Hans Fischer 1940-ben javasolta a világnak a klorofill végső szerkezetét a. A szintéziskirály, Robert Burns Woodward és több amerikai tudós 1960-ban természetellenes klorofilt nyert. És így megnyílt a titok fátyla - a klorofill megjelenése.

Kémiai tulajdonságok

A kísérleti mutatók alapján meghatározott klorofill képlet így néz ki: C 55 H 72 O 5 N 4 Mg. A kialakítás szerves (klorofillin), valamint metil- és fitolalkoholokat tartalmaz. A klorofillin egy szerves fémvegyület, amely közvetlenül kapcsolódik a magnézium-porfirinekhez, és nitrogént tartalmaz.

MgN 4OH 30 C 32

A klorofill észterként szerepel, mivel a fennmaradó részek metil-alkohol A karboxilcsoportok hidrogénét CH 3 OH és fitol C 20 H 39 OH helyettesítette.

Felül helyezve szerkezeti képlet klorofill alfa. Ha figyelmesen megnézi, láthatja, hogy a béta-klorofill eggyel több oxigénatomot, de kettővel kevesebb hidrogénatomot tartalmaz (CH 3 helyett CHO csoport). Ezért az alfa-klorofill molekulatömege kisebb, mint a bétáé.

A magnézium a számunkra érdekes anyag részecskéjének közepén telepedett le. A pirrolképződmények 4 nitrogénatomjával egyesül. A pirrol kötéseknél elemi és váltakozó kettős kötések rendszere figyelhető meg.

A kromoforképződmény, amely sikeresen illeszkedik a klorofill összetételébe, a N. Lehetővé teszi a napspektrum egyes sugarainak és színének elnyelését, függetlenül attól, hogy mi ég, mint a láng, este pedig úgy néz ki, mint a parázs.

Térjünk át a méretekre. A porfirin mag átmérője 10 nm, a fitol fragmentum 2 nm hosszúnak bizonyult. A magban a klorofill 0,25 nm, a pirrol nitrogéncsoportok mikrorészecskéi között.

Szeretném megjegyezni, hogy a klorofill részét képező magnézium atom mindössze 0,24 nm átmérőjű, és szinte teljesen kitölti a pirrol nitrogéncsoportok atomjai közötti szabad teret, ami elősegíti a molekula magjának megerősödését.

Megállapítható, hogy a klorofill (a és b) egyszerű alfa és béta néven két komponensből áll.

Klorofil a

Relatív - 893,52. Kék árnyalatú fekete mikrokristályokat hoznak létre egy elkülönített maradványban. 117-120 Celsius fokos hőmérsékleten megolvadnak és folyadékká alakulnak.

Etanolban ugyanazok a kloroformok, acetonban és benzolban is könnyen oldódnak. Az eredmények kék-zöld színt kapnak, és jellegzetes tulajdonsággal rendelkeznek – gazdag vörös fluoreszcenciával. Petroléterben rosszul oldódik. Vízben egyáltalán nem oldódnak.

Alfa-klorofill képlet: C 55 H 72 O 5 N 4 Mg. Az anyag kémiai szerkezetében klórnak minősül. A gyűrűben a fitol propionsavhoz, nevezetesen annak maradékához kapcsolódik.

Egyes növényi szervezetek a klorofill a helyett ennek analógját alkotják. Itt az etilcsoportot (-CH2-CH3) a II pirrolgyűrűben vinilcsoportra (-CH \u003d CH2) cseréltük. Egy ilyen molekula az első vinilcsoportot tartalmazza az első gyűrűben, a másodikat a második gyűrűben.

Klorofil b

A béta-klorofill képlete a következő: C 55 H 70 O 6 N 4 Mg. Molekuláris tömeg Az anyag 903. A pirrolgyűrűben a C 3 szénatomnál kettő van, kevés alkoholt találunk, hidrogéntől mentes -H-C \u003d O, ami sárga. Ez a különbség a klorofill a.

Merjük megjegyezni, hogy a sejt speciális állandó részein, a további létezéséhez létfontosságú plasztidokban-kloroplasztiszokban többféle klorofill található.

C és d klorofillok

Klorofil c. Klasszikus porfirin – ettől különbözik ez a pigment.

A vörös algák klorofilt tartalmaznak d. Vannak, akik kételkednek a létezésében. Úgy gondolják, hogy ez csak a klorofill degenerációs terméke a. Jelenleg bátran kijelenthetjük, hogy a d betűs klorofill néhány fotoszintetikus prokarióta fő színezéke.

A klorofill tulajdonságai

Hosszas kutatómunka után bizonyítékok merültek fel arra vonatkozóan, hogy a növényben található és onnan kivont klorofill tulajdonságaiban eltérést észleltek. A növényekben található klorofil fehérjéhez kapcsolódik. Erről tanúskodnak a következő megfigyelések:

1. A levélben lévő klorofill abszorpciós spektruma más, mint a kivont levélben.
2. Irreális a leírás tárgyát tiszta alkohollal szárított növényekből megszerezni. A kivonás biztonságosan megy végbe jól megnedvesített levelekkel, vagy vizet kell hozzáadni az alkoholhoz. Ő az, aki lebontja a klorofillhoz kapcsolódó fehérjét.
3. A növények leveleiből kivont anyagot az oxigén gyorsan elpusztítja, tömény sav, fénysugarak.

De a növényekben lévő klorofill ellenáll a fentieknek.

Kloroplasztok

A növényekben a klorofill 1% szárazanyagot tartalmaz. Megtalálható speciális sejtszervecskékben - plasztidokban, ami egyenetlen eloszlását mutatja a növényben. A zöld színű és klorofillt tartalmazó sejtplasztidokat kloroplasztiszoknak nevezzük.

A H 2 O mennyisége a kloroplasztiszokban 58-75% között mozog, a szárazanyag-tartalom fehérjékből, lipidekből, klorofillból és karotinoidokból áll.

A klorofill funkciói

A tudósok elképesztő hasonlóságot fedeztek fel a klorofill és a hemoglobin molekulák, az emberi vér fő légzőszervi komponensének szerkezetében. A különbség abban rejlik, hogy a magnézium a középső, fogó alakú csomópontban található a növényi eredetű pigmentben, a vas a hemoglobinban.

A fotoszintézis során a bolygó növényzete felszívja a szén-dioxidot és oxigént bocsát ki. Itt van még egy csodálatos tulajdonság klorofill. Tevékenységét tekintve összehasonlítható a hemoglobinnal, de az emberi szervezetre gyakorolt ​​hatás mértéke valamivel nagyobb.

A klorofill egy növényi pigment, amely fényérzékeny és zöld bevonatú. Ezután következik a fotoszintézis, melynek során mikrorészecskéi a nap növényi sejtek által elnyelt energiáját kémiai energiává alakítják.

A következő következtetésekre juthat, hogy a fotoszintézis a nap energiájának átalakításának folyamata. Ha bízunk a modern információkban, észrevették, hogy a szén-dioxid-gázból és vízből a fényenergia felhasználásával létrejövő szerves anyagok szintézise három szakaszra bomlik.

1. szakasz

Ez a fázis a víz fotokémiai bomlásának folyamatában fejeződik be, klorofill segítségével. Molekuláris oxigén szabadul fel.

2. szakasz

Itt számos redox reakció figyelhető meg. A citokrómok és más elektronhordozók aktív segítségét veszik igénybe. A reakció az elektronok által a vízből a NADPH-ba átvitt fényenergia miatt következik be, és ATP-t képez. Itt tárolódik a fényenergia.

3. szakasz

A már kialakult NADPH és ATP konvertálásra szolgál szén-dioxid szénhidráttá. Az elnyelt fényenergia az 1. és 2. szakasz reakcióiban vesz részt. Az utolsó, harmadik reakciók a fény részvétele nélkül következnek be, és sötétnek nevezik.

A fotoszintézis az egyetlen biológiai folyamat, amely a szabadenergia növekedésével megy végbe. Közvetlenül vagy közvetve elérhető vegyipari vállalat kétlábú, szárnyas, szárnyatlan, négylábú és egyéb élőlényeket biztosít a Földön.

Hemoglobin és klorofill

A hemoglobin és a klorofill molekulák összetett, de ugyanakkor hasonló atomszerkezettel rendelkeznek. Szerkezetükben gyakori a profin - kis gyűrűk gyűrűje. A különbség a profinhoz kötődő folyamatokban és a benne elhelyezkedő atomokban látható: a vasatom (Fe) a hemoglobinban, a klorofill-magnéziumban (Mg).

A klorofill és a hemoglobin szerkezete hasonló, de eltérő fehérjeszerkezetet alkotnak. A magnéziumatom körül klorofill, a vas körül hemoglobin képződik. Ha veszünk egy folyékony klorofill molekulát, és leválasztjuk a fitol farkát (20 szénatomos lánc), a magnéziumatomot vasra cseréljük, akkor a pigment zöld színe pirosra vált. Az eredmény egy kész hemoglobin molekula.

A klorofill könnyen és gyorsan asszimilálható, köszönhetően ennek a hasonlóságnak. Jól támogatja a szervezetet oxigén éhezés esetén. Telíti a vért a szükséges nyomelemekkel, innen jobban szállítja a sejtekbe az élethez legfontosabb anyagokat. A természetes anyagcsere során keletkező salakanyagok, méreganyagok, salakanyagok időben történő felszabadulása történik. Hatással van a szunnyadó leukocitákra, felébreszti őket.

A leírt hős félelem és szemrehányás nélkül védi, erősíti a sejthártyát, segíti a kötőszövetek helyreállítását. A klorofill előnyei közé tartozik a fekélyek, különféle sebek és eróziók gyors gyógyulása. Javítja az immunrendszer működését, kiemelte a DNS-molekulák patológiás rendellenességeinek megállításának képességét.

Pozitív tendencia a fertőző betegségek és a megfázás kezelésében. Ez nem a szóban forgó anyag jó cselekedeteinek teljes listája.

Tartós érintkezés vassal nedvesség jelenlétében. A keletkező gáz, az úgynevezett „flogisztizált salétromlevegő”, már nem változtatta meg a színét, ha közönséges levegővel keveredik (ellentétben az eredeti „nitrátlevegővel”), és a benne égett gyertya ugyanolyan fényesen égett, mint a közönséges „flogisztizált levegőben”, és hozzájárul a szilánk elégetéséhez. a „flogisztizált salétromlevegő” közönséges „flogisztizált levegővé” való átalakulásához. 1) Adja meg a J. Priestley által leírt hat levegőtípus képleteit és mai nevét! 2) Adjon meg mindegyikre egy reakcióegyenletet! 54. A műtrágyaként használt norvég salétrom 11,86% nitrogént tartalmaz. 1) Állítsa be a képletet. 2) Miért hívják ezt a salétromot Norvégiának, mert Norvégiában (Chilével ellentétben) nincsenek salétromlelőhelyek? 3) Mi köze van Voltának és Birkelandnek a norvég salétromhoz? 55. A 19. század második felében az orosz kémikus N.N. Beketov módszert javasolt a fémes rubídium előállítására. Ehhez egy hűtőcsővel és vevővel felszerelt vashengerben rubídium-hidroxid és porított alumínium keverékét hevítette. N.N. jegyzeteiből. Beketova: "A rubídiumot fokozatosan hajtják, higanyként folyik le, és megőrzi fémes fényét, mivel a lövedék a művelet során hidrogénnel van megtöltve." 1) Írja fel az N.N. reakció egyenletét! Beketov. 2) Az Ön számára ismert fémek feszültségsorozatában a rubídium az alumíniumtól jóval balra helyezkedik el. Mivel magyarázható ez a reakció? 3) Alkalmazható ez az eljárás lítium fém előállítására? 56. A jódot Bernard Courtois francia kémikus fedezte fel 1811-ben. Azt mondják, hogy egy nap a laboratóriumban a macska, aki mindig csendben ült Courtois vállán, hirtelen felugrott az asztalra, ahol a reagenseket tartalmazó lombik álltak. Lezuhantak, és lila "füst" - jódgőz - felhők emelkedtek a levegőbe. Az algákból nyert nátrium-jodid kénsavval kölcsönhatásba lépve I2 jódot ad; Ugyanakkor "kéntartalmú gáz" képződik - kén-dioxid SO2. Számítsa ki a 15 g NaI és a kénsavfelesleg kölcsönhatása következtében felszabaduló gázok teljes térfogatát (N.C.-on), valamint a keletkező gázelegy relatív sűrűségét (levegőben) D, ha a az α reagens konverziója 90%. 22 Példák a 10. évfolyam elméleti körének feladataira. 1. feladat. A mérlegen 0,1 g alumínium fémet tartalmazó kémiapoharakat egyensúlyozunk. Hogyan változik meg a mérleg egyensúlya, ha egy pohárba 5%-os oldatot öntünk sósavból 10 g tömegű, a másikban - 10 g tömegű 5%-os nátrium-hidroxid oldat Megoldás: A fémes alumínium sósavval és nátrium-hidroxiddal a következő egyenletek szerint reagál: 2Al + 6 HCl → 2 AlCl3 + 3 H2 2Al + 2 NaOH + 6 H2O → 2 Na + 3 H2 Ugyanazon tömegű elreagált alumínium mellett mindkét esetben azonos mennyiségű hidrogén szabadul fel. Ezért, ha az alumínium teljesen feloldódik, akkor a mérleg egyensúlya nem változik. Az alumínium tökéletlen feloldódása esetén a mérleg serpenyője nagyobb lesz, mint ahol az alumínium kisebb hányada reagál. A 10 g tömegű 5%-os oldatok 0,5 g (10⋅0,05) sósavat és nátrium-hidroxidot tartalmaznak. M(Al)=27g/mol M(HCl)=36,5g/mol M(NaOH)=40g/mol 2 g HCl tömegű (36,5⋅ 6) g reakcióba lép 0,1 g tömegű Al reagál xg x=0,406 tömegű sósavval g HCl Al tömege 27⋅ 2 g NaOH-val reagálva (40⋅ 2) g 0,1 g tömegű Al y g y = 0,148 NaOH tömegű NaOH-val reagál. Mindkét anyagot HCl és NaOH feleslegben veszik fel, ezért alumínium mindkét pohárban teljesen feloldódik és a súlyok egyensúlya nem sérül meg. 2. feladat Számítsa ki bután C4H10 gázelegy relatív nitrogénsűrűségét, ha ebben az elegyben három szénatomonként egy oxigénatom van! Megoldás: Egy keverék átlagos moláris tömegének meghatározására szolgáló képlet ) = 44 g/mol M(N2) = 28 g/mol 23 Írjuk fel a szénatomok számát, feltételezve, hogy a keverék egy mól oxigénatomot tartalmaz: tekintettel arra, hogy a szén-dioxid egy mól oxigénatomot tartalmaz: ν(CO2) = ν (O) / 2 = 1 mol / 2 = 0,5 mol butánban: 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 (átl.) = = 51,78 g / mol (0,625 + 0,5) mol.) = 51.78. / 28 = 1,85 3. feladat. A klorofill fontos pigment, amely meghatározza a növényi levelek zöld színét. 89,2 mg klorofill oxigénfeleslegben történő elégetésekor csak a következő négy anyag keletkezik: 242 mg gáz, amelyet általában italokhoz szénsavasítanak; 64,8 mg folyadék, amely ezen italok alapját képezi; 5,6 mg gáz, ami a legtöbb a föld légköre és 4,00 mg fehér por, amely egy könnyű, széles körben használt fém oxidja, amely a földkéreg körülbelül 2,3%-át teszi ki. 1) Milyen anyagokról beszélünk? 2) Számítsa ki a klorofill képletét, feltéve, hogy molekulája csak egy fématomot tartalmaz! 3) Írja fel a klorofill égési reakciójának egyenletét! 4) Tartalmaz klórt a klorofill? Honnan származik a "klorofill" név? 5) Mondjon példát olyan természetes anyagra, amely hasonló szerkezetű szerkezet töredékét tartalmazza! Megoldás: 1. Az italok szén-dioxiddal szénsavasak, maguk az italok többnyire víz, a föld légkörében a leggyakoribb gáz a nitrogén, a por pedig a magnézium-oxid. 2. Számítsa ki az elemek arányát a molekulában: 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 A C:H:N:O:Mg arány = 5,5:7,2:0,4:0,5:0,1 = 55:72:4:5:1, innen a klorofill képlete: C55H72N4O5Mg 3. C55H72N4O5Mg + 71 CO2 + 5502 36 H2O + 2 N2 + MgO 4. A görög "chloros" szó jelentése "zöld". Innen származik a klór és a klorofill neve is. 5. A leghíresebbek a vérfesték hem (hemoglobin), valamint a hem és a klorofill származékai. 4. feladat. Az Összszövetségi és Össz-Oroszországi Kémiai Olimpia iskolásoknak megalapítója, a Moszkvai Állami Egyetem professzora, Alfred Feliksovich Plate elmondta, hogy a Nagy Honvédő Háború idején azt az utasítást kapta, hogy sürgősen vizsgálja meg egy kétliteres hígítógép tartalmát. falú fémampulla, amely egy lezuhant ellenséges vadászgép pilótafülkében volt. Az elemzés eredményei szerint ez a folyadék 22 tömeg% szenet, 4,6 tömeg% hidrogént és 73,4 tömeg% brómot tartalmazott. Az elemzés eredményei értetlenségbe sodorták a mérnököket és a katonai szakértőket. Fejtsd ki gondolataidat arról, hogy milyen célból rögzítették ezt a vékony falú, szokatlan tartalmú ampullát a pilótakabinban. Megoldás: A vizsgált folyadékban lévő elemek atomjainak aránya: C: H: Br \u003d (22/12) : 4,6: (73,4/80) \u003d 1,83: 4,6: 0,92 \u003d 2: 5 : 1 A vizsgált folyadék képlete C2H5Br. Természetesen ennek az anyagnak a jelentős mennyiségének és ráadásul szokatlan csomagolásban való felfedezése megdöbbenést váltott ki, mígnem az egyik kísérleti kémikusnak egy nagyon egyszerű ötlete támadt: az etil-bromid +38 °C-on felforr, és behelyezik. a pilótakabin, mint potenciális tűzoltóanyag. ! Tűz esetén az ampulla szétreped, és a levegőnél csaknem 4-szer nehezebb etil-bromid gőz egy ideig elszigeteli a tüzet, megállítva a tűz terjedését. 5. feladat Tekintsük a transzformációk láncát: 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 Az A - I anyagok megfejtése, ha ismert, hogy az A anyag keserű ízt ad a tengervíznek, a B, C és E egyszerű anyagok, az 1. és 4. reakció magas hőmérsékleten megy végbe. , az 1. reakció hatása alá kerül elektromos áram A 2. reakciót dietil-éterben hajtjuk végre. 1) Írja fel az 1-6 reakcióegyenleteket. 2) Mi lehet a G anyag, és nevezze meg! 25 Megoldás: A tengervíz keserű íze magnéziumvegyületekből származik. Mivel az A anyag olvadékának elektrolízise során két egyszerű anyag képződik, nyilvánvaló, hogy ez magnézium-halogenid, nevezetesen annak kloridja, amint az a 4. reakcióból következik. A klór-etánnal való kölcsönhatás során addíciós reakció megy végbe. Mert a halogének telített szénhidrogének szubsztitúciós reakciókba léphet, akkor B a magnézium. Mivel a reakcióban csak egy anyag képződik, ezért a D anyag magnézium addíció terméke, magnézium-szerves anyag, Grignard-reagens. 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 = MgCl2C8 + MgCl2 l2 + Mg = C4H8 + MgCl2 Mg + 2 N2O4 = Mg(NO3)2 + 2 NO A C4H8Cl2 molekulában a klóratomok kölcsönös elrendeződésétől függően különböző termékek nyerhetők. Ha a klóratomok ugyanazon a szénatomon helyezkednek el, észrevehető mennyiségben oktén képződhet. Ha a klóratomok két szomszédos szénatomon helyezkednek el, akkor telítetlen szénhidrogéneket kapunk: CH2=CH-CH2-CH3 (butén-1) vagy CH3-CH=CH-CH3 (butén-2). Ha a klóratomok két szénatomnyi távolságra vannak egymástól, kis mennyiségben gyűrűs szénhidrogének (ciklobután) képződhetnek. Feladatok a független megoldás 1. 130 ml nitrogén, hidrogén és metán elegyhez 200 ml oxigént adunk, és az elegyet lángra gyújtjuk. Az égés és a vízgőz lecsapódása után az össztérfogat azonos körülmények között 144 ml volt, majd az égéstermékek feleslegben lévő lúgos oldaton való átvezetése után a térfogat 72 ml-rel csökkent. Határozza meg a nitrogén, hidrogén és metán kezdeti térfogatát! 2. Határozza meg a szerkezetét és nevezze meg a C9H8 összetételű benzolsorozat vegyületét, ha ismert, hogy elszínteleníti a brómos vizet, belép a Kucserov-reakcióba, reagál nátrium-amiddal! A kálium-permanganáttal végzett oxidáció benzoesavat eredményez. 3. Természetesen ismeri a homológ sorozat tagjainak általános képleteit - metán, etén, etin. Próbálja meg levezetni az általános képletet bármely 26 homológ sorozat tagjaira (nem feltétlenül szénhidrogénekre), ha a sorozat első tagjának képlete ismert. 4. Néhány gáz halmazállapotú szénhidrogén klórban való elégetésekor a klór térfogatának háromszorosa fogy el. És amikor ugyanazt a szénhidrogént oxigénben égetik el, az oxidálószer tömegfogyasztása 1,48-szorosára csökken. Mi az a szénhidrogén? 5. A metán és a hidrogén égéshője 890, illetve 284 kJ/mol. 6,72 liter hidrogén-metán keverék (n.o.) elégetésekor 148 kJ szabadult fel. Mekkora mennyiségű oxigént használtak el? 6. A két geometriai izomer formájában létező alacsony forráspontú szénhidrogén gőzsűrűsége 2,93 g/l 1215,6 GPa nyomáson és 67 °C hőmérsékleten. Határozza meg szerkezetét, és adja meg az összes szerkezeti képletét. az aciklikus szénhidrogének izomerje. 7. Egy összetett kémiai reakció eredményeként bróm-benzol C6H5Br és jódbenzol C6H5I keveréke keletkezik. A reakciómechanizmus tanulmányozásához a vegyésznek pontosan tudnia kell mindkét vegyület százalékos arányát a kapott keverékben. A keveréket elemanalízisnek vetjük alá. Azonban az elemanalízis Br és I esetében külön-külön nem mindig lehetséges. Határozza meg a C6H5Br és C6H5I százalékos arányát a keverékben, ha ismert, hogy az 1% szenet tartalmaz, és (Br és I) összege 1%. 8. Az etil-alkohol gőzeit hevített alumínium-oxidon bontottuk el. A keletkező gázt 250 ml 0,4 M brómoldaton engedjük át, amíg a bróm színe teljesen eltűnik. Mekkora térfogatú gáz (n.o.s.) reagált brómos vízzel? Mennyi termék készült belőle? 9. Az észterek elszappanosodását a lúgok felgyorsítják. Egyes éterek hidrolíziséhez 6%-os nátrium-hidroxid-oldatot (sűrűsége 1,0 g/cm3) általában 150 ml lúgos oldatot veszünk 1 g éterre számítva. Mennyi 40%-ot (sűrűség 1,4 g/cm3) kell venni 6 g éter hidrolizálásához? 10. A vegyület hidrogént tartalmaz, tömeghányad - 6,33; szén, tömeghányad - 15,19; oxigén, tömeghányad - 60,76, és még egy elem, amelynek atomjainak száma a molekulában megegyezik a szénatomok számával. Határozza meg, hogy milyen vegyületről van szó, milyen osztályba tartozik, és hogyan viselkedik hevítéskor. 11. A szerkezetelmélet alapján megjósolta és A.M. Butlerov A szénhidrogént alumínium-króm dehidrogénező katalizátoron vezette át 450 °C-on, és két éghető gázt kaptunk: az illékonyabb B-t és a kevésbé illékony C-t. A C gázt 64%-os vizes kénsavoldaton vezettük át. Markovnikov szabályának engedelmeskedve a B anyag savkatalizált dimerizációja megy végbe. A reakció eredményeként két D és D izomer folyékony termék keveréke képződik, amelyek relatív molekulatömege megközelítőleg kétszerese a kezdeti A molekulatömegnek. A D és D terméket a savas oldatból való elválasztás és szárítás után kezeljük. éghető B gázzal váz-nikkel katalizátor jelenlétében. G-ből és D-ből ugyanaz az E anyag keletkezett, amelyet 100-as oktánszámú gépjármű-üzemanyag standardjaként használnak. Nevezze meg az A, B, C, D, D és E anyagokat. Írja fel a reakciók sémáját amelyek végbemennek. 12. Bizonyos mennyiségű CnH2n-2 szénhidrogén-összetétel klór feleslegével 21,0 g tetrakloridot ad. Ugyanennyi szénhidrogén feleslegben brómmal 38,8 g tetrabromidot kapunk. Vezesse le ennek a szénhidrogénnek a molekulaképletét, és írja le lehetséges szerkezeti képleteit! 13. Kalcium- és alumínium-karbidok keverékének teljes hidrolízisével gázelegy keletkezik, amely 1,6-szor könnyebb, mint az oxigén. Határozza meg a karbidok tömeghányadát a kezdeti keverékben. 14. Acetilén 672 ml térfogatú hidrogénezése (N.O.) etán és etilén elegyét eredményezi, amely elszínteleníti a bróm 40 g tömegű szén-tetrakloridos oldatát, amelyben a bróm tömeghányada 4%. Határozza meg a keverékben lévő etán és etilén mennyiségét és móltörtjeit! 15. Sorba kapcsolt, inert elektródákkal ellátott elektrolizátorokon keresztül, amelyek tartalmazzák: az első bárium-klorid oldatot, a második kálium-szulfit oldatot azonos mennyiségű anyaggal, elektromos áramot vezetnek át. Az elektrolízist leállítottuk, amikor az oldat mintáját az első elektrolizátorból a felesleggel végzett savanyítás után vettük salétromsav Ezüst-nitrát oldattal megszűnt a kiválás, és ennek az elektrolizátornak az anódján 1,12 liter gáz szabadult fel. Az elektrolízis eredményeként kapott oldatokat összekevertük. Határozzuk meg a csapadék összetételét és tömegét. 16. 1 mol metán elégetésekor 802 kJ hő szabadul fel. Mekkora térfogatú metánt kell elégetni (N.C.-on), hogy egy 100 g tömegű rézdarabot 20°C-ról 50°C-ra melegítsünk? A réz fajlagos hőkapacitása 0,38 kJ/kg oC. 17. Az A folyadék NaOH jelenlétében fenollal reagál az A + 2 C6H5OH séma szerint, és B aromás anyagot képez (forráspontja alacsonyabb, mint a fenolé), amely FeCl3-mal nem ad színt; nátrium-szulfát is képződik. Nátrium-szulfát és metanol is keletkezik, ha A-t vizes NaOH-oldattal hevítik. A probléma adott feltételei alapján állapítsa meg az A anyag szerkezetét; igazolja a választ. 18. Néhány aldehid B az aldehid A mellett található az aldehidek homológ sorozatában. 19 g B aldehidet adunk 100 g vizes A aldehid oldathoz, amelynek tömeghányada 23%. AgNO3 ammóniaoldatának 2 g aldehidoldathoz való hozzáadása 4,35 g ezüst felszabadulását okozza. 19. Az acetilén és a propén teljes égése során keletkező, 1,12 l (n.o.) gázokat 0,3 l térfogatú kálium-hidroxid oldaton vezetjük át, amelynek moláris koncentrációja 0,5 mol/l. A kapott oldat további 0,448 liter szén-dioxidot képes felvenni. Határozza meg a kezdeti keverék összetételét térfogatszázalékban. 20. Bizonyos kémiai reakciók laboratóriumi végrehajtásához "abszolút alkohol" szükséges, amely gyakorlatilag nem tartalmaz vizet. 28 Hogyan készíthető közönséges alkoholból - rektifikált, körülbelül 4% nedvességtartalommal? 21. 30 ml propán-bután keveréket eudiométerben összekeverünk 200 ml oxigénnel és felrobbantjuk. A robbanás előtt a reakcióelegy hőmérséklete 127 °C és normál nyomású volt. Miután a feltételeket a kezdeti állapotra hoztuk, az eudiométerben a gázok térfogata 270 ml volt. Mennyi a propán-bután keverék összetétele térfogatszázalékban? 22. Inert gáz atmoszférában kalcinált 17,5 g ismeretlen fém-nitrát. Az illékony termékeket összegyűjtjük és lehűtjük. Ebből 13,5 g 70%-os salétromsav-oldat képződik. Állítsa be a nitrát képletét. 23. Metán és oxigén keverékét felrobbantották. A kezdeti (szoba) körülményekre való redukció után kiderült, hogy a sűrűség másfélszeresére nőtt (a kezdeti keverék sűrűségéhez képest). Ha a termékeket feleslegben lévő Ca(OH)2-oldaton vezetjük át, 13 ml fel nem abszorbeált gázt kapunk. Számítsa ki: a) a keverékek összetételét a robbanás előtt és után (térfogatban); b) a kiindulási keverék térfogata. Adjon reakcióegyenleteket! 24. Oxigénfeleslegben 1,00 g ismeretlen anyag jégecetben készült 10%-os oldatát égettük el, és 672 ml oxigént fogyasztottak el (n.o.). Ebben az esetben csak víz (0,569 ml) és szén-dioxid (708 ml n.o.) keletkezett. Milyen oldatot égettek el? A javasolt anyagok közül melyikkel tud reagálni: KOH, HI, CH3 - CH = CH - CH3? Írj reakcióegyenleteket! 25. 4,36 g hangya-, ecet- és oxálsav keverék semlegesítéséhez 45 cm3 2 n lúgoldatot használunk. Ugyanennek a mintának a teljes oxidációjával 2464 cm3 szén-dioxid (n.c.) keletkezik. Mi a savak mólaránya? 26. A 25-nél kisebb relatív hidrogénsűrűségű szénhidrogének elégetésekor keletkező szén-dioxid térfogata a reagált szénhidrogén és oxigén térfogatának 4/7-e. Mi a szénhidrogén képlete? 27. Klórgázt vezettünk át 75 g tömegű, forró 10%-os hangyasav oldaton, amíg az oldatban lévő két sav tömegaránya egyenlővé nem vált. Határozza meg a képződött savak tömegét! 28. A XVI. Andreas Libavius ​​német kémikus egy ezüstös folyadék HgCl2-porral való melegítésével, majd a felszabaduló gőzök kondenzációjával nehéz (ρ = 2,23 g/cm3) átlátszó folyadékot kapott, amelyet "higany-klorid-alkoholnak" nevezett. A "higany-kloridon" lévő hidrogén-szulfid hatására aranysárga lemezek képződnek, amelyeket "aranylevélnek" neveznek, és 1 térfogatnyi "higany-klorid" 383 térfogat hidrogén-szulfiddal reagálhat (n.o.). Ha azonban a „szublimált alkohollal” kell cselekedni, 29 vizesoldat ammónia, amfoter tulajdonságokkal rendelkező hidroxovegyület fehér csapadéka képződik. 1) Mi a Libavius ​​által használt eredeti ezüstös folyadék, a "higany-klorid" és az "aranylevél"? 2) A "szublimált alkohol" a poláris oldószereknek tulajdonítható? Miért? 3) Írja fel a feltételben említett összes kémiai reakció egyenletét! 29. Az 1860-as Nemzetközi Vegyészkongresszuson a következő meghatározást fogadták el: "A molekula a reakcióban részt vevő legkisebb anyagmennyiség." Jelenleg lehetséges a molekuláris nátrium-klorid előállítása - szilárd argonban körülbelül 10 K (-263 °C) hőmérsékleten izolált egyedi molekulák formájában. 1) Hogyan térhet el a molekuláris és a kristályos nátrium-klorid kémiai aktivitása az oldószerek részvétele nélküli reakciókban (azonos körülmények között)? 2) Milyen okai lehetnek ennek a különbségnek? 30. H.A. Armstrong, az Encyclopedia Britannica kilencedik kiadásában (1878) megjelent "Kémia" című cikk szerzője azt írta, hogy Mengyelejev 240-es értéket javasolt az urán atomtömegére a Berzelius által megállapított régi 120-as érték helyett. Ugyanakkor Armstrong a harmadik értéket részesítette előnyben, ami 180. Mint ismeretes, Mengyelejevnek igaza volt. Az uránszurok valódi képlete az U3O8. Milyen képletet írhatna Berzelius és Armstrong erre az ásványra? 31. A.E. Favorsky 1887-ben a következő vizsgálatokat végezte: a) a 2,2-diklór-bután és a porított KOH kölcsönhatása C4H6 összetételű szénhidrogén képződését eredményezte, amely ezüst-oxid ammóniaoldatával kezelve ezüstszármazékot eredményezett; b) 2,2-diklór-bután alkoholos lúgoldattal történő kezelésénél azonos összetételű szénhidrogén képződik, amely azonban nem reagált ezüst-oxid ammóniás oldatával. Adjon magyarázatot ezekre a jelenségekre! 32. Először Világháború. Tovább Nyugati front Belgiumban az Ypres folyó mentén a német hadsereg minden támadását visszaverte az angol-francia csapatok jól szervezett védelme. 1915. április 22-én 17:00 órakor a német állások oldaláról a Biksshute és Langemark pontok között fehéres-zöld ködcsík jelent meg a föld felszíne felett, amely 5-8 perc múlva ezerrel haladt előre. méter és zajtalan óriáshullámmal borította be a francia csapatok állásait. A gáztámadás következtében 15 ezren mérgeztek meg, ebből több mint 5 ezren haltak meg a harctéren, a túlélők fele pedig rokkanttá vált. Ez a támadás, amely egy új típusú fegyver hatékonyságát mutatta be, „egy esős nap Ypres-ben” néven vonult be a történelembe, és a vegyi hadviselés kezdetének tekintik. 1) Írja fel a gáztámadás során használt anyag szerkezeti (grafikus) képletét! Ha valamelyik atomnak magányos elektronpárja van, jelölje meg. 30 2) Adja meg a leírt anyag nevét a szisztematikus nómenklatúra szerint! Adj neki más nevet (triviális stb.). 3) Írja fel annak a reakciónak az egyenleteit, amellyel eddig az anyag fő mennyisége keletkezett! Határozza meg a szintézis technológiai folyamatának végrehajtásának feltételeit. 4) Készítsen egyenleteket ennek az anyagnak a vízzel való kölcsönhatásának reakcióira nátrium-hidroxid vizes oldatával! 5) Javasoljon két terepen elérhető módszert ennek az anyagnak a gáztalanítására, figyelembe véve, hogy a nyílt láng készítése nem fejthet ki védőhatást. 33. 110-112 sorozatszámú elemeket fedeztek fel 1994-1996-ban a darmstadti (Németország) nehézion-gyorsítóban egy, három és egy atom mennyiségben. Ólom és bizmut céltárgyak ionokkal történő bombázása során az alábbi reakciók eredményeként új elemek keletkeztek: 34. ??? + 208Pb → 269110Uun + n, 35. ??? + 209Bi → 272111Uuu + n, 36. ??? + 208Pb → 277112Uub + n. Smink teljes egyenletek nukleáris reakciókat úgy, hogy a kérdőjeleket a kémiai elemek megfelelő számaival vagy szimbólumaival helyettesítik. Magyarázza el, mit jelentenek az új elemek hárombetűs szimbólumai! 34. In szerves kémia sok reakciót az őket felfedező tudósokról neveztek el. Írja fel az alábbi reakciók egyenleteit, és adja meg végrehajtásuk feltételeit (egyenként! konkrét példa minden reakció esetében): 1) a kinin szerinti kinyerés; 2) hidratálás Kucserov szerint; 3) oxidáció Prilezhaev szerint; 4) nitrálás Konovalov szerint; 5) Bayer-Wagner-Villiger oxidáció; 6) halogénezés Gell-Volhard-Zelinsky szerint. Példák az elméleti forduló feladataira 11. évfolyamon 1. feladat: Ha egy bizonyos mennyiségű fém kölcsönhatásba lép 214,91 ml térfogatú 20%-os kénsavoldattal (ρ = 1,14 g/ml), akkor egy 22,53%-os kénsavoldat szulfát keletkezett. A fémet és a kénsavat sztöchiometrikus arányban vettük. Ugyanennyi fém teljesen kölcsönhatásba lép a 80 g tömegű nátrium-hidroxid oldattal.Számítsuk ki az anyag tömeghányadát ebben az esetben! Határozza meg, melyik fémet veszi. Megoldás: Határozza meg az oldat tömegét és a benne lévő kénsav tartalmát: m (oldat) \u003d V⋅ρ \u003d 214,91 ml 1,14 g / ml \u003d 245 g, m (H2SO4) \u003d m (oldat) ⋅ W (H2SO4) \u003d 245 g ⋅ 0,2 \u003d 49 g. Határozza meg a kénsav kémiai mennyiségét: N (H2SO4) \u003d m / M \u003d 49 g / 98 g / mol \u003d Ez a savmennyiség 0,5 mol hidrogén tömege 1 g (49 2:98). Legyen a fém tömege x g. Ekkor a végső oldat tömege: 31

Előadás terv:

4. A klorofill bioszintézise

6. Karotinoidok

7. Phikobilinek

1. Fotoszintézis pigmentek. klorofillok

Ahhoz, hogy a fény hatást gyakoroljon a növényi szervezetre, és különösen a fotoszintézis folyamatában felhasználható legyen, a fotoreceptor pigmenteknek el kell nyelniük. Pigmentek színes anyagok. A pigmentek egy bizonyos hullámhosszú fényt nyelnek el. A napspektrum nem elnyelt részei visszaverődnek, ami meghatározza a pigmentek színét. Így a zöld pigment klorofill elnyeli a vörös és kék sugarakat, míg a zöld sugarak főként visszaverődnek. Látható rész A napspektrum 400 és 700 nm közötti hullámhosszakat foglal magában. A teljes látható spektrumot elnyelő anyagok feketének tűnnek.

A pigmentek összetétele az organizmusok egy csoportjának szisztematikus helyzetétől függ. A fotoszintetikus baktériumokban és algákban a pigment összetétel igen változatos (klorofillok, bakterioklorofillok, bakteriorodopszin, karotinoidok, fikobilinek). Elhelyezkedésük és arányuk különböző csoportokra jellemző, és nagymértékben függ az élőlények élőhelyétől. A magasabb rendű növények fotoszintézis pigmentjei sokkal kevésbé változatosak. A plasztidokban koncentrálódó pigmentek három csoportra oszthatók: klorofillok, karotinoidok, fikobilinek.

A fotoszintézis folyamatában a legfontosabb szerepet a zöld pigmentek - klorofillok - játsszák. A francia tudósok P.Zh. Peletier és J. Caventou (1818) zöld anyagot izolált a levelekből, és klorofillnak nevezte el (a görög "chloros" - zöld és "phyllon" - levél szóból). Jelenleg körülbelül tíz klorofill ismert. Kémiai szerkezetükben, színükben, az élő szervezetek közötti eloszlásban különböznek egymástól. Minden magasabb rendű növény tartalmaz klorofillt AÉs b. Klorofill Val vel kovaalgában, klorofillban található d- vörös algákban. Ezen kívül négy bakterioklorofill ismert (a, b, cÉs d) fotoszintetikus baktériumok sejtjeiben találhatók. A zöld baktériumok bakterioklorofillokat tartalmaznak Val velÉs d, a lila baktériumok sejtjeiben - bakterioklorofillok AÉs b. A fő pigmentek, amelyek nélkül a fotoszintézis nem megy végbe, a zöld növények esetében a klorofillok, a baktériumok esetében pedig a bakterioklorofillok.

A legnagyobb orosz botanikus, M.S. munkájának köszönhetően először kaptunk pontos képet a magasabb növények zöld leveleinek pigmentjeiről. Színek (1872-1919). Kidolgozott egy kromatográfiás módszert az anyagok és az izolált levélpigmentek tiszta formában történő elválasztására. Az anyagok elválasztásának kromatográfiás módszere azok eltérő adszorpciós kapacitásán alapul. Ezt a módszert széles körben alkalmazták. KISASSZONY. A szín a kivonatot a levélből egy porral - krétával vagy szacharózzal töltött üvegcsövön keresztül vezette át (kromatográfiás oszlop). A pigmentkeverék egyes komponensei az adszorpció mértékében különböztek és eltérő sebességgel mozogtak, aminek következtében az oszlop különböző zónáiban koncentrálódtak. Az oszlop külön részekre (zónákra) történő felosztásával és a megfelelő oldószerrendszer alkalmazásával lehetővé vált az egyes pigmentek elkülönítése. Kiderült, hogy a magasabb rendű növények levelei klorofillt tartalmaznak Aés klorofill b, valamint karotinoidok (karotin, xantofil stb.). A klorofillok a karotinoidokhoz hasonlóan vízben oldhatatlanok, de szerves oldószerekben jól oldódnak. klorofillok AÉs b színben különböznek: klorofill A kék-zöld árnyalatú, és klorofill van b- sárga zöld. Klorofil tartalom A körülbelül háromszor több klorofilt egy levélben b.

2. Kémiai tulajdonságok klorofill

A kémiai szerkezet szerint a klorofillok egy szerves dikarbonsav - klorofillin és két fitol- és metil-alkohol-maradék észterei. Az empirikus képlet: C 55 H 72 O 5 N 4 Mg. A klorofillin egy nitrogéntartalmú szerves fémvegyület, amely rokon a magnézium-porfirinekkel.

A klorofillben a karboxilcsoportok hidrogénét két alkohol - a metil-CH 3 OH és a fitol C 20 H 39 OH - maradékai helyettesítik, ezért a klorofill észter. Tovább 1. ábra, A adott a klorofill szerkezeti képlete A.

Klorofill b abban különbözik, hogy kettővel kevesebb hidrogénatomot és eggyel több oxigénatomot tartalmaz (a CH 3 csoport helyett a CHO csoport (1. ábra, B) . Ennek eredményeként a klorofill molekulatömege A - 893 és klorofill b- 907. 1960-ban R.B. Woodward elvégezte a klorofill teljes szintézisét.

A klorofillmolekula közepén egy magnéziumatom található, amely a pirrolcsoportok négy nitrogénatomjához kapcsolódik. A klorofill pirrolcsoportjainak rendszere váltakozó kettős és egyszeres kötésekből áll. Az az ami kromoforikus a klorofill egy csoportja, amely meghatározza a napspektrum egyes sugarainak elnyelését és színét. A porfirin mag átmérője 10 nm, a fitolmaradék hossza 2 nm.

1. kép - Klrofilok AÉs b

A klorofill magban lévő pirrolcsoportok nitrogénatomjai közötti távolság 0,25 nm. Érdekes módon a magnézium atom átmérője 0,24 nm. Így a magnézium szinte teljesen kitölti a pirrolcsoportok nitrogénatomjai közötti teret. Ez további erőt ad a klorofill molekula magjának. További K.A. Timirjazev felhívta a figyelmet a két legfontosabb pigment kémiai szerkezetének közelségére: a zöld - levélklorofill és a vörös - a vér hemin. Valójában, ha a klorofill a magnézium-porfirinek közé tartozik, akkor a hemin a vasporfirinek közé tartozik. Ez a hasonlóság nem véletlen, és az egész szerves világ egységének újabb bizonyítékaként szolgál.

A klorofill szerkezetének egyik sajátossága, hogy molekulájában négy heterocikluson kívül egy másik öt szénatomos ciklusos csoport is jelen van - a ciklopentanon. A ciklopentángyűrű egy erősen reakcióképes ketocsoportot tartalmaz. Bizonyíték van arra, hogy az enolizációs folyamat eredményeként vizet adnak a klorofillmolekulához e ketocsoport helyén.

A klorofill molekula poláris, porfirin magja hidrofil tulajdonságokkal rendelkezik, a fitol vége pedig hidrofób. A klorofillmolekulának ez a tulajdonsága határozza meg specifikus elhelyezkedését a kloroplasztiszok membránjában. A molekula porfirin része a fehérjéhez kötődik, a fitollánc pedig a lipidrétegbe merül.

A levélből kivont klorofill könnyen reagál savakkal és lúgokkal egyaránt. Lúgokkal való kölcsönhatás során a klorofill elszappanosítása következik be, aminek eredményeként két alkohol és a klorofillinsav lúgos sója képződik. Egy ép, élő levélben a fitol leválasztható a klorofillról a klorofilláz enzim hatására. Gyenge savval való kölcsönhatás során a kivont klorofill elveszti zöld színét, képződik a feofitin vegyület, amelyben a molekula közepén lévő magnéziumatomot két hidrogénatom helyettesíti.

A klorofill egy élő ép sejtben képes reverzibilis fotooxidációra és fotoredukcióra. A redoxreakciók képessége a klorofill-molekulában konjugált kettős kötések jelenlétével függ össze mobil molekulával.
π-elektronok és nitrogénatomok nem megosztott elektronokkal. A pirrol atommagok nitrogénje oxidálható (elektron adományozása) vagy redukálható (elektron csatolása).

Tanulmányok kimutatták, hogy a levélben és a levélből kivont klorofill tulajdonságai eltérőek, mivel a levélben összetett kombinációban van fehérjével. Ezt a következő adatok igazolják:

A levélben lévő klorofill abszorpciós spektruma eltér a kivont klorofilltól.

Száraz levelekből a klorofill abszolút alkohollal nem vonható ki. Az extrakció csak akkor sikeres, ha a leveleket megnedvesítik, vagy vizet adnak az alkoholhoz, ami tönkreteszi a klorofill és a fehérje közötti kapcsolatot.

A levélből izolált klorofill a legkülönfélébb hatások (magas savasság, oxigén, sőt fény) hatására könnyen elpusztul.

Eközben a levélben a klorofill meglehetősen ellenálló a fenti tényezők mindegyikével szemben. Meg kell jegyezni, hogy bár a kiemelkedő orosz tudós, V. N. Lyubimenko azt javasolta, hogy ezt a komplexet kloroglobinnak nevezzék el, a hemoglobin analógiájára, a klorofill és a fehérje közötti kapcsolat más jellegű, mint a hemin és a fehérje között. A hemoglobint állandó arány jellemzi - 4 hemin molekula 1 fehérje molekulánként. Mindeközben a klorofill és a fehérje aránya eltérő, és a növények típusától, fejlődési fázisától, környezeti viszonyaitól függően változik (3-10 klorofill molekula 1 fehérje molekulánként). A fehérjemolekulák és a klorofill közötti kapcsolatot a fehérjemolekulák savcsoportjainak és a pirrolgyűrűk nitrogénjének kölcsönhatása során keletkező instabil komplexek végzik. Minél magasabb a dikarbonsav-aminosav-tartalom a fehérjében, annál jobb a komplexképződésük a klorofillal (T.N. Godnee). A klorofillhoz kapcsolódó fehérjéket alacsony izoelektromos pont (3,7-4,9) jellemzi. Ezeknek a fehérjéknek a molekulatömege körülbelül 68 kDa. Ugyanakkor a klorofill kölcsönhatásba léphet a membrán lipideivel is.

A molekulák fontos tulajdonsága klorofill az a képességük, hogy kölcsönhatásba lépjenek egymással. A monomer formából az aggregált formába való átmenet két vagy több molekula egymáshoz közeli kölcsönhatásának eredményeként jött létre. A klorofill képződése során az élő sejtben természetes módon változik az állapota. Ebben az esetben aggregációja megtörténik (A.A. Krasnovsky). Mostanra kimutatták, hogy a plasztid membránokban lévő klorofill pigment-lipoprotein komplexek formájában van, amelyek különböző fokú aggregációt mutatnak.

3. Fizikai tulajdonságok klorofill

Mint már említettük, a klorofill képes szelektíven elnyelni a fényt. Egy adott vegyület abszorpciós spektrumát az határozza meg, hogy mennyire képes elnyelni egy bizonyos hullámhosszú fényt ( bizonyos színt). A K.A. abszorpciós spektrumának elérése érdekében Timirjazev fénysugarat bocsátott át klorofill oldaton. A sugarak egy részét a klorofill elnyelte, majd a prizmán keresztül történő átvitel során fekete sávokat találtak a spektrumban. Kimutatták, hogy a klorofillnak ugyanolyan koncentrációban, mint egy levélben, két fő abszorpciós vonala van a vörös és a kék-ibolya sugárzásban. . Míg a klorofill A oldatban abszorpciós maximuma 429 és 660 nm, míg a klorofill b- 453 és 642 nm. Figyelembe kell azonban venni, hogy a levélben lévő klorofill abszorpciós spektruma a levél állapotától, az aggregáció mértékétől és bizonyos fehérjék adszorpciójától függően változik. Mostanra kimutatták, hogy a klorofillnak vannak olyan formái, amelyek 700, 710, sőt 720 nm hullámhosszú fényt nyelnek el. A klorofillnak ezek a hosszú hullámhosszú fényt elnyelő formái különösen fontosak a fotoszintézis folyamatában.

A klorofill fluoreszkáló képességgel rendelkezik. A fluoreszcencia a testek fénye, amelyet megvilágítás gerjeszt, és nagyon rövid ideig tart (10 8 -10 9 s). A fluoreszcencia során kibocsátott fény mindig hosszabb hullámhosszú, mint az elnyelt fényé. Ez annak köszönhető, hogy az elnyelt energia egy része hő formájában szabadul fel. A klorofill vörös fluoreszcenciával rendelkezik.

4. A klorofill bioszintézise

A klorofill szintézise két fázisban megy végbe: sötét - protoklorofilliddé és világos - klorofillid képződése protoklorofillidből (2. ábra). A szintézis a glutaminsav δ-aminolevulinsavvá történő átalakulásával kezdődik. 2 molekula δ-aminolevulinsav kondenzálódik porfobilinogénné. Továbbá 4 porfobilinogén molekula átalakul protoporfirin IX-gé. A magnézium ezután beépül a gyűrűbe, és protoklorofillid keletkezik. A klorofillid fény és NADH jelenlétében képződik: protoklorofillid + 2H + + hv → klorofillid

2. ábra - A klorofill bioszintézis sémája

A pigmentmolekulában a negyedik pirrolgyűrűhöz protonok kapcsolódnak. Tovább utolsó lépés a klorofillid kölcsönhatásba lép a fitol-alkohollal: klorofillid + fitol → klorofill.

Mivel a klorofill szintézise többlépcsős folyamat, különböző enzimek vesznek részt benne, amelyek látszólag polienzimatikus komplexet alkotnak. Érdekes megjegyezni, hogy sok ilyen enzimfehérje képződését a fény felgyorsítja. A fény közvetve felgyorsítja a klorofill prekurzorok képződését. Az egyik legfontosabb enzim a δ-aminolevulinsav (aminolevulinát szintáz) szintézisét katalizáló enzim. Fontos megjegyezni, hogy ennek az enzimnek az aktivitása fényben is megnő.

5. A klorofill képződésének feltételei

A fény hatásának vizsgálata a klorofill felhalmozódására az etiolált palántákban lehetővé tette annak megállapítását, hogy a klorofill először a zöldítés folyamatában jelenik meg. A. A spektrográfiai elemzés azt mutatja, hogy a klorofillképződés folyamata nagyon gyors. Igen, utána
1 perccel a megvilágítás kezdete után az etiolált palántákból izolált pigment abszorpciós spektruma egybeesik a klorofill abszorpciós spektrumával A. Az A.A. Shlyka, klorofill b klorofillból képződik A.

A fényminőség klorofillképződésre gyakorolt ​​hatásának vizsgálatakor a legtöbb esetben a vörös fény pozitív szerepét tárták fel. Nagyon fontos fényintenzitása van. A klorofillképződés alsó megvilágítási határának meglétét V.N. kísérletei mutatták ki. Lyubimenko árpa és zab palántákhoz. Kiderült, hogy a 10 W-os elektromos lámpával 400 cm távolságban történő megvilágítás volt az a határ, amely alatt a klorofillképződés megszűnt. A megvilágításnak van egy felső határa is, amely felett a klorofill képződése gátolt.

A fény hiányában termesztett palántákat ún etiolált. Az ilyen palántákat megváltozott forma (hosszúkás szár, fejletlen levelek) és gyenge sárga szín jellemzi (nem tartalmaznak klorofillt). Mint fentebb említettük, a klorofill képződése a végső szakaszban fényt igényel.

J. Sachs (1864) óta ismert, hogy bizonyos esetekben fény hiányában is klorofill képződik. A sötétben klorofillképző képesség az evolúciós folyamat alsó szakaszában lévő élőlényekre jellemző. Így kedvező táplálkozási feltételek mellett egyes baktériumok a sötétben is képesek bakterioklorofillt szintetizálni. A megfelelő mennyiségű szervesanyag-ellátással rendelkező cianobaktériumok sötétben növekednek és pigmenteket képeznek. A sötétben klorofillképző képességet olyan jól szervezett algákban is megtalálták, mint a characeae. A lombhullató és májmohák megőrzik klorofillképző képességüket a sötétben. Szinte minden tűlevelű fajnál, amikor a magok sötétben csíráznak, a sziklevelek kizöldülnek. Ez a képesség jobban kifejlődött az árnyéktűrő tűlevelű fáknál. Ahogy a palánták sötétben nőnek, a képződött klorofill elpusztul, és a 35-40. napon fény hiányában a palánták elpusztulnak. Érdekes megjegyezni, hogy az izolált embriókból sötétben termesztett tűlevelűek palántái nem képeznek klorofillt. Egy kis darab töretlen endospermium jelenléte azonban elegendő ahhoz, hogy a palánták elkezdjenek zöldülni. A zöldülés akkor is megtörténik, ha az embrió egy másik tűlevelű fafaj endospermiumával érintkezik. Ebben az esetben közvetlen összefüggés van az endospermium redoxpotenciáljának értéke és a palánták sötétben zöldellésére való képessége között.

Megállapítható, hogy evolúciós szempontból a klorofill eredetileg a sötét anyagcsere melléktermékeként keletkezett. Később azonban a világon a klorofillt tartalmazó növények nagyobb előnyre tettek szert a napfény energiájának felhasználási képességének köszönhetően, és ezt a tulajdonságot a természetes szelekció rögzítette.

A klorofill képződése a hőmérséklettől függ. A klorofill felhalmozódásának optimális hőmérséklete 26-30°C. Csak a klorofill prekurzorok (sötét fázis) képződése függ a hőmérséklettől. A már kialakult klorofill prekurzorok jelenlétében a zöldítési folyamat (világos fázis) hőmérséklettől függetlenül azonos ütemben megy végbe.

A klorofillképződés sebességét a víztartalom befolyásolja. A palánták súlyos kiszáradása a klorofill képződésének teljes megszűnéséhez vezet. A kiszáradásra különösen érzékeny a protoklorofillid képződése.

Továbbiak V.I. Pallady felhívta a figyelmet a szénhidrátok szükségességére a zöldítési folyamathoz. Pontosan ezzel függ az etiolált palánták fényben zöldülése életkoruktól. 7-9 napos kor után az ilyen palántákban a klorofill képződésének képessége élesen csökken. Szacharózzal permetezve a palánták újra intenzíven zöldülni kezdenek.

A klorofill kialakulásához a legfontosabbak az ásványi táplálkozás feltételei. Először is kellő mennyiségű vasra van szüksége. Vashiány esetén még a felnőtt növények levelei is elveszítik színüket. Ezt a jelenséget az ún vérszegénység. A vas fontos katalizátor a klorofill képződésében. Szükséges a δ-aminolevulinsav szintézisének szakaszában, valamint a pro-toporfirin szintézisében. A klorofill szintézisének biztosításához nagy jelentősége van a növények normál nitrogén- és magnéziumellátásának, mivel mindkét elem a klorofill része. Réz hiányában a klorofill könnyen elpusztul. Ez nyilvánvalóan annak köszönhető, hogy a réz elősegíti a klorofill és a megfelelő fehérjék közötti stabil komplexek képződését.

A növényekben a tenyészidőszak alatti klorofill-felhalmozódási folyamat vizsgálata azt mutatta, hogy a maximális klorofilltartalom a virágzás kezdetére időzíthető. Még az a vélemény is létezik, hogy a klorofill képződésének növekedése indikátorként használható, amely jelzi a növények virágzási készségét. A klorofill szintézise a gyökérrendszer aktivitásától függ. Tehát oltáskor a sarj leveleiben a klorofilltartalom az állomány gyökérrendszerének tulajdonságaitól függ. Lehetséges, hogy a gyökérrendszer hatása annak a ténynek köszönhető, hogy ott hormonok (citokininek) képződnek. A kétlaki növényekben a nőstények leveleit magas klorofilltartalom jellemzi.

6. Karotinoidok

A kloroplasztiszok és kromatoforok a zöld pigmentek mellett a karotinoidok csoportjába tartozó pigmenteket is tartalmaznak. A karotinoidok az izoprénből származó sárga és narancssárga alifás pigmentek. A karotinoidok minden magasabb rendű növényben és számos mikroorganizmusban megtalálhatók. Ezek a leggyakoribb pigmentek, amelyek sokféle funkcióval rendelkeznek. Az oxigént tartalmazó karotinoidokat ún xantofillok. A karotinoidok fő képviselői a magasabb rendű növényekben két pigment -
β- karotin(narancs) C 40 H 56 és xantofill(sárga) C 40 H 56 O 2 . A karotin 8 izoprén maradékból áll (3. ábra).

3. ábra - A β-karotin szerkezete

Amikor a szénlánc félbeszakad, és a végén alkoholcsoport képződik, a karotin 2 A-vitamin molekulává alakul. Fel kell hívni a figyelmet a fitol szerkezetének hasonlóságára – egy alkohol, amely a klorofill és a szén része. a karotin ionongyűrűit összekötő lánc. Feltételezzük, hogy a fitol a karotinoidmolekula ezen részének hidrogénezési termékeként keletkezik. A karotinoidok fényelnyelése, színe, valamint redoxreakciókra való képessége a konjugált kettős kötések jelenlétének köszönhető, β-karotin két abszorpciós maximuma van, amelyek a 482 és 452 nm hullámhossznak felelnek meg. A klorofillokkal ellentétben a karotinoidok nem szívják el a vörös sugarakat, és nem képesek fluoreszkálni. A klorofillhoz hasonlóan a kloroplasztiszokban és kromatoforokban lévő karotinoidok vízben oldhatatlan komplexek formájában vannak a fehérjékkel.

Már maga az a tény, hogy a karotinoidok mindig jelen vannak a kloroplasztiszokban, arra utal, hogy részt vesznek a fotoszintézis folyamatában. Azonban egyetlen olyan esetet sem jegyeztek fel, amikor ez a folyamat klorofill hiányában megy végbe. Mára megállapították, hogy a karotinoidok a napspektrum bizonyos részeit elnyelve e sugarak energiáját adják át a klorofillmolekuláknak. Így hozzájárulnak a klorofill által nem elnyelt sugarak felhasználásához.

A karotinoidok élettani szerepe nem korlátozódik a klorofillmolekulák energiaátvitelében való részvételükre. Egy orosz kutató szerint
DI. Sapozhnikov szerint a xantofillok a fényben átalakulnak (a violaxantin zeaxantinná alakul), amihez oxigén felszabadulás társul. Ennek a reakciónak a hatásspektruma egybeesik a klorofill abszorpciós spektrumával, ami lehetővé tette annak feltételezését, hogy a fotoszintézis során részt vesz a vízbontás és az oxigén felszabadulás folyamatában.

Bizonyítékok vannak arra vonatkozóan, hogy a karotinoidok védő funkciót töltenek be, megvédik a különböző szerves anyagokat, elsősorban a klorofillmolekulákat a fotooxidáció során a fény hatására bekövetkező pusztulástól. Kukorica- és napraforgómutánsokon végzett kísérletek kimutatták, hogy protoklorofillidet (a klorofill sötét előfutárát) tartalmaznak, amely fény hatására klorofilllá alakul át. A, hanem elpusztul. Ez utóbbi oka annak, hogy a vizsgált mutánsok nem képesek karotinoidokat képezni.

Számos kutató kimutatta, hogy a karotinoidok bizonyos szerepet játszanak a növények szexuális folyamatában. Ismeretes, hogy a magasabb rendű növények virágzási időszakában a levelek karotinoidtartalma csökken. Ugyanakkor észrevehetően nő a portokokban, valamint a virágszirmokban. P. M. Zhukovsky szerint a mikrosporogenezis szorosan összefügg a karotinoidok metabolizmusával. Az éretlen pollenszemek fehérek, míg az érett pollen sárgás-narancssárga színűek. Az algák csírasejtjeiben a pigmentek differenciált eloszlása ​​figyelhető meg. A hím ivarsejtek sárgák és karotinoidokat tartalmaznak. A női ivarsejtek klorofillt tartalmaznak. Úgy gondolják, hogy a karotin határozza meg a spermiumok mozgékonyságát. V. Mevius szerint a chlamydomonas algák anyasejtjei kezdetben flagella nélkül alkotnak csírasejteket (ivarsejteket), ebben az időszakban még nem tudnak mozogni a vízben. A zászlók csak az ivarsejtek hosszúhullámú sugaraival történő megvilágítása után jönnek létre, amelyeket egy speciális karotinoid - krocetin - rögzít.

karotinoidok képződése. A karotinoidok szintézise nem igényel fényt. A levelek képződése során karotinoidok képződnek és halmozódnak fel a plasztidokban abban az időszakban, amikor a rügyben a levél rudimentje fénytől védett. A megvilágítás kezdetén az etiolált palántákban a klorofill képződését a karotinoidok átmeneti csökkenése kíséri. Ekkor azonban a karotinoidok tartalma helyreáll, sőt a fényintenzitás növekedésével még nő is. Megállapították, hogy közvetlen összefüggés van a fehérje- és a karotinoid-tartalom között. A fehérje és a karotinoidok elvesztése a levágott levelekben kéz a kézben jár. A karotinoidok képződése a nitrogén táplálék forrásától függ. A karotinoidok felhalmozódása tekintetében az ammóniához képest kedvezőbb eredményeket értek el nitrát hátterű növények termesztése során. A kénhiány drámaian csökkenti a karotinoidok tartalmát. Nagy jelentősége van a Ca / Mg aránynak táptalaj. A kalciumtartalom relatív növekedése a karotinoidok fokozott felhalmozódásához vezet a klorofillhoz képest. A magnéziumtartalom növekedése ellenkező hatást vált ki.

7. Phikobilinek

A fikobilinek a cianobaktériumokban és néhány algában található vörös és kék pigmentek. Tanulmányok kimutatták, hogy a vörös algák és a cianobaktériumok, valamint a klorofill A fikobilint tartalmaznak. A fikobilinek kémiai szerkezete négy pirrolcsoporton alapul. A klorofillal ellentétben a fikobilinek pirrolcsoportjai nyitott láncban vannak elrendezve. (4. ábra) . A fikobilineket pigmentek képviselik: fikocianin, fikoeritrinÉs allophycocyanin. A fikoeritrin egy oxidált fikocianin. A vörös algák főleg fikoeritrint, míg a cianobaktériumok fikocianint tartalmaznak. A fikobilinek erős vegyületeket képeznek a fehérjékkel (phycobilin proteins). A fikobilinek és a fehérjék közötti kapcsolatot csak a sav pusztítja el. Feltételezzük, hogy a pigment karboxilcsoportjai a fehérje aminocsoportjaihoz kötődnek. Meg kell jegyezni, hogy a membránokban elhelyezkedő klorofillokkal és karotinoidokkal ellentétben a fikobilinek speciális szemcsékben (phycobilisomes) koncentrálódnak, amelyek szorosan kapcsolódnak a tilakoid membránokhoz.

4. ábra - A fikoeritrinek kromoforcsoportja

A fikobilinek a napspektrum zöld és sárga részein nyelik el a sugarakat. Ez a spektrum azon része, amely a klorofill két fő abszorpciós vonala között helyezkedik el. A fikoeritrin 495-565 nm hullámhosszú sugarakat nyel el, a fikocianin pedig 550-615 nm. A fikobilinek abszorpciós spektrumainak összehasonlítása a fény spektrális összetételével, amelyben a fotoszintézis cianobaktériumokban és vörös algákban megy végbe, azt mutatja, hogy nagyon közel állnak egymáshoz. Ez arra utal, hogy a fikobilinek elnyelik a fényenergiát, és a karotinoidokhoz hasonlóan átadják a klorofill molekulának, majd a fotoszintézis folyamatában hasznosítják.

A fikobilinek algákban való jelenléte egy példa arra, hogy az evolúció során az élőlények alkalmazkodnak a napspektrum azon részeinek használatához, amelyek áthatolnak a vastagságon tengervíz(kromatikus adaptáció). Mint ismeretes, a klorofill fő abszorpciós vonalának megfelelő vörös sugarak elnyelődnek, amikor áthaladnak a vízoszlopon. A legmélyebben a zöld sugarak hatolnak be, amelyeket nem a klorofill, hanem a fikobilinek szív fel.

FOTÓSZINTÉZIS (12 óra)