Zaļo augu galvenais pigments ir hlorofila molekula, kas ir iesaistīta gaismas absorbcijas procesā. Augstāki augi satur divas hlorofila formas: hlorofilu a un hlorofilu b. Hlorofila a struktūru (40. att.) noteica Wilyptetter un Fischer, un 1960. gadā to apstiprināja Vudvards, kurš veica pilnīgu hlorofila a sintēzi.

Hlorofila molekulas pamatā ir plakans porfirīna gredzens, kura centrā atrodas magnija atoma jons, kas saskaņots ar porfirīna gredzena slāpekļa atomiem.

Porfirīna gredzena plakanā struktūra ir saistīta ar -elektronu konjugētajām dubultajām un vienkāršajām saitēm starp oglekļa un slāpekļa atomiem. Šie elektroni ir "delokalizēti", t.i., vienmērīgi sadalīti gar porfirīna gredzena "perifēriju" (40. attēlā punktēts laukums). -Elektronu kustības stāvokļa maiņa gredzenā prasa salīdzinoši maz enerģijas. Tāpēc hlorofila molekulas gaismas absorbcijas spektrs atrodas sarkanajā reģionā. Elektriskā dipola moments pārejai uz ierosināto stāvokli atrodas porfirīna gredzena plaknē.

Papildus porfirīna gredzenam hlorofila molekulai ir gara hidrofobā ķēde - “aste”, kas sastāv no 20 oglekļa atomiem. Šī sānu ķēde ir fitola spirta atliekas. Hlorofils b atšķiras no hlorofila a ar to, ka pēdējā grupa - ir aizstāta ar grupu - CHO. Tādējādi hlorofils b satur par vienu skābekļa atomu vairāk un par diviem ūdeņraža atomiem mazāk nekā hlorofils a.

Abu hlorofila formu absorbcijas spektri ir parādīti Fig. 41. Hlorofila a absorbcijas joslu maksimumi atrodas viļņa garuma apgabalos K da 700 nm (sarkans) un K da 440 nm (violets), hlorofila b absorbcijas joslu maksimumi atrodas viļņa garuma apgabalos 660 un 460 nm. .

Sasniedzot maksimālo saules gaismas intensitāti zemes virsma, iekrīt zili zaļā un zaļā viļņa garuma apgabalos (450-550 nm). Izrādās, ka tieši šajās zonās hlorofila molekulu gaismas absorbcija ir minimāla.

Hlorofils a ir atrodams visos zaļajos augos un aļģēs. Hlorofila b nav daudzās aļģēs. Šīs aļģes dažkārt satur citas hlorofila šķirnes: c un d. Fotosintētiskās baktērijas, kas neražo skābekli, nesatur hlorofilu a. Tie parasti satur īpašu hlorofila veidu - bakteriohlorofilu.

Kā minēts iepriekš, daudzās fotosintēzes šūnās papildus hlorofila molekulām ir arī pigmenta molekulas,

Rīsi. 40. Hlorofila a un hlorofila b struktūrformulas.

absorbējot gaismu citos spektra reģionos un piešķirot organismiem dažādas krāsas. Šīs molekulas paplašina fotosintēzē izmantotās gaismas spektrālo diapazonu. Turklāt karotinoīdi aizsargā hlorofilu no neatgriezeniskas skābekļa fotooksidācijas.

Viena no karotīnu un fikocianobilīna strukturālās formulas ir parādītas attēlā. 42. Karotīniem ir garas poliizoprēna ķēdes, kas sastāv no konjugētām dubultām un vienkāršām saitēm. Katrā molekulas galā ir cikloheksāna gredzeni. Fikociāni, kas ir daļa no zilaļģēm, satur četrus pirolītiskus gredzenus. Tie var veidot kompleksus ar specifiskiem proteīniem.

Uz att. 43 parādīta hlorofila a molekulas pirmo enerģijas līmeņu diagramma. Pamatstāvoklī molekulai ir nulle spin. Visus ierosinātos stāvokļus ar nulles griešanos sauc par singletiem (S). Molekulai var būt arī ierosināti stāvokļi ar griešanās vienību (h vienībās). Tos sauc par tripletiem (T). Pirmā singleta stāvokļa kalpošanas laiks. Nulles tripleta stāvokļa kalpošanas laiks.

Rīsi. 41. Hlorofila a (1) un hlorofila b (2) gaismas absorbcijas spektri.

Gaismas iedarbībā molekulā notiek tikai pārejas uz viengabala ierosinātajiem stāvokļiem. Ja hlorofila molekulas, absorbējot gaismu, pāriet ierosinātos stāvokļos ar enerģijām, kas pārsniedz pirmā ierosinātā stāvokļa enerģiju, tad nestarojošo procesu dēļ 10-12 - 10-13 s laikā tās pāriet pirmajā singletā, bet uzbudināts stāvoklis, dodot lieko enerģiju šķīdinātājam.

No viengabala stāvokļa laikā notiek pāreja uz pamata stāvokli ar gaismas emisiju (nm). Šo parādību sauc par fluorescenci. Pastāv arī neliela varbūtība, ka molekula neizstarojas pāreja no neierosināta stāvokļa uz tripleta ierosmes stāvokli.Sakarā ar spina vājo mijiedarbību ar elektromagnētisko vilni, tripleta stāvokļa kalpošanas laiks attiecībā pret gaismas emisiju λ » 930 nm pārejas laikā uz zemes singleta stāvokli ir salīdzinoši liels. Tripleta stāvokļa ilgs kalpošanas laiks ir saistīts ar maz ticamo procesu, kas maina molekulas griešanos no vienotības uz nulli.

Šķīdumiem, kas satur tikai viena tipa pigmenta molekulas (hlorofils b, hlorofils a, karotinoīdi utt.), zemā temperatūrā ir raksturīgi fluorescences spektri, kas atbilst -elektronu kvantu pārejām no zemākā singleta ierosinātā stāvokļa uz molekulas pamata singleta stāvokli. Kopā ar galveno starojumu tiek novērots vājš, lēni dilstošs, garāka viļņa garuma starojums, kas atbilst pārejām no šo molekulu zemākajiem tripleta stāvokļiem uz pamata singleta stāvokli.

Sakarā ar to, ka elektroniskās pārejas pigmenta molekulās pavada daudzu molekulu zemfrekvences vibrācijas stāvokļu izmaiņas un vidi, to absorbcijas un luminiscences joslām ir ievērojams platums.

Pētot pigmentu fluorescenci, kas ir daļa no

Rīsi. 42. Fotosintētisko pigmentu strukturālās formulas: a - beta-karotīns; b - fikocianobilīns.

hloroplastos, tiek novērota tikai hlorofila a fluorescence. Hlorofila 6 un citu pigmenta molekulu īsāka viļņa garuma fluorescence netiek konstatēta pat tad, ja hloroplasts tiek apgaismots ar gaismu ar viļņa garumu, kas sakrīt ar attiecīgā pigmenta absorbcijas spektra viļņa garumu.

Tādējādi lielākā daļa pigmenta molekulu spēlē gaismas savākšanas sistēmu (antenu) lomu. Pigmenta molekulas hloroplastos veido sakārtotu molekulu ansambļus.

Iepriekš minētās hloroplastu fluorescences īpašības norāda, ka šādos ansambļos notiek salīdzinoši ātra (10-11 - 10-12 s) singleta ierosmes enerģijas migrācija caur pigmenta molekulām uz hlorofila a molekulām.

Vāji mijiedarbojošu identisku molekulu sistēmu kvantu teorija parāda, ka rezonanses mijiedarbības dēļ starp ierosinātajām un neierosinātajām molekulām sistēmā rodas kolektīvi bezstrāvas ierosinātie stāvokļi - eksitoni, kas pārnes ierosmi no vienas sistēmas vietas uz citu. Rezonanses mijiedarbība samazinās salīdzinoši lēni, palielinoties attālumam (as ) un var izpausties pat attālumos, kas ir aptuveni 50 A.

Kad eksitons, pārvietojoties pa pigmenta molekulu sistēmu, sasniedz hlorofila molekulu, kurai ir zemāks ierosmes līmenis, tas pārnes to uz ierosināto stāvokli,

Rīsi. 43. Hlorofila a molekulas singleta (S t) un tripleta (71,) enerģijas līmeņu shēma.

Taisni griezumi atbilst absorbcijai, viļņotas bultiņas - fluorescencei; cipari norāda viļņu garumus nanometros.

liekās enerģijas pārnešana uz siltuma rezervuāru. Šāds neliels enerģijas zudums izslēdz ierosmes enerģijas apgriezto pārnesi no hlorofila a molekulām uz pigmenta gaismas savākšanas molekulām.

Hlorofila a molekula, saņēmusi enerģiju no gaismas savākšanas molekulām, to atdod gaismas emisijas - fluorescences veidā. Šī parādība ir labi pētīta, pētot molekulāro kristālu luminiscenci, kas satur piemaisījumu molekulas, kuru ierosmes enerģija ir zemāka par galvenās vielas molekulu ierosmes enerģiju, un to sauc par sensibilizētu luminiscenci.

Kādu laiku tika uzskatīts, ka molekulas, kas saņem ierosmes enerģiju no gaismas savākšanas molekulām, ir īpašas hlorofila a molekulas. Tagad ir noskaidrots (skat. 17.2. sadaļu), ka šo lomu hloroplastos un hromatoforos spēlē īpaši fotosintēzes reakcijas centri, kuros ietilpst vairākas hlorofila molekulas. Šīs molekulas reakcijas centrā veido sava veida kompleksu, kas darbojas kā veselums ar savu ierosināto stāvokļu spektru. Turklāt zemākās no tām enerģija ir mazāka par atsevišķas hlorofila molekulas enerģiju. Tika konstatēts, ka reakcijas centru skaits membrānā ir ievērojami mazāks par skaitli gaismas ieguves molekulas (1/400).

Fotosintēzes reakciju centri (eksitonu slazdi) ir daļa no fotosintēzes sistēmām (PS), kurās notiek fotosintēzes gaismas reakcijas. Fotosintētiskās sistēmas līdzās reakcijas centriem, kas uztver gaismas enerģiju, satur virkni citu molekulu – enzīmus, olbaltumvielas, lipīdus, lipoproteīnus, kas ir iesaistīti fotosintētiskās sistēmas organizēšanā un bio gaismas daļas īstenošanā. ķīmiskās reakcijas. Fotosintētiskās sistēmas ir samērā stingri iebūvētas tilakoīdu membrānās.

No primāro fotosintēzes procesu izpētes viedokļa molekulārā līmenī īpaši interesanti ir pigmentu slāņu organizācijas un fotosintēzes sistēmu struktūras izpēte, jo īpaši to veidojošo reakciju centru izpēte.

kritiskā loma zaļie pigmenti ir iesaistīti fotosintēzes procesā hlorofilus. Franču zinātnieki P.Zh. Peletjē un J. Kaventū (1818) no lapām izdalīja zaļu vielu un nosauca to par hlorofilu (no grieķu valodas "chloros" — zaļš un "phyllon" — lapa). Pašlaik ir zināmi aptuveni desmit hlorofili. Tie atšķiras pēc ķīmiskās struktūras, krāsas, izplatības starp dzīviem organismiem. Visi augstākie augi satur hlorofilu a un b. Hlorofils c ir atrodams kramaļģēs, hlorofils d – sarkanajās aļģēs. Turklāt ir zināmi četri bakteriohlorofili (a, b, c un d), kas atrodas fotosintētisko baktēriju šūnās. Zaļo baktēriju šūnas satur bakteriohlorofilus c un d, savukārt purpura baktēriju šūnas satur bakteriohlorofilus a un b.

Pamata pigmenti, bez kuriem nenotiek fotosintēze, ir hlorofils a zaļajiem augiem un bakteriohlorofils baktērijām. Pirmo reizi precīzs priekšstats par augstāko augu zaļo lapu pigmentiem tika iegūts, pateicoties lielākā Krievijas botāniķa M.S. Krāsas (1872-1919). Viņš izstrādāja jaunu hromatogrāfijas metodi vielu atdalīšanai un izolēja lapu pigmentus to tīrā veidā. Vielu atdalīšanas hromatogrāfiskā metode ir balstīta uz to dažādo adsorbcijas spēju. Šī metode ir plaši izmantota. JAUNKUNDZE. Krāsa izlaida ekstraktu no lapas caur stikla cauruli, kas piepildīta ar pulveri - krītu vai saharozi (hromatogrāfijas kolonna). Atsevišķās pigmenta maisījuma sastāvdaļas atšķīrās ar adsorbcijas pakāpi un pārvietojās ar dažādu ātrumu, kā rezultātā tās koncentrējās dažādās kolonnas zonās. Sadalot kolonnu atsevišķās daļās (zonās) un izmantojot atbilstošu šķīdinātāju sistēmu, bija iespējams izolēt katru pigmentu. Izrādījās, ka augstāko augu lapās ir hlorofils a un hlorofils b, kā arī karotinoīdi (karotīns, ksantofils u.c.). Hlorofili, tāpat kā karotinoīdi, nešķīst ūdenī, bet viegli šķīst organiskajos šķīdinātājos. Hlorofils a un b atšķiras pēc krāsas: hlorofils a ir zilganzaļš, bet hlorofils ir dzeltenzaļš. Hlorofila a saturs lapās ir aptuveni trīs reizes lielāks nekā hlorofila b saturs.

Autors hlorofilu ķīmiskā struktūra - organiskās dikarboksilskābes esteri - hlorofilīns un divi spirtu atlikumi - fitols un metils. Empīriskā formula ir C55H7205N4Mg. Hlorofilīns ir slāpekli saturošs metālorganiskais savienojums, kas ir saistīts ar magnija porfirīniem.

Hlorofilā karboksilgrupu ūdeņradis tiek aizstāts ar divu spirtu - metil CH3OH un fitola C20H39OH - paliekām, tāpēc hlorofils ir kompleksais ēteris.

Hlorofils b atšķiras no hlorofila a ar to, ka satur divus mazāk ūdeņraža atomus un vēl vienu skābekļa atomu (CH3 grupas vietā CHO grupa). Šajā sakarā hlorofila a molekulmasa ir 893, bet hlorofila b ir 907. Hlorofila molekulas centrā atrodas magnija atoms, ko savieno četri pirola grupu slāpekļa atomi. Hlorofila pirola grupām ir mainīgu divkāršo un vienotu saišu sistēma. Šis N ir hlorofila hromoforu grupa, izraisot noteiktu staru absorbciju saules spektrs un tā krāsojums. Porfirīna serdes diametrs ir 10 nm, un fitola atlikuma garums ir 2 nm. Attālums starp pirola grupu slāpekļa atomiem hlorofila kodolā ir 0,25 nm. Interesanti, ka magnija atoma diametrs ir 0,24 nm. Tādējādi magnijs gandrīz pilnībā aizpilda telpu starp pirola grupu slāpekļa atomiem. Tas dod hlorofila molekulas kodolu papildu spēks.

Viena no hlorofila struktūras īpatnībām ir tā molekulā, kas papildus četriem heterocikliem, ir vēl viena cikliska piecu oglekļa atomu grupa - ciklopentanons. Ciklopentāna gredzens satur ļoti reaģējoša keto grupa. Ir pierādījumi, ka enolizācijas procesa rezultātā šīs keto grupas vietā hlorofila molekulai tiek pievienots ūdens. Hlorofila molekula ir polāra tā porfirīna kodolam ir hidrofilās īpašības, un fitola gals ir hidrofobs. Šī hlorofila molekulas īpašība nosaka tās īpašo atrašanās vietu hloroplastu membrānās. Molekulas porfirīna daļa ir saistīta ar proteīnu, un fitola ķēde ir iegremdēta lipīdu slānī.

No lapas iegūtais hlorofils viegli reaģē ar abiem skābes, kā arī sārmi. Plkst mijiedarbība ar sārmiem notiek hlorofila pārziepjošana, kā rezultātā veidojas divi spirti un hlorofilīna skābes sārmains sāls.

Neskartā dzīvā lapā fitols var tikt atdalīts no hlorofila hlorofilāzes enzīma ietekmē. Plkst mijiedarbība ar vāju skābi ekstrahētais hlorofils zaudē zaļa krāsa, veidojas feofitīna savienojums, kurā magnija atoms molekulas centrā tiek aizstāts ar diviem ūdeņraža atomiem.

Hlorofilam dzīvā, veselā šūnā ir spēja veikt atgriezenisku fotooksidāciju un fotoreducēšanu. Pirola kodolu slāpeklis var tikt oksidēts (nodot elektronu) vai reducēts (pievienot elektronu).

Pētījumi ir parādījuši, ka hlorofila īpašības lapā un no tās iegūtā hlorofila īpašības atšķiras, jo lapā tas atrodas komplekss savienojums ar olbaltumvielām. To pierāda šādi dati:

• Hlorofila absorbcijas spektrs lapā atšķiras no ekstrahētā hlorofila.
• No sausām lapām hlorofilu nevar iegūt ar absolūto spirtu. Ekstrakcija ir veiksmīga tikai tad, ja lapas ir samitrinātas vai spirtam pievienots ūdens, kas iznīcina saikni starp hlorofilu un olbaltumvielām.
• No lapas izolētais hlorofils tiek viegli iznīcināts dažādu ietekmju (augsta skābuma, skābekļa un pat gaismas) ietekmē.

Tikmēr lapās hlorofils ir diezgan izturīgs pret visiem iepriekš minētajiem faktoriem. Hemoglobīnam raksturīga nemainīga attiecība – 4 hemīna molekulas uz 1 proteīna molekulu. Tikmēr hlorofila un olbaltumvielu attiecība ir atšķirīga un mainās atkarībā no augu veida, to attīstības fāzes, vides apstākļiem (no 3 līdz 10 hlorofila molekulām uz 1 proteīna molekulu). Saikni starp olbaltumvielu molekulām un hlorofilu veic nestabili kompleksi, kas veidojas olbaltumvielu molekulu skābju grupu un pirola gredzenu slāpekļa mijiedarbības laikā. Jo augstāks ir dikarboksilaminoskābju saturs olbaltumvielās, jo labāka ir to kompleksēšana ar hlorofilu (T.N. Godnev).

Svarīga hlorofila molekulu īpašība ir to spēja mijiedarboties savā starpā. Pāreja no monomēra uz agregētu formu radās divu vai vairāku molekulu mijiedarbības rezultātā, kad tās bija tuvu viena otrai. Hlorofila veidošanās procesā tā stāvoklis dzīvā šūnā dabiski mainās. Tagad ir pierādīts, ka hlorofils plastīdu membrānās ir pigmenta-lipoproteīnu kompleksu veidā ar dažādu agregācijas pakāpi.

Kāpēc zāle, kā arī lapas kokiem un krūmiem ir zaļas? Tas viss ir par hlorofilu. Jūs varat paņemt spēcīgu zināšanu virvi un nodibināt ar viņu spēcīgu iepazīšanos.

Stāsts

Ņemsim nelielu ekskursiju salīdzinoši nesenā pagātnē. Jāsarokojas Džozefs Bīneme Kavantū un Pjērs Džozefs Peletjē. Zinātnieki ir mēģinājuši atdalīt zaļo pigmentu no dažādu augu lapām. Pūles vainagojās panākumiem 1817. gadā.

Pigments tika nosaukts par hlorofilu. No grieķu valodas hloros, zaļš un phyllon, lapas. Neatkarīgi no iepriekš minētā 20. gadsimta sākumā Mihails Cvets un Ričards Vilsteters nonāca pie secinājuma, ka izrādās, ka hlorofils ietver vairākas sastāvdaļas.

Atrotījis piedurknes, Vilsteters ķērās pie darba. Attīrīšana un kristalizācija atklāja divus komponentus. Tos vienkārši sauca par alfa un beta (a un b). Par darbu šīs vielas izpētes jomā 1915. gadā viņam tika svinīgi piešķirta Nobela prēmija.

1940. gadā Hanss Fišers piedāvāja pasaulei hlorofila galīgo struktūru a. Sintēzes karalis Roberts Bērnss Vudvards un vairāki zinātnieki no Amerikas ieguva nedabisku hlorofilu 1960. gadā. Un tā atklājās noslēpumainības plīvurs – hlorofila parādīšanās.

Ķīmiskās īpašības

Hlorofila formula, kas noteikta pēc eksperimentāliem rādītājiem, izskatās šādi: C 55 H 72 O 5 N 4 Mg. Dizains ietver organiskos (hlorofilīnu), kā arī metilspirtus un fitola spirtus. Hlorofilīns ir metālorganisks savienojums, kas ir tieši saistīts ar magnija porfirīniem un satur slāpekli.

MgN 4OH 30 C 32

Hlorofils ir uzskaitīts kā esteris, jo atlikušās daļas metilspirts CH 3 OH un fitols C 20 H 39 OH aizstāja karboksilgrupu ūdeņradi.

Novietots augstāk strukturālā formula alfa hlorofils. Uzmanīgi to aplūkojot, var redzēt, ka beta-hlorofilā ir par vienu skābekļa atomu vairāk, bet par diviem mazāk ūdeņraža atomiem (CH 3 vietā CHO grupa). Tādējādi alfa-hlorofila molekulmasa ir mazāka nekā beta.

Magnijs nosēdās mūs interesējošās vielas daļiņas vidū. Tas apvienojas ar 4 pirola veidojumu slāpekļa atomiem. Pirola saitēs var novērot elementāru un mainīgu dubultsaišu sistēmu.

Hromofora veidojums, kas veiksmīgi iekļaujas hlorofila sastāvā, ir N. Tas ļauj absorbēt atsevišķus saules spektra starus un tā krāsu neatkarīgi no tā, kas deg kā liesma, un vakarā tas izskatās pēc oglēm.

Pāriesim pie izmēriem. Porfirīna kodols ir 10 nm diametrā, fitola fragments izrādījās 2 nm garš. Kodolā hlorofils ir 0,25 nm, starp pirola slāpekļa grupu mikrodaļiņām.

Vēlos atzīmēt, ka magnija atoms, kas ir daļa no hlorofila, ir tikai 0,24 nm diametrā un gandrīz pilnībā aizpilda brīvo telpu starp pirola slāpekļa grupu atomiem, kas palīdz molekulas kodolam būt stiprākam.

Var secināt, ka hlorofils (a un b) sastāv no diviem komponentiem ar vienkāršu nosaukumu alfa un beta.

Hlorofils a

Radinieks - 893,52. Tie rada melnus mikrokristālus ar zilu nokrāsu atsevišķā paliktnī. Temperatūrā 117-120 grādi pēc Celsija tie izkūst un pārvēršas šķidrumā.

Etanolā tie paši hloroformi, acetonā un arī benzolos viegli izšķīst. Rezultāti iegūst zili zaļu krāsu, un tiem ir raksturīga iezīme - bagātīga sarkanā fluorescence. Slikti šķīst petrolēterī. Ūdenī tie nemaz nešķīst.

Alfa hlorofila formula: C 55 H 72 O 5 N 4 Mg. Viela ķīmiskajā struktūrā ir klasificēta kā hlors. Gredzenā fitols ir pievienots propionskābei, proti, tās atlikumam.

Daži augu organismi hlorofila a vietā veido tā analogu. Šeit etilgrupa (-CH 2 -CH 3) II pirola gredzenā tika aizstāta ar vinilgrupu (-CH \u003d CH 2). Šāda molekula satur pirmo vinila grupu pirmajā gredzenā, otro - otrajā.

Hlorofils b

Hlorofila-beta formula ir šāda: C 55 H 70 O 6 N 4 Mg. Molekulārais svars viela ir 903. Pie oglekļa atoma C 3 pirola gredzenā ir divi, tiek atrasts nedaudz alkohola, bez ūdeņraža -H-C \u003d O, kam ir dzeltens. Šī ir atšķirība no hlorofila a.

Mēs uzdrošināmies atzīmēt, ka īpašajās pastāvīgajās šūnas daļās plastidos-hloroplastos, kas ir vitāli svarīgi tās tālākai pastāvēšanai, ir vairāki hlorofilu veidi.

Hlorofili c un d

Hlorofils c. Klasiskais porfirīns – ar to šis pigments atšķiras.

Sarkanajās aļģēs ir hlorofils d. Daži šaubās par tā esamību. Tiek uzskatīts, ka tas ir tikai hlorofila a deģenerācijas produkts. Šobrīd varam droši apgalvot, ka hlorofils ar burtu d ir dažu fotosintētisko prokariotu galvenā krāsviela.

Hlorofila īpašības

Pēc ilgstošas ​​izpētes radās pierādījumi, ka tika pamanīta atšķirība hlorofila īpašībās, kas atrodas augā un tiek iegūts no tā. Hlorofils augos ir saistīts ar olbaltumvielām. Par to liecina šādi novērojumi:

1. Hlorofila absorbcijas spektrs lapā ir atšķirīgs, salīdzinot ar ekstrahēto.
2. Ir nereāli iegūt apraksta priekšmetu no žāvētiem augiem ar tīru spirtu. Ekstrakcija norit droši ar labi samitrinātām lapām, vai arī spirtam jāpievieno ūdens. Tā ir viņa, kas sadala ar hlorofilu saistīto proteīnu.
3. Materiālu, kas iegūts no augu lapām, ātri iznīcina skābeklis, koncentrēta skābe, gaismas stari.

Bet hlorofils augos ir izturīgs pret visu iepriekš minēto.

Hloroplasti

Augos hlorofils satur 1% sausnas. To var atrast īpašās šūnu organellās – plastidos, kas parāda tā nevienmērīgo izplatību augā. Šūnu plastidus, kas ir krāsoti zaļā krāsā un satur hlorofilu, sauc par hloroplastiem.

H 2 O daudzums hloroplastos svārstās no 58 līdz 75%, sausnas saturs sastāv no olbaltumvielām, lipīdiem, hlorofila un karotinoīdiem.

Hlorofila funkcijas

Zinātnieki ir atklājuši pārsteidzošu līdzību hlorofila un hemoglobīna molekulu struktūrā, kas ir galvenā cilvēka asiņu elpošanas sastāvdaļa. Atšķirība slēpjas apstāklī, ka magnijs atrodas knaibles formas savienojumā pa vidu augu izcelsmes pigmentā, bet dzelzs – hemoglobīnā.

Fotosintēzes laikā planētas veģetācija absorbē oglekļa dioksīdu un atbrīvo skābekli. Šeit ir vēl viens brīnišķīga iezīme hlorofils. Pēc aktivitātes to var salīdzināt ar hemoglobīnu, bet ietekmes apjoms uz cilvēka ķermeni ir nedaudz lielāks.

Hlorofils ir augu pigments, kas ir jutīgs pret gaismu un pārklāts ar zaļu krāsu. Tālāk seko fotosintēze, kurā tās mikrodaļiņas pārvērš saules enerģiju, ko absorbē augu šūnas, ķīmiskajā enerģijā.

Jūs varat izdarīt šādus secinājumus, ka fotosintēze ir saules enerģijas pārveidošanas process. Ja uzticamies mūsdienu informācijai, ir novērots, ka organisko vielu sintēze no oglekļa dioksīda gāzes un ūdens, izmantojot gaismas enerģiju, sadalās trīs posmos.

1. posms

Šī fāze tiek pabeigta ūdens fotoķīmiskās sadalīšanās procesā ar hlorofila palīdzību. Tiek atbrīvots molekulārais skābeklis.

2. posms

Šeit tiek novērotas vairākas redoksreakcijas. Viņi aktīvi palīdz citohromiem un citiem elektronu nesējiem. Reakcija notiek gaismas enerģijas dēļ, ko elektroni pārnes no ūdens uz NADPH un veido ATP. Šeit tiek uzkrāta gaismas enerģija.

3. posms

Pārveidošanai tiek izmantoti jau izveidoti NADPH un ATP oglekļa dioksīds ogļhidrātos. Absorbētā gaismas enerģija tiek iesaistīta 1. un 2. posma reakcijās. Pēdējās, trešās reakcijas notiek bez gaismas līdzdalības un tiek sauktas par tumšām.

Fotosintēze ir vienīgais bioloģiskais process, kas notiek, palielinoties brīvajai enerģijai. Tieši vai netieši nodrošina ķīmisko uzņēmumu divkāju, spārnotu, bezspārnu, četrkājaino un citus organismus, kas dzīvo uz zemes.

Hemoglobīns un hlorofils

Hemoglobīna un hlorofila molekulām ir sarežģīta, bet tajā pašā laikā līdzīga atomu struktūra. Kopīgs to struktūrā ir profīns - mazu gredzenu gredzens. Atšķirība ir redzama procesos, kas saistīti ar profīnu, un atomos, kas atrodas iekšpusē: dzelzs atoms (Fe) hemoglobīnā, hlorofila magnijs (Mg).

Hlorofils un hemoglobīns pēc struktūras ir līdzīgi, bet veido dažādas olbaltumvielu struktūras. Hlorofils veidojas ap magnija atomu, un hemoglobīns veidojas ap dzelzi. Ja ņemat šķidra hlorofila molekulu un atvienojat fitola asti (20 oglekļa ķēde), nomainiet magnija atomu pret dzelzi, tad pigmenta zaļā krāsa kļūs sarkana. Rezultāts ir gatava hemoglobīna molekula.

Hlorofils tiek asimilēts viegli un ātri, pateicoties tieši šādai līdzībai. Labi atbalsta organismu pie skābekļa bada. Tas piesātina asinis ar nepieciešamajiem mikroelementiem, no šejienes labāk transportē dzīvībai svarīgākās vielas uz šūnām. Savlaicīgi tiek izvadīti atkritumi, toksīni, atkritumi, kas rodas dabiskā vielmaiņas rezultātā. Tas iedarbojas uz guļošajiem leikocītiem, tos pamodinot.

Aprakstītais varonis bez bailēm un pārmetumiem aizsargā, stiprina šūnu membrānas, palīdz atjaunoties saistaudiem. Hlorofila priekšrocības ietver ātru čūlu, dažādu brūču un eroziju dzīšanu. Uzlabo imūnsistēmu, izcēla spēju apturēt DNS molekulu patoloģiskos traucējumus.

Pozitīva tendence infekciju un saaukstēšanās ārstēšanā. Šis nav viss apskatāmās vielas labo darbu saraksts.

Ilgstoša saskare ar dzelzi mitruma klātbūtnē. Iegūtā gāze, ko sauc par "deflogisticated salpeter air", vairs nemainīja savu krāsu, sajaucoties ar parasto gaisu (atšķirībā no sākotnējā "nitrātu gaisa"), un svece, kas tajā dega tikpat spilgti kā parastajā "deflogisticated gaisā", veicina šķembu sadedzināšanu. uz "deflogisticated salpeter air" pārveidošanu parastā "flogisticated air". 1) Dodiet formulas un mūsdienu nosaukumus visiem sešiem J. Prīstlija aprakstītajiem gaisa veidiem. 2) Katram no tiem sniedz vienu reakcijas vienādojumu. 54. Norvēģijas salpetrs, ko izmanto kā mēslojumu, satur 11,86% slāpekļa. 1) Iestatiet tā formulu. 2) Kāpēc šo salpetru sauc par norvēģu, jo Norvēģijā (atšķirībā no Čīles) salpetes atradņu nav? 3) Kāds sakars Voltai un Birkelandam ar norvēģu salpetru? 55. 19. gadsimta otrajā pusē krievu ķīmiķis N.N. Beketovs piedāvāja metodi metāliskā rubīdija iegūšanai. Lai to izdarītu, viņš uzkarsēja rubīdija hidroksīda un alumīnija pulvera maisījumu dzelzs cilindrā, kas aprīkots ar dzesētāja cauruli un uztvērēju. No piezīmēm N.N. Beketova: "Rubīdijs tiek virzīts pakāpeniski, plūstot uz leju kā dzīvsudrabs un saglabājot savu metālisko spīdumu, jo šāviņš operācijas laikā ir piepildīts ar ūdeņradi." 1) Uzrakstiet vienādojumu reakcijai, ko veica N.N. Beketovs. 2) Jums pazīstamajā metālu spriegumu sērijā rubīdijs atrodas daudz pa kreisi no alumīnija. Kā var izskaidrot šo reakciju? 3) Vai šo procesu var izmantot litija metāla ražošanai? 56. Jodu 1811. gadā atklāja franču ķīmiķis Bernārs Kurtuā. Stāsta, ka kādu dienu laboratorijā kaķis, kas vienmēr mierīgi sēdējis Kurtuā plecā, pēkšņi uzlēcis uz galda, kur stāvēja kolbas ar reaģentiem. Viņi avarēja, un gaisā pacēlās purpursarkanu "dūmu" - joda tvaiku - mākoņi. Nātrija jodīds, kas iegūts no aļģēm, mijiedarbojoties ar sērskābi, dod jodu I2; Tajā pašā laikā veidojas "sēra gāze" - sēra dioksīds SO2. Aprēķina kopējo gāzu tilpumu (N.C.), kas izdalās 15 g NaI mijiedarbības rezultātā ar sērskābes pārpalikumu, kā arī iegūtā gāzu maisījuma relatīvo blīvumu (gaisā) D, ja reaģenta α konversija ir 90%. 22 Teorētiskās kārtas uzdevumu piemēri 10. klasei 1. uzdevums. Uz svariem sabalansētas ķīmijas vārglāzes, kurās katrā ir 0,1 g alumīnija metāla. Kā mainīsies svaru līdzsvars, ja vienā glāzē ielej 5% šķīdumu sālsskābes sver 10 g, otrā - 5% nātrija hidroksīda šķīdums, kas sver 10 g Šķīdums: Metāliskais alumīnijs reaģē ar sālsskābi un nātrija hidroksīdu pēc vienādojumiem: 2Al + 6 HCl → 2 AlCl3 + 3 H2 2Al + 2 NaOH + 6 H2O → 2 Na + 3 H2 Ar vienādu izreaģētā alumīnija masu abos gadījumos izdalās vienāds ūdeņraža daudzums. Tāpēc, ja alumīnijs pilnībā izšķīst, tad svaru līdzsvars nemainīsies. Nepilnīgas alumīnija izšķīšanas gadījumā svaru panna atsver, kur reaģēs mazāka alumīnija daļa. 5% šķīdumi, kas sver 10 g, satur 0,5 g (10⋅0,05) sālsskābes un nātrija hidroksīda. M(Al)=27g/mol M(HCl)= 36,5 g/mol M(NaOH)= 40 g/mol 2 g reaģē ar HCl, kas sver (36,5⋅ 6) g Al, kas sver 0,1 g, reaģē ar HCl, kas sver xg x=0,406 g HCl Al, kas sver 27⋅ 2 g, reaģē ar NaOH sver (40⋅ 2) g Al ar masu 0,1 g reaģē ar NaOH ar masu y g y = 0,148 NaOH Abas vielas HCl un NaOH tiek ņemtas pārpalikumā, tāpēc pilnīga abās glāzēs notiks alumīnija izšķīšana un netiks traucēts svaru līdzsvars. 2. uzdevums. Aprēķināt relatīvo slāpekļa blīvumu gāzu maisījumam, kas sastāv no butāna C4H10, ja šajā maisījumā uz trim oglekļa atomiem ir viens skābekļa atoms. Risinājums: Formula maisījuma vidējās molmasas noteikšanai ) = 44 g/mol M(N2) = 28 g/mol 23 Pierakstīsim oglekļa atomu skaitu, pieņemot, ka maisījums satur vienu molu skābekļa atomu: ņemot vērā, ka oglekļa dioksīds satur vienu molu skābekļa atomu: ν(CO2) = ν (O) / 2 = 1 mol / 2 = 0,5 mol butānā: 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 (vid.) = = 51,78 g / mol (0,625 + 0,5) mol.) = 51.7. / 28 = 1,85 3. uzdevums. Hlorofils ir svarīgs pigments, kas nosaka augu lapu zaļo krāsu. Dedzinot skābekļa pārpalikumā 89,2 mg hlorofila, tiek iegūtas tikai šādas četras vielas: 242 mg gāzes, kas parasti ir gāzētie dzērieni; 64,8 mg šķidruma, kas ir šo dzērienu pamatā; 5,6 mg gāzes, kas ir visvairāk zemes atmosfēra un 4,00 mg balta pulvera, kas ir viegla, plaši izmantota metāla oksīds, kas veido aptuveni 2,3% no zemes garozas. 1) Par kādām vielām mēs runājam? 2) Aprēķiniet hlorofila formulu, ņemot vērā, ka tā molekulā ir tikai viens metāla atoms. 3) Uzrakstiet hlorofila degšanas reakcijas vienādojumu. 4) Vai hlorofils satur hloru? No kurienes cēlies nosaukums "hlorofils"? 5) Sniedziet piemēru dabiskai vielai, kas satur līdzīgas struktūras fragmentu. Risinājums: 1. Dzērieni ir gāzēti ar oglekļa dioksīdu, paši dzērieni pārsvarā ir ūdens, visbiežāk sastopamā gāze zemes atmosfērā ir slāpeklis, bet pulveris ir magnija oksīds. 2. Aprēķiniet elementu attiecību molekulā: 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 Attiecība C:H:N:O:Mg = 5,5:7,2:0,4:0,5:0,1 = 55:72:4:5:1, no kurienes iegūta hlorofila formula: C55H72N4O5Mg 3. C55H72N4O5Mg + 71 CO2 = 55 O2 36 H2O + 2 N2 + MgO 4. Grieķu vārds "chloros" nozīmē "zaļš". Līdz ar to gan hlora, gan hlorofila nosaukums. 5. Slavenākie ir asins krāsvielu hēms (hemoglobīns) un hēma un hlorofila atvasinājumi. 4. uzdevums. Vissavienības un Viskrievijas ķīmijas olimpiādes skolēniem dibinātājs, Maskavas Valsts universitātes profesors Alfrēds Feliksovičs Plāte teica, ka Lielā Tēvijas kara laikā viņam tika uzdots steidzami izmeklēt divu litru tilpuma metāla ampula ar sienu, kas atradās notriekta ienaidnieka kaujas kabīnē. Saskaņā ar analīzes rezultātiem šis šķidrums saturēja 22% oglekļa, 4,6% ūdeņraža un 73,4% broma (masas). Analīzes rezultāti iedzina inženierus un militāros ekspertus neizpratnē. Izsakiet savas domas par to, kādam nolūkam pilota kabīnē tika fiksēta šī plānsienu ampula ar neparastu saturu. Risinājums: Attiecība starp elementu atomu skaitu pētāmajā šķidrumā: C: H: Br \u003d (22/12) : 4,6: (73,4/80) \u003d 1,83: 4,6: 0,92 \u003d 2: 5 : 1 Izpētītā šķidruma formula ir C2H5Br. Protams, ievērojama šīs vielas daudzuma atklāšana un turklāt neparastā iepakojumā radīja neizpratni, līdz vienam no eksperimentālajiem ķīmiķiem radās pavisam vienkārša ideja: etilbromīds uzvārās + 38 °C temperatūrā un tiek ievietots pilota kabīne kā potenciāls ugunsdzēšanas līdzeklis. ! Ugunsgrēka gadījumā ampula pārsprāgst, un etilbromīda tvaiki, kas ir gandrīz 4 reizes smagāki par gaisu, kādu laiku izolē uguni, apturot uguns izplatīšanos. 5. uzdevums. Apsveriet transformāciju ķēdi: 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 Atšifrēt vielas A - I, ja zināms, ka viela A piešķir jūras ūdenim rūgtu garšu, B, C un E ir vienkāršas vielas, 1. un 4. reakcijas notiek augstā temperatūrā, 1. reakcija iet zem darbības elektriskā strāva 2. reakciju veic dietilēterī. 1) Uzrakstiet reakciju vienādojumus 1 - 6. 2) Kas var būt viela G un nosauc to. 25 Risinājums: Jūras ūdens rūgto garšu rada magnija savienojumi. Tā kā vielas A kausējuma elektrolīzē rodas divas vienkāršas vielas, ir skaidrs, ka tas ir magnija halogenīds, proti, tā hlorīds, kā izriet no 4. reakcijas. Mijiedarbojoties ar hloretānu, notiek pievienošanas reakcija. Jo halogēni piesātinātie ogļūdeņraži var iesaistīties aizvietošanas reakcijās, tad B ir magnijs. Tā kā reakcijā veidojas tikai viena viela, tad viela D ir magnija pievienošanas produkts, magnija-organiskā viela, Grignāra reaģents. A – MgCl2 B – Mg C – Cl2 D – C2H5MgCl E – C4H10 E – Ti G – C4H8 I – Mg(NO3)2 MgCl2 = Mg + Cl2 Mg + C2H5Cl = C2H5MgCl C2H5MgCl + C2H5Cl + MgCl2H2 l2 + Mg = C4H8 + MgCl2 Mg + 2 N2O4 = Mg(NO3)2 + 2 NO Atkarībā no hlora atomu savstarpējā izkārtojuma C4H8Cl2 molekulā var iegūt dažādus produktus. Ja hlora atomi atrodas pie viena oglekļa atoma, oktēns var veidoties ievērojamā daudzumā. Ja hlora atomi atrodas pie diviem blakus esošiem oglekļa atomiem, tiek iegūti nepiesātinātie ogļūdeņraži CH2=CH-CH2-CH3 (butēns-1) vai CH3-CH=CH-CH3 (butēns-2). Ja hlora atomi atrodas divu oglekļa atomu attālumā viens no otra, cikliskos ogļūdeņražus (ciklobutānu) var iegūt nelielos daudzumos. Uzdevumi priekš neatkarīgs risinājums 1. 130 ml slāpekļa, ūdeņraža un metāna maisījuma pievienoja 200 ml skābekļa un maisījumu aizdedzina. Pēc degšanas beigām un ūdens tvaiku kondensācijas kopējais tilpums tādos pašos apstākļos bija 144 ml, un pēc sadegšanas produktu izvadīšanas caur sārma šķīduma pārpalikumu tilpums samazinājās par 72 ml. Atrodiet sākotnējos slāpekļa, ūdeņraža un metāna tilpumus. 2. Noteikt struktūru un nosaukt sastāva C9H8 benzola sērijas savienojumu, ja zināms, ka tas atkrāso broma ūdeni, iekļūst Kučerova reakcijā, reaģē ar nātrija amīdu. Oksidēšana ar kālija permanganātu dod pamatsavienojumu benzoskābi. 3. Protams, jūs zināt vispārīgās formulas homologās sērijas dalībniekiem - metāns, etēns, etīns. Mēģiniet atvasināt vispārīgo formulu jebkuras 26 homologās sērijas locekļiem (ne vienmēr ogļūdeņražiem), ja ir zināma šīs sērijas pirmā locekļa formula. 4. Dedzinot hlorā kādu gāzveida ogļūdeņražu, tiek patērēts trīs reizes lielāks hlora tilpums. Un, kad tas pats ogļūdeņradis tiek sadedzināts skābeklī, oksidētāja masas patēriņš samazinās par 1,48 reizes. Kas ir ogļūdeņradis? 5. Metāna un ūdeņraža sadegšanas siltums ir attiecīgi 890 un 284 kJ/mol. 6,72 litru ūdeņraža-metāna maisījuma (n.o.) sadegšanas laikā izdalījās 148 kJ. Kāds skābekļa daudzums tika izlietots? 6. Ogļūdeņraža ar zemu viršanas temperatūru, kas eksistē divu ģeometrisku izomēru formā, tvaika blīvums ir 2,93 g/l 1215,6 GPa spiedienā un 67 °C temperatūrā. Izveidojiet tā struktūru un norādiet visu strukturālās formulas. acikliskie ogļūdeņraži tai izomēriski. 7. Sarežģītas ķīmiskās reakcijas rezultātā veidojas brombenzola C6H5Br un jodbenzola C6H5I maisījums. Lai izpētītu reakcijas mehānismu, ķīmiķim precīzi jāzina abu savienojumu procentuālais daudzums iegūtajā maisījumā. Maisījums tiek pakļauts elementu analīzei. Tomēr elementu analīze Br un I atsevišķi ne vienmēr ir iespējama. Nosakiet C6H5Br un C6H5I procentuālo daudzumu maisījumā, ja ir zināms, ka tajā ir % oglekļa, un (Br un I) summa ir 1%. 8. Etilspirta tvaiki tika sadalīti virs sakarsēta alumīnija oksīda. Iegūtā gāze tika izlaista cauri 250 ml 0,4 M broma šķīduma, līdz broma krāsa pilnībā izzuda. Kāds gāzes tilpums (n.o.s.) reaģēja ar broma ūdeni? Cik daudz produkta tas saražoja? 9. Esteru pārziepjošanu paātrina sārmu darbība. Dažu ēteru hidrolīzei parasti ņem 6% nātrija hidroksīda šķīdumu (blīvums 1,0 g/cm3) ar ātrumu 150 ml sārma šķīduma uz 1 g ētera. Cik daudz 40% (blīvums 1,4 g/cm3) jāņem, lai hidrolizētu 6 g ētera? 10. Savienojums satur ūdeņradi, masas daļa - 6,33; ogleklis, masas daļa - 15,19; skābeklis, masas daļa - 60,76, un vēl viens elements, kura atomu skaits molekulā ir vienāds ar oglekļa atomu skaitu. Nosakiet, kāda veida savienojums tas ir, kādai klasei tas pieder un kā tas uzvedas sildot. 11. Paredzēts, pamatojoties uz struktūras teoriju un iegūts A.M. Butlerovs 450 ° C temperatūrā izlaida ogļūdeņradi A virs alumīnija-hroma dehidrogenēšanas katalizatora, un tika iegūtas divas degošas gāzes: gaistošāka B un mazāk gaistoša C. Gāze C tika izlaista caur sērskābes ūdens šķīdumu ar masas daļu 64%. Notiek skābes katalizēta vielas B dimerizācija, pakļaujoties Markovņikova likumam. Šīs reakcijas rezultātā veidojas divu izomēru šķidru produktu D un D maisījums ar relatīvo molekulmasu, kas aptuveni divas reizes pārsniedz sākotnējo A. Produkti D un D pēc atdalīšanas no skābes šķīduma un žāvēšanas tika apstrādāti. ar degošu gāzi B skeleta niķeļa katalizatora klātbūtnē. No G un D izveidojās viena un tā pati viela E, ko izmanto kā standartu automobiļu degvielai ar oktānskaitli 100. Nosauciet vielas A, B, C, D, D un E. Uzrakstiet reakciju shēmas. kas notiek. 12. Noteikts daudzums ogļūdeņraža sastāva CnH2n-2 ar hlora pārpalikumu dod 21,0 g tetrahlorīda. Tas pats ogļūdeņraža daudzums ar broma pārpalikumu dod 38,8 g tetrabromīda. Atvasiniet šī ogļūdeņraža molekulāro formulu un uzrakstiet tās iespējamās strukturālās formulas. 13. Ar pilnīgu kalcija un alumīnija karbīdu maisījuma hidrolīzi veidojas gāzu maisījums, kas ir 1,6 reizes vieglāks par skābekli. Nosakiet karbīdu masas daļas sākotnējā maisījumā. 14. Hidrogenējot acetilēnu ar tilpumu 672 ml (N.O.), tika iegūts etāna un etilēna maisījums, kas atkrāso no broma šķīduma tetrahlorogleklī, kas sver 40 g, kurā broma masas daļa ir 4%. Nosaka etāna un etilēna daudzumu maisījumā un to mola frakcijas. 15. Caur virknē savienotiem elektrolizatoriem ar inertiem elektrodiem, kas satur: pirmais ir bārija hlorīda šķīdums, otrais ir kālija sulfīta šķīdums ar tādu pašu vielu daudzumu, tiek palaista elektriskā strāva. Elektrolīze tika apturēta, kad šķīduma paraugs no pirmā elektrolizatora pēc paskābināšanas ar tā pārpalikumu slāpekļskābe pārstāja izgulsnēties ar sudraba nitrāta šķīdumu, un pie šī elektrolizatora anoda izdalījās 1,12 litri gāzes. Elektrolīzes rezultātā iegūtie šķīdumi tika sajaukti. Nosaka nogulšņu sastāvu un masu. 16. Sadegot 1 molam metāna, izdalās 802 kJ siltuma. Kāds metāna tilpums jāsadedzina (N.C.), lai uzsildītu 100 g smagu vara gabalu no 20 līdz 50°C? Vara īpatnējā siltumietilpība ir 0,38 kJ/kg oC. 17. Šķidrums A reaģē ar fenolu NaOH klātbūtnē saskaņā ar shēmu A + 2 C6H5OH, veidojot aromātisku vielu B (viršanas temperatūra ir zemāka nekā fenolam), kas ar FeCl3 nedod krāsu; veidojas arī nātrija sulfāts. Nātrija sulfāts un metanols veidojas arī, karsējot A ar NaOH ūdens šķīdumu. Pamatojoties uz dotajiem problēmas nosacījumiem, nosakiet vielas A struktūru; pamato atbildi. 18. Kāds aldehīds B atrodas blakus aldehīdam A homologajā aldehīdu sērijā. 100 g aldehīda A ūdens šķīduma pievienoja 19 g aldehīda B, kura masas daļa bija 23%. AgNO3 amonjaka šķīduma pievienošana 2 g aldehīda šķīduma izraisa 4,35 g sudraba izdalīšanos. 19. Acetilēna un propēna pilnīgas sadegšanas laikā radušās gāzes ar tilpumu 1,12 l (n.o.) tiek izvadītas caur kālija hidroksīda šķīdumu ar tilpumu 0,3 l, kura molārā koncentrācija ir 0,5 mol/l. Iegūtais šķīdums var absorbēt vēl 0,448 litrus oglekļa dioksīda. Nosakiet sākotnējā maisījuma sastāvu tilpuma procentos. 20. Lai veiktu dažas ķīmiskās reakcijas laboratorijā, ir nepieciešams "absolūtais spirts", kas praktiski nesatur ūdeni. 28 Kā to var pagatavot no parasta spirta – rektificēta, kas satur apmēram 4% mitruma? 21. 30 ml propāna-butāna maisījuma sajauca eudiometrā ar 200 ml skābekļa un uzspridzināja. Pirms sprādziena reakcijas maisījuma temperatūra bija 127°C un normāls spiediens. Pēc apstākļu sasniegšanas līdz sākotnējiem gāzu tilpums eudiometrā bija 270 ml. Kāds ir propāna-butāna maisījuma sastāvs tilpuma procentos? 22. Inertās gāzes atmosfērā kalcinēti 17,5 g nezināma metāla nitrāta. Gaistošie produkti tika savākti un atdzesēti. Tas veidoja 13,5 g 70% slāpekļskābes šķīduma. Iestatiet nitrāta formulu. 23. Tika uzspridzināts metāna un skābekļa maisījums. Pēc sākuma (telpas) apstākļu sasniegšanas izrādījās, ka blīvums palielinājās pusotru reizi (salīdzinot ar sākotnējā maisījuma blīvumu). Izlaižot produktus caur Ca(OH)2 šķīduma pārpalikumu, iegūst 13 ml neuzsūktas gāzes. Aprēķināt: a) maisījumu sastāvu pirms un pēc sprādziena (pēc tilpuma); b) sākotnējā maisījuma tilpums. Dodiet reakciju vienādojumus. 24. Skābekļa pārpalikumā tika sadedzināti 1,00 g nezināmas vielas 10% šķīduma ledus etiķskābē un izlietoti 672 ml skābekļa (n.o.). Šajā gadījumā veidojās tikai ūdens (0,569 ml) un oglekļa dioksīds (708 ml n.o.). Kāds šķīdums tika sadedzināts? Ar kurām no piedāvātajām vielām tā var reaģēt: KOH, HI, CH3 - CH = CH - CH3? Uzrakstiet reakciju vienādojumus. 25. Lai neitralizētu 4,36 g skudrskābes, etiķskābes un skābeņskābes maisījuma, patērē 45 cm3 2n sārma šķīduma. Tam pašam paraugam pilnībā oksidējoties, veidojas 2464 cm3 oglekļa dioksīda (n.c.). Kāda ir skābju molārā attiecība? 26. Ogļūdeņražu, kuru relatīvais ūdeņraža blīvums ir mazāks par 25, sadegšanas rezultātā veidojas ogļskābās gāzes tilpums, kas ir 4/7 no izreaģējušā ogļūdeņraža un skābekļa tilpumu summas. Kāda ir ogļūdeņraža formula? 27. Hlora gāze tika izlaista caur karstu 10% skudrskābes šķīdumu, kas sver 75 g, līdz abu skābju masas daļas šķīdumā kļuva vienādas. Nosakiet izveidoto skābju masu. 28. XVI gs. Vācu ķīmiķis Andreass Libaviuss, karsējot sudrabainu šķidrumu ar HgCl2 pulveri un pēc tam kondensējot izdalītos tvaikus, ieguva smagu (ρ = 2,23 g/cm3) caurspīdīgu šķidrumu, ko viņš nosauca par "dzīvsudraba hlorīda spirtu". Sērūdeņraža iedarbībā uz "dzīvsudraba hlorīda" veidojas zeltaini dzeltenas plāksnes, ko sauc par "zelta lapu", un 1 tilpums "dzīvsudraba hlorīda" var reaģēt ar 383 tilpumiem sērūdeņraža (n.o.). Ja tomēr rīkoties pēc "sublimāta spirta" 29 ūdens šķīdums amonjaks, veidojas baltas hidrokso savienojuma nogulsnes ar amfoteriskām īpašībām. 1) Kāds ir sākotnējais sudrabainais šķidrums, ko izmantoja Libavius, "dzīvsudraba hlorīds" un "zelta lapa"? 2) Vai "sublimātu spirtu" var attiecināt uz polārajiem šķīdinātājiem? Kāpēc? 3) Uzrakstiet visu nosacījumā minēto ķīmisko reakciju vienādojumus. 29. Starptautiskajā ķīmiķu kongresā 1860. gadā tika pieņemta šāda definīcija: "Molekula ir mazākais reakcijā iesaistītās vielas daudzums." Šobrīd ir iespējams iegūt molekulāro nātrija hlorīdu - atsevišķu molekulu veidā, kas izolētas cietā argonā aptuveni 10 K (-263°C) temperatūrā. 1) Kā molekulārā un kristāliskā nātrija hlorīda ķīmiskā aktivitāte var atšķirties reakcijās bez šķīdinātāju līdzdalības (tādos pašos apstākļos)? 2) Kādi ir šīs atšķirības iespējamie iemesli? 30. H.A. Ārmstrongs, raksta "Ķīmija" autors Encyclopedia Britannica devītajā izdevumā (1878), rakstīja, ka Mendeļejevs urāna atomsvaram piedāvāja vērtību 240, nevis veco Berzēliusa noteikto vērtību 120. Tajā pašā laikā Ārmstrongs deva priekšroku trešajai vērtībai, kas vienāda ar 180. Kā tagad zināms, Mendeļejevam bija taisnība. Urāna piķa patiesā formula ir U3O8. Kādu formulu Berzēliuss un Ārmstrongs varētu uzrakstīt šim minerālam? 31. A.E. Favorskis 1887. gadā veica šādus pētījumus: a) 2,2-dihlorbutāna mijiedarbības ar pulverveida KOH rezultātā izveidojās ogļūdeņradis ar sastāvu C4H6, kas, apstrādājot ar sudraba oksīda amonjaka šķīdumu, radīja sudraba atvasinājumu; b) apstrādājot 2,2-dihlorbutānu ar spirta sārma šķīdumu, izveidojās tāda paša sastāva ogļūdeņradis, bet tas nereaģēja ar sudraba oksīda amonjaka šķīdumu. Sniedziet skaidrojumus šīm parādībām. 32.Pirmais Pasaules karš. Ieslēgts Rietumu fronte Beļģijā pie Ipras upes visus vācu armijas uzbrukumus atvairīja labi organizētā anglo-franču karaspēka aizsardzība. 1915. gada 22. aprīlī pulksten 17:00 no vācu pozīciju puses starp Biksšutes un Langemarkas punktiem virs zemes virsmas parādījās bālganzaļas miglas josla, kas pēc 5-8 minūtēm pacēlās tūkstoš. metrus un pārklāja franču karaspēka pozīcijas ar klusu milzu vilni. Gāzes uzbrukuma rezultātā saindējās 15 tūkstoši cilvēku, no kuriem vairāk nekā 5 tūkstoši gāja bojā kaujas laukā, un puse izdzīvojušo kļuva invalīdi. Šis uzbrukums, kas parādīja jauna veida ieroču efektivitāti, iegāja vēsturē kā "lietaina diena Iprasā" un tiek uzskatīts par ķīmiskā kara sākumu. 1) Uzrakstiet šajā gāzes uzbrukumā izmantotās vielas strukturālo (grafisko) formulu. Ja kādam atomam ir vientuļi elektronu pāri, atzīmējiet tos. 30 2) Norādiet aprakstītās vielas nosaukumu atbilstoši sistemātiskajai nomenklatūrai. Dodiet tam citus nosaukumus (triviāls utt.). 3) Uzrakstiet reakcijas vienādojumus, ar kuru palīdzību līdz šim ir saražots galvenais šīs vielas daudzums. Norādīt nosacījumus sintēzes tehnoloģiskā procesa veikšanai. 4) Izveidojiet vienādojumus šīs vielas mijiedarbības reakcijām ar ūdeni ar nātrija hidroksīda ūdens šķīdumu. 5) Iesakiet divas uz vietas pieejamās metodes šīs vielas degazēšanai, ņemot vērā, ka atklātas liesmas veidošanai nevar būt aizsargājoša iedarbība. 33. Elementi ar sērijas numuriem 110-112 tika atklāti 1994.-1996.gadā smago jonu paātrinātājā Darmštatē (Vācija) attiecīgi viena, trīs un viena atoma apjomā. Svina un bismuta mērķu bombardēšanas laikā ar joniem radās jauni elementi šādu reakciju rezultātā: 34. ??? + 208Pb → 269110Uun + n, 35. ??? + 209Bi → 272111Uuu + n, 36. ??? + 208Pb → 277112Uub + n. Meikaps pilnīgi vienādojumi kodolreakcijas, aizstājot jautājuma zīmes ar atbilstošiem ķīmisko elementu cipariem vai simboliem. Paskaidrojiet, ko nozīmē jauno elementu trīs burtu simboli. 34. In organiskā ķīmija daudzas reakcijas ir nosauktas zinātnieku vārdā, kuri tās atklāja. Uzrakstiet vienādojumus šādām reakcijām, norādot to īstenošanas nosacījumus (pa vienam konkrēts piemērs katrai reakcijai): 1) atgūšana saskaņā ar Zinin; 2) mitrināšana saskaņā ar Kučerovu; 3) oksidēšana pēc Priļežajeva; 4) nitrēšana pēc Konovalova; 5) Bayer-Wagner-Villiger oksidācija; 6) halogenēšana saskaņā ar Gell-Volhard-Zelinsky. Teorētiskās kārtas uzdevumu piemēri 11. klasei 1. uzdevums. Kad noteikts daudzums noteikta metāla mijiedarbojās ar 20% sērskābes šķīdumu ar tilpumu 214,91 ml (ρ = 1,14 g / ml), 22,53% veidojās sulfāts. Metālu un sērskābi ņem stehiometriskās attiecībās. Tāds pats metāla daudzums pilnībā mijiedarbojas ar nātrija hidroksīda šķīdumu, kas sver 80 g Aprēķiniet šajā gadījumā izveidotās vielas masas daļu. Nosakiet, kurš metāls tiek ņemts. Risinājums: atrodiet šķīduma masu un tajā esošās sērskābes saturu: m (šķīdums) \u003d V⋅ρ \u003d 214,91 ml 1,14 g / ml \u003d 245 g, m (H2SO4) \u003d m (šķīdums) ⋅ W (H2SO4) \u003d 245 g ⋅ 0,2 \u003d 49 g. Atrodiet sērskābes ķīmisko daudzumu: N (H2SO4) \u003d m / M \u003d 49 g / 98 g / mol \u003d Šis skābes daudzums satur 0,5 mols ūdeņradis, kas sver 1 g (49 2: 98). Ļaujiet metāla masai x g. Tad gala šķīduma masa ir: 31

Lekcijas plāns:

4. Hlorofila biosintēze

6. Karotinoīdi

7. Fikobilīni

1. Fotosintēzes pigmenti. hlorofilus

Lai gaisma iedarbotos uz augu organismu un it īpaši tiktu izmantota fotosintēzes procesā, tā ir jāuzņem fotoreceptoru pigmentiem. Pigmenti ir krāsainas vielas. Pigmenti absorbē noteikta viļņa garuma gaismu. Neabsorbētās saules spektra daļas tiek atspoguļotas, kas nosaka pigmentu krāsu. Tādējādi zaļais pigments hlorofils absorbē sarkanos un zilos starus, savukārt zaļie stari galvenokārt tiek atstaroti. Redzamā daļa Saules spektrs ietver viļņu garumus no 400 līdz 700 nm. Vielas, kas absorbē visu redzamo spektru, izskatās melnas.

Pigmentu sastāvs ir atkarīgs no organismu grupas sistemātiskā stāvokļa. Fotosintēzes baktērijās un aļģēs pigmenta sastāvs ir ļoti daudzveidīgs (hlorofili, bakteriohlorofili, bakteriorodopsīns, karotinoīdi, fikobilīni). To kopums un attiecība ir raksturīga dažādām grupām un lielā mērā ir atkarīga no organismu dzīvotnes. Fotosintēzes pigmenti augstākajos augos ir daudz mazāk dažādi. Plastīdos koncentrētos pigmentus var iedalīt trīs grupās: hlorofili, karotinoīdi, fikobilīni.

Svarīgākā loma fotosintēzes procesā ir zaļajiem pigmentiem – hlorofiliem. Franču zinātnieki P.Zh. Peletier un J. Caventou (1818) izdalīja zaļo vielu no lapām un nosauca to par hlorofilu (no grieķu "chloros" - zaļa un "phyllon" - lapa). Pašlaik ir zināmi aptuveni desmit hlorofili. Tie atšķiras pēc ķīmiskās struktūras, krāsas, izplatības starp dzīviem organismiem. Visi augstākie augi satur hlorofilus A Un b. Hlorofils Ar atrodami kramaļģes, hlorofilā d- sarkanajās aļģēs. Turklāt ir zināmi četri bakteriohlorofili (a, b, c Un d) kas atrodas fotosintētisko baktēriju šūnās. Zaļās baktērijas satur bakteriohlorofilus Ar Un d, purpursarkano baktēriju šūnās - bakteriohlorofīli A Un b. Galvenie pigmenti, bez kuriem nenotiek fotosintēze, ir hlorofili zaļajiem augiem un bakteriohlorofili baktērijām.

Pirmo reizi precīzs priekšstats par augstāko augu zaļo lapu pigmentiem tika iegūts, pateicoties lielākā Krievijas botāniķa M.S. Krāsas (1872-1919). Viņš izstrādāja hromatogrāfijas metodi vielu un izolētu lapu pigmentu atdalīšanai tīrā veidā. Vielu atdalīšanas hromatogrāfiskā metode ir balstīta uz to dažādo adsorbcijas spēju. Šī metode ir plaši izmantota. JAUNKUNDZE. Krāsa izlaida ekstraktu no lapas caur stikla cauruli, kas piepildīta ar pulveri - krītu vai saharozi (hromatogrāfijas kolonna). Atsevišķās pigmenta maisījuma sastāvdaļas atšķīrās ar adsorbcijas pakāpi un pārvietojās ar dažādu ātrumu, kā rezultātā tās koncentrējās dažādās kolonnas zonās. Sadalot kolonnu atsevišķās daļās (zonās) un izmantojot atbilstošu šķīdinātāju sistēmu, bija iespējams izolēt katru pigmentu. Izrādījās, ka augstāko augu lapas satur hlorofilu A un hlorofils b, kā arī karotinoīdus (karotīnu, ksantofilu utt.). Hlorofili, tāpat kā karotinoīdi, nešķīst ūdenī, bet viegli šķīst organiskajos šķīdinātājos. hlorofilus A Un b atšķiras pēc krāsas: hlorofils A ir zili zaļa nokrāsa un hlorofils b- dzeltenzaļš. Hlorofila saturs A apmēram trīs reizes vairāk hlorofila lapā b.

2. Ķīmiskās īpašības hlorofils

Pēc ķīmiskās struktūras hlorofili ir dikarboksilorganiskās skābes - hlorofilīna un divu fitola un metilspirtu atlieku esteri. Empīriskā formula ir C 55 H 72 O 5 N 4 Mg. Hlorofilīns ir slāpekli saturošs metālorganiskais savienojums, kas ir saistīts ar magnija porfirīniem.

Hlorofilā karboksilgrupu ūdeņradis ir aizstāts ar divu spirtu - metil CH 3 OH un fitola C 20 H 39 OH - atlikumiem, tāpēc hlorofils ir esteris. Ieslēgts 1. attēls, A ņemot vērā hlorofila strukturālo formulu A.

Hlorofils b atšķiras ar to, ka satur divus mazāk ūdeņraža atomus un vēl vienu skābekļa atomu (CH 3 grupas vietā CHO grupa (1. att., B) . Tā rezultātā hlorofila molekulmasa A - 893 un hlorofils b- 907. 1960. gadā R.B. Vudvards veica pilnīgu hlorofila sintēzi.

Hlorofila molekulas centrā atrodas magnija atoms, kas saistīts ar četriem pirola grupu slāpekļa atomiem. Hlorofila pirola grupām ir mainīgu divkāršo un vienotu saišu sistēma. Tā tas ir hromoforisks hlorofila grupa, kas nosaka noteiktu Saules spektra staru absorbciju un tā krāsu. Porfirīna serdes diametrs ir 10 nm, un fitola atlikuma garums ir 2 nm.

1. attēlā - Hlorofili A Un b

Attālums starp pirola grupu slāpekļa atomiem hlorofila kodolā ir 0,25 nm. Interesanti, ka magnija atoma diametrs ir 0,24 nm. Tādējādi magnijs gandrīz pilnībā aizpilda telpu starp pirola grupu slāpekļa atomiem. Tas piešķir hlorofila molekulas kodolam papildu spēku. Vairāk K.A. Timirjazevs vērsa uzmanību uz divu svarīgāko pigmentu ķīmiskās struktūras tuvumu: zaļā - lapu hlorofila un sarkanā - asins hemīna. Patiešām, ja hlorofils pieder pie magnija porfirīniem, tad hemīns pieder pie dzelzs porfirīniem. Šī līdzība nav nejauša un kalpo kā vēl viens pierādījums visas organiskās pasaules vienotībai.

Viena no hlorofila struktūras īpatnībām ir tā molekulā, kas papildus četriem heterocikliem, ir vēl viena cikliska piecu oglekļa atomu grupa - ciklopentanons. Ciklopentāna gredzens satur ļoti reaģējošu keto grupu. Ir pierādījumi, ka enolizācijas procesa rezultātā šīs keto grupas vietā hlorofila molekulai tiek pievienots ūdens.

Hlorofila molekula ir polāra, tās porfirīna kodolam ir hidrofilas īpašības, un fitola gals ir hidrofobs. Šī hlorofila molekulas īpašība nosaka tās īpašo atrašanās vietu hloroplastu membrānās. Molekulas porfirīna daļa ir saistīta ar proteīnu, un fitola ķēde ir iegremdēta lipīdu slānī.

No lapas iegūtais hlorofils viegli reaģē gan ar skābēm, gan sārmiem. Mijiedarbojoties ar sārmiem, notiek hlorofila pārziepjošana, kā rezultātā veidojas divi spirti un hlorofilīna skābes sārmains sāls. Neskartā dzīvā lapā fitols var tikt atdalīts no hlorofila hlorofilāzes enzīma ietekmē. Mijiedarbojoties ar vāju skābi, ekstrahētais hlorofils zaudē savu zaļo krāsu, veidojas savienojums feofitīns, kurā magnija atoms molekulas centrā tiek aizstāts ar diviem ūdeņraža atomiem.

Hlorofilam dzīvā, veselā šūnā ir atgriezeniska fotooksidācijas un fotoreducēšanas spēja. Spēja redoksreakcijas ir saistīta ar konjugētu dubultsaišu klātbūtni hlorofila molekulā ar mobilajām saitēm.
π-elektroni un slāpekļa atomi ar nedalītiem elektroniem. Pirola kodolu slāpeklis var tikt oksidēts (nodot elektronu) vai reducēts (pievienot elektronu).

Pētījumi ir parādījuši, ka hlorofila īpašības lapā un no tās iegūtā atšķiras, jo lapā tas ir sarežģītā kombinācijā ar olbaltumvielām. To pierāda šādi dati:

Hlorofila absorbcijas spektrs lapā atšķiras no ekstrahētā hlorofila.

No sausām lapām hlorofilu nevar iegūt ar absolūto spirtu. Ekstrakcija ir veiksmīga tikai tad, ja lapas ir samitrinātas vai spirtam pievienots ūdens, kas iznīcina saikni starp hlorofilu un olbaltumvielām.

No lapas izolētais hlorofils tiek viegli iznīcināts dažādu ietekmju (augsta skābuma, skābekļa un pat gaismas) ietekmē.

Tikmēr lapās hlorofils ir diezgan izturīgs pret visiem iepriekš minētajiem faktoriem. Jāatzīmē, ka, lai gan ievērojamais krievu zinātnieks V. N. Ļubimenko ierosināja šo kompleksu saukt par hloroglobīnu, pēc analoģijas ar hemoglobīnu, attiecības starp hlorofilu un proteīnu ir atšķirīgas nekā starp hemīnu un proteīnu. Hemoglobīnam raksturīga nemainīga attiecība – 4 hemīna molekulas uz 1 proteīna molekulu. Tikmēr hlorofila un olbaltumvielu attiecība ir atšķirīga un mainās atkarībā no augu veida, to attīstības fāzes, vides apstākļiem (no 3 līdz 10 hlorofila molekulām uz 1 proteīna molekulu). Saikni starp olbaltumvielu molekulām un hlorofilu veic nestabili kompleksi, kas veidojas olbaltumvielu molekulu skābju grupu un pirola gredzenu slāpekļa mijiedarbības laikā. Jo augstāks ir dikarboksilaminoskābju saturs olbaltumvielās, jo labāka ir to kompleksēšana ar hlorofilu (T.N. Godnee). Proteīniem, kas saistīti ar hlorofilu, ir raksturīgs zems izoelektriskais punkts (3,7-4,9). Šo olbaltumvielu molekulmasa ir aptuveni 68 kDa. Tajā pašā laikā hlorofils var mijiedarboties arī ar membrānas lipīdiem.

Svarīga molekulu īpašība hlorofils ir viņu spēja mijiedarboties vienam ar otru. Pāreja no monomēra uz agregētu formu radās divu vai vairāku molekulu mijiedarbības rezultātā, kad tās bija tuvu viena otrai. Hlorofila veidošanās procesā tā stāvoklis dzīvā šūnā dabiski mainās. Šajā gadījumā notiek tā agregācija (A.A. Krasnovskis). Tagad ir pierādīts, ka hlorofils plastīdu membrānās ir pigmenta-lipoproteīnu kompleksu veidā ar dažādu agregācijas pakāpi.

3. Fizikālās īpašības hlorofils

Kā jau minēts, hlorofils spēj selektīvi absorbēt gaismu. Dotā savienojuma absorbcijas spektru nosaka tā spēja absorbēt noteikta viļņa garuma gaismu ( noteikta krāsa). Lai iegūtu K.A. absorbcijas spektru. Timirjazevs izlaida gaismas staru cauri hlorofila šķīdumam. Dažus starus absorbēja hlorofils, un pēc tam, kad tie tika pārraidīti caur prizmu, spektrā tika atrastas melnas joslas. Tika pierādīts, ka hlorofilam tādā pašā koncentrācijā kā lapās ir divas galvenās absorbcijas līnijas sarkanajos un zili violetajos staros. . Kamēr hlorofils Ašķīdumā absorbcijas maksimums ir 429 un 660 nm, savukārt hlorofilam b- 453 un 642 nm. Tomēr jāņem vērā, ka hlorofila absorbcijas spektri lapā atšķiras atkarībā no tā stāvokļa, agregācijas pakāpes un adsorbcijas uz noteiktiem proteīniem. Tagad ir pierādīts, ka ir hlorofila formas, kas absorbē gaismu ar viļņa garumu 700, 710 un pat 720 nm. Šīs hlorofila formas, kas absorbē gaismu lielos viļņu garumos, ir īpaši svarīgas fotosintēzes procesā.

Hlorofilam piemīt spēja fluorescēt. Fluorescence ir ķermeņu mirdzums, ko ierosina apgaismojums un kas ilgst ļoti īsu laika periodu (10 8 -10 9 s). Fluorescences laikā izstarotajai gaismai vienmēr ir garāks viļņa garums nekā absorbētajai gaismai. Tas ir saistīts ar faktu, ka daļa no absorbētās enerģijas tiek atbrīvota siltuma veidā. Hlorofilam ir sarkana fluorescence.

4. Hlorofila biosintēze

Hlorofila sintēze notiek divās fāzēs: tumšā - līdz protohlorofilīdam un gaišajā - hlorofilīda veidošanās no protohlorofilīda (2. att.). Sintēze sākas ar glutamīnskābes pārvēršanu par δ-aminolevulīnskābi. 2 δ-aminolevulīnskābes molekulas tiek kondensētas porfobilinogēnā. Turklāt 4 porfobilinogēna molekulas tiek pārveidotas par protoporfirīnu IX. Magnijs tiek iekļauts gredzenā, veidojot protohlorofilīdu. Hlorofilīds veidojas gaismas un NADH klātbūtnē: protohlorofilīds + 2H + + hv → hlorofilīds

2. attēls - hlorofila biosintēzes shēma

Pigmenta molekulā ceturtajam pirola gredzenam ir pievienoti protoni. Ieslēgts pēdējais solis hlorofilīds mijiedarbojas ar fitolspirtu: hlorofilīds + fitols → hlorofils.

Tā kā hlorofila sintēze ir daudzpakāpju process, tajā ir iesaistīti dažādi enzīmi, kas acīmredzot veido polienzīmu kompleksu. Interesanti atzīmēt, ka daudzu šo fermentu proteīnu veidošanos paātrina gaisma. Gaisma netieši paātrina hlorofila prekursoru veidošanos. Viens no svarīgākajiem fermentiem ir enzīms, kas katalizē δ-aminolevulīnskābes (aminolevulināta sintāzes) sintēzi. Ir svarīgi atzīmēt, ka šī fermenta aktivitāte palielinās arī gaismā.

5. Hlorofila veidošanās apstākļi

Pētījumi par gaismas ietekmi uz hlorofila uzkrāšanos etiolētos stādos ļāva konstatēt, ka hlorofils vispirms parādās apzaļumošanas procesā. A. Spektrogrāfiskā analīze liecina, ka hlorofila veidošanās process ir ļoti ātrs. Jā, jau cauri
1 min pēc apgaismojuma sākuma pigmentam, kas izolēts no etiolētiem stādiem, ir absorbcijas spektrs, kas sakrīt ar hlorofila absorbcijas spektru A. Saskaņā ar A.A. Shlyka, hlorofils b veidojas no hlorofila A.

Pētot gaismas kvalitātes ietekmi uz hlorofila veidošanos, vairumā gadījumu atklājās sarkanās gaismas pozitīvā loma. Liela nozīme ir gaismas intensitāte. Apgaismojuma apakšējās robežas esamība hlorofila veidošanai tika parādīta eksperimentos ar V.N. Lyubimenko miežu un auzu stādiem. Izrādījās, ka apgaismojums ar 10 W elektrisko lampu 400 cm attālumā bija robeža, zem kuras hlorofila veidošanās apstājās. Ir arī apgaismojuma augšējā robeža, virs kuras tiek kavēta hlorofila veidošanās.

Tiek saukti stādi, kas audzēti gaismas trūkuma apstākļos etiolēts.Šādiem stādiem ir raksturīga izmainīta forma (iegareni kāti, neattīstītas lapas) un vāji dzeltena krāsa (tie nesatur hlorofilu). Kā minēts iepriekš, hlorofila veidošanai beigu stadijā ir nepieciešama gaisma.

Kopš J. Saksa laikiem (1864) ir zināms, ka atsevišķos gadījumos hlorofils veidojas pat tad, ja nav gaismas. Spēja veidot hlorofilu tumsā ir raksturīga organismiem evolūcijas procesa zemākajā stadijā. Tādējādi labvēlīgos uztura apstākļos dažas baktērijas tumsā var sintezēt bakteriohlorofilu. Cianobaktērijas ar pietiekamu organisko vielu daudzumu aug un veido pigmentus tumsā. Spēja veidot hlorofilu tumsā tika konstatēta arī tādās augsti organizētās aļģēs kā čaraceae. Lapkoku un aknu sūnas saglabā spēju tumsā veidot hlorofilu. Gandrīz visām skujkoku sugām, sēklām dīgstot tumsā, dīgļlapas kļūst zaļas. Šī spēja ir vairāk attīstīta skujkoku sugām, kas ir izturīgas pret ēnu. Stādiem augot tumsā, izveidojies hlorofils tiek iznīcināts, un 35.-40. dienā stādi gaismas trūkuma dēļ iet bojā. Interesanti atzīmēt, ka no izolētiem embrijiem tumsā izaudzētu skujkoku stādi hlorofilu neveido. Tomēr pietiek ar neliela nesadalīta endospermas gabaliņa klātbūtni, lai stādi sāktu zaļot. Apzaļumošana notiek pat tad, ja embrijs nonāk saskarē ar citas skuju koku sugas endospermu. Šajā gadījumā pastāv tieša korelācija starp endospermas redokspotenciāla vērtību un stādu spēju tumsā kļūt zaļiem.

Var secināt, ka evolūcijas ziņā hlorofils sākotnēji veidojās kā tumšās vielmaiņas blakusprodukts. Taču vēlāk pasaulē augi ar hlorofilu ieguva lielākas priekšrocības, pateicoties spējai izmantot saules gaismas enerģiju, un šī īpašība tika fiksēta dabiskās atlases ceļā.

Hlorofila veidošanās ir atkarīga no temperatūras. Optimālā temperatūra hlorofila uzkrāšanai ir 26-30°C. No temperatūras ir atkarīga tikai hlorofila prekursoru veidošanās (tumšā fāze). Jau izveidojušos hlorofila prekursoru klātbūtnē zaļināšanas process (gaismas fāze) norit vienādi neatkarīgi no temperatūras.

Hlorofila veidošanās ātrumu ietekmē ūdens saturs. Smaga stādu dehidratācija noved pie pilnīgas hlorofila veidošanās pārtraukšanas. Īpaši jutīga pret dehidratāciju ir protohlorofilīda veidošanās.

Vairāk V.I. Pallady vērsa uzmanību uz nepieciešamību pēc ogļhidrātiem, lai zaļināšanas process notiktu. Tieši ar to etiolētu stādu apzaļumošana gaismā ir atkarīga no to vecuma. Pēc 7-9 dienu vecuma šādos stādos strauji samazinās spēja veidot hlorofilu. Apsmidzinot ar saharozi, stādi atkal sāk intensīvi zaļot.

Hlorofila veidošanai vissvarīgākie ir minerālu uztura nosacījumi. Pirmkārt, jums ir nepieciešams pietiekams daudzums dzelzs. Ar dzelzs trūkumu pat pieaugušu augu lapas zaudē savu krāsu. Šo fenomenu sauc hloroze. Dzelzs ir svarīgs hlorofila veidošanās katalizators. Tas ir nepieciešams δ-aminolevulīnskābes sintēzes stadijā, kā arī pro-toporfirīna sintēzes stadijā. Liela nozīme hlorofila sintēzes nodrošināšanā ir normālai augu apgādei ar slāpekli un magniju, jo abi šie elementi ir daļa no hlorofila. Ar vara trūkumu hlorofils tiek viegli iznīcināts. Acīmredzot tas ir saistīts ar faktu, ka varš veicina stabilu kompleksu veidošanos starp hlorofilu un atbilstošajiem proteīniem.

Pētījums par hlorofila uzkrāšanās procesu augos veģetācijas periodā parādīja, ka maksimālais hlorofila saturs tiek noteikts līdz ziedēšanas sākumam. Pastāv pat viedoklis, ka hlorofila veidošanās palielināšanos var izmantot kā indikatoru, kas norāda uz augu gatavību ziedēšanai. Hlorofila sintēze ir atkarīga no sakņu sistēmas aktivitātes. Tātad, potējot, hlorofila saturs atvases lapās ir atkarīgs no krājuma sakņu sistēmas īpašībām. Iespējams, ka sakņu sistēmas ietekme ir saistīta ar to, ka tur veidojas hormoni (citokinīni). Divmāju augiem mātīšu lapām raksturīgs augsts hlorofila saturs.

6. Karotinoīdi

Līdzās zaļajiem pigmentiem hloroplasti un hromatofori satur pigmentus, kas pieder pie karotinoīdu grupas. Karotinoīdi ir dzelteni un oranži alifātiski pigmenti, kas iegūti no izoprēna. Karotinoīdi ir atrodami visos augstākajos augos un daudzos mikroorganismos. Šie ir visizplatītākie pigmenti ar dažādām funkcijām. Karotinoīdus, kas satur skābekli, sauc ksantofili. Galvenie karotinoīdu pārstāvji augstākajos augos ir divi pigmenti -
β- karotīns(oranža) C 40 H 56 un ksantofils(dzeltens) C 40 H 56 O 2 . Karotīns sastāv no 8 izoprēna atlikumiem (3. att.).

3. attēls – β-karotīna struktūra

Kad oglekļa ķēde tiek pārrauta uz pusēm un beigās veidojas spirta grupa, karotīns pārvēršas par 2 A vitamīna molekulām. Uzmanība tiek vērsta uz fitola – spirta, kas ir daļa no hlorofila, un oglekļa struktūras līdzību. ķēde, kas savieno karotīna jonu gredzenus. Tiek pieņemts, ka fitols rodas kā šīs karotinoīdu molekulas daļas hidrogenēšanas produkts. Gaismas absorbcija ar karotinoīdiem, to krāsa, kā arī spēja redoksreakcijas ir saistīta ar konjugētu dubultsaišu klātbūtni, β-karotīns ir divi absorbcijas maksimumi, kas atbilst viļņu garumiem 482 un 452 nm. Atšķirībā no hlorofiliem karotinoīdi neuzsūc sarkanos starus, kā arī nespēj fluorescēt. Tāpat kā hlorofils, karotinoīdi hloroplastos un hromatoforos ir ūdenī nešķīstošu kompleksu veidā ar olbaltumvielām.

Pats fakts, ka karotinoīdi vienmēr atrodas hloroplastos, liecina, ka tie piedalās fotosintēzes procesā. Tomēr nav novērots neviens gadījums, kad šis process notiek bez hlorofila. Tagad ir noskaidrots, ka karotinoīdi, absorbējot noteiktas saules spektra daļas, pārnes šo staru enerģiju uz hlorofila molekulām. Tādējādi tie veicina to staru izmantošanu, kurus hlorofils neuzsūc.

Karotinoīdu fizioloģiskā loma neaprobežojas tikai ar to līdzdalību enerģijas pārnešanā uz hlorofila molekulām. Pēc krievu pētnieka domām
DI. Sapožņikovs, ksantofili gaismā pārvēršas (violaksantīns pārvēršas zeaksantīnā), ko pavada skābekļa izdalīšanās. Šīs reakcijas darbības spektrs sakrīt ar hlorofila absorbcijas spektru, kas ļāva domāt, ka tas piedalās ūdens sadalīšanās un skābekļa izdalīšanās procesā fotosintēzes laikā.

Ir pierādījumi, ka karotinoīdi veic aizsargfunkciju, aizsargājot dažādas organiskās vielas, galvenokārt hlorofila molekulas, no iznīcināšanas gaismā fotooksidācijas laikā. Eksperimenti, kas veikti ar kukurūzas un saulespuķu mutantiem, parādīja, ka tie satur protohlorofilīdu (tumšo hlorofila prekursoru), kas gaismā pārvēršas par hlorofilu. A, bet tiek iznīcināts. Pēdējais ir saistīts ar to, ka pētītajiem mutantiem nav spēju veidot karotinoīdus.

Vairāki pētnieki norāda, ka karotinoīdiem ir noteikta loma augu seksuālajā procesā. Zināms, ka augstāko augu ziedēšanas periodā karotinoīdu saturs lapās samazinās. Tajā pašā laikā tas manāmi aug putekšņos, kā arī ziedu ziedlapiņās. Pēc P. M. Žukovska domām, mikrosporoģenēze ir cieši saistīta ar karotinoīdu metabolismu. Nenobrieduši ziedputekšņu graudi ir balti, bet nobrieduši ziedputekšņi ir dzeltenīgi oranži. Aļģu dzimumšūnās tiek novērota diferencēta pigmentu izplatība. Vīriešu dzimumšūnas ir dzeltenas un satur karotinoīdus. Sieviešu gametas satur hlorofilu. Tiek uzskatīts, ka tieši karotīns nosaka spermatozoīdu kustīgumu. Pēc V. Meviusa domām, hlamidomonas aļģu mātes šūnas veido dzimumšūnas (gametes) sākotnēji bez flagellas, šajā periodā tās vēl nevar pārvietoties ūdenī. Flagellas veidojas tikai pēc gametu apgaismošanas ar garo viļņu stariem, kurus uztver īpašs karotinoīds - krocetīns.

karotinoīdu veidošanās. Karotinoīdu sintēzei nav nepieciešama gaisma. Lapu veidošanās laikā veidojas karotinoīdi, kas uzkrājas plastīdos periodā, kad lapas rudiments pumpurā ir aizsargāts no gaismas. Apgaismošanas sākumā hlorofila veidošanos etiolētajos stādos pavada īslaicīgs karotinoīdu satura samazinājums. Taču tad karotinoīdu saturs tiek atjaunots un, palielinoties gaismas intensitātei, pat palielinās. Ir konstatēts, ka pastāv tieša korelācija starp olbaltumvielu un karotinoīdu saturu. Olbaltumvielu un karotinoīdu zudums grieztajās lapās iet roku rokā. Karotinoīdu veidošanās ir atkarīga no slāpekļa barības avota. Labvēlīgāki rezultāti par karotinoīdu uzkrāšanos tika iegūti, audzējot augus uz nitrātu fona, salīdzinot ar amonjaku. Sēra trūkums krasi samazina karotinoīdu saturu. Liela nozīme ir attiecībai - Ca / Mg in barotne. Relatīvais kalcija satura pieaugums izraisa lielāku karotinoīdu uzkrāšanos, salīdzinot ar hlorofilu. Magnija satura palielināšanās rada pretēju efektu.

7. Fikobilīni

Fikobilīni ir sarkani un zili pigmenti, kas atrodami zilaļģēs un dažās aļģēs. Pētījumi liecina, ka sarkanās aļģes un zilaļģes kopā ar hlorofilu A satur fikobilīnus. Fikobilīnu ķīmiskās struktūras pamatā ir četras pirola grupas. Atšķirībā no hlorofila, fikobilīniem ir pirola grupas, kas sakārtotas atvērtā ķēdē. (4. att.) . Fikobilīnus attēlo pigmenti: fikocianīns, fikoeritrīns Un alofikocianīns. Fikoeritrīns ir oksidēts fikocianīns. Sarkanās aļģes galvenokārt satur fikoeritrīnu, bet zilaļģes – fikocianīnu. Fikobilīni veido spēcīgus savienojumus ar olbaltumvielām (fikobilīna proteīniem). Fikobilīnu un olbaltumvielu savienojumu iznīcina tikai skābe. Tiek pieņemts, ka pigmenta karboksilgrupas saistās ar proteīna aminogrupām. Jāņem vērā, ka atšķirībā no hlorofiliem un karotinoīdiem, kas atrodas membrānās, fikobilīni ir koncentrēti īpašās granulās (fikobilisomās), kas ir cieši saistītas ar tilakoīdu membrānām.

4. attēls - fikoeritrīnu hromoforu grupa

Fikobilīni absorbē starus saules spektra zaļajā un dzeltenajā daļā. Šī ir spektra daļa, kas atrodas starp divām galvenajām hlorofila absorbcijas līnijām. Fikoeritrīns absorbē starus ar viļņa garumu 495-565 nm, bet fikocianīns - 550-615 nm. Fikobilīnu absorbcijas spektru salīdzinājums ar gaismas spektrālo sastāvu, kurā notiek fotosintēze zilaļģēs un sarkanajās aļģēs, liecina, ka tie ir ļoti tuvu. Tas liecina, ka fikobilīni absorbē gaismas enerģiju un, tāpat kā karotinoīdi, pārnes to uz hlorofila molekulu, pēc tam to izmanto fotosintēzes procesā.

Fikobilīnu klātbūtne aļģēs ir piemērs organismu pielāgošanai evolūcijas procesā, lai izmantotu saules spektra daļas, kas iekļūst cauri biezumam. jūras ūdens(hromatiskā adaptācija). Kā zināms, sarkanie stari, kas atbilst hlorofila galvenajai absorbcijas līnijai, tiek absorbēti, izejot cauri ūdens stabam. Visdziļāk iekļūst zaļie stari, kurus absorbē nevis hlorofils, bet fikobilīni.

FOTOSINTEZE (12 stundas)