Тетрадь_Бакалавриат_ФС

Лабораторная работа № 9. ДЕМОНСТРАЦИЯ ФОТОСЕНСИБИЛИЗИРУЮЩЕЙ АКТИВНОСТИ ХЛОРОФИЛЛА

Цель: показать способность хлорофиллов к фотосенсибилизации.

Задача: определить условия, необходимые для работы ЭТЦ.

Объекты: зеленые листья различных растений.

Материалы и оборудование: этанол, кристаллическая аскорбиновая кислота (АК), насыщенный спиртовой раствор метилового красного (МК); ножницы, лампа 100 W, штатив, пробирки, ступка с пестиком, черная бумага.

Термины для самоподготовки: фотосенсибилизация (III), хлорофилл (III), фотосинтез (I, III), реакция окислительно-восстановительная (I), тилакоиды (I).

Краткие сведения

Хлорофилл в процессе фотосинтеза является участником и инициатором окислительно-восстановительных реакций. Эта способность хлорофилла прослеживается в модельном опыте с помощью двух соединений – АК и МК, обладающих окислительно-восстановительными свойствами. АК способна к необратимой окислительно-восстановительной реакции с образованием дегидроаскорбиновой кислоты (ДГАК), что сопровождается переносом электрона к акцептору:

С6Н8О6 – 2ē = С6Н6О6 + 2ē + 2Н+.

В этом заключается важнейшая функция АК в клетках живых организмов, где она выступает в качестве источника энергии, отдавая электроны и протоны в дыхательную ЭТЦ. Окислительно-восстановительный потенциал (Ео) АК равен 0,1 эВ (при рН = 5,75). АК является восстановителем, а в данной реакции – донором электронов.

МК также обладает окислительно-восстановительными свойствами, его Ео составляет 0,8 эВ. Являясь окислителем, МК в силу большей разницы потенциалов (Ео = 0,7 эВ) не может окислять АК спонтанно. Однако осуществить восстановление МК можно с помощью фотосенсибилизатора, т.е. вещества, использующего энергию света и стимулирующего химическую реакцию, но не участвующего в ней. Таким образом, моделируется принцип действия цепи окислительно-восстановительных реакций, происходящих при фотосинтезе после поглощения света молекулами хлорофилла. Транспорт электрона (ē) в окислительно-восстановительной реакции с участием фотосенсибилизатора (возбужденного хлорофилла) можно представить в виде схемы:

h

-2ē 2ē

АК (донор) хлорофилл* (фотосенсибилизатор) МК (акцептор)

-2Н+ +2Н+ h

ДГАК МК,

восстановленный до

лейкосоединения

В тилакоидной мембране хлоропласта, благодаря высокоэнергетическому электрону, хлорофилл обладает свойствами сильного восстановителя и может восстанавливать редокс-системы с большим отрицательным потенциалом. Отдаваемый при этом электрон остается высокоэнергетическим и может потратить свою энергию на последующие окислительно-восстановительные реакции, направленные на переброс протонов с наружной стороны мембраны тилакоида на внутреннюю для последующих реакций синтеза АТФ.

Ход работы

Листья растений, массой 0,5 г, размельчить в ступке с добавлением 5-6 мл этанола. Отфильтровать через бумажный фильтр, экстракт хлорофилла (ХЛ) разлить поровну в 4 пробирки по следующим вариантам.

1-я пробирка: ХЛ + несколько капель МК + 50 мг АК (на кончике скальпеля – на свету.

2-я: ХЛ + несколько капель МК + 50 мг АК – светонепроницаемый чехол (из черной бумаги).

3-я: ХЛ + несколько капель МК – на свету.

4-я пробирка: 5 мл этанола + несколько капель МК + 50 мг АК – на свету.

Наблюдения вести в течение 20 мин.

Оформление результатов

Результаты наблюдений занести в табл. 15.

Таблица 15

Обнаружение фотосенсибилизирующей активности хлорофилла

Вариант опыта

Компоненты среды, освещенность

Первона-чальный цвет раствора

Изменение цвета

Причины

(не)изменения цвета

I

ХЛ + МК + АК + свет

II

ХЛ + МК + АК + темнота

III

ХЛ + МК + свет

IV

МК + АК + свет

Сделать выводы о причинах изменения фотосенсибилизирующей активности хлорофилла (вывод № 1), роли АК (вывод № 2), МК (вывод № 3) и света (вывод № 4).

Выводы:

1)________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

2)______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

3)___________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

4)___________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

задания для самостоятельной работы

1. Заполните таблицу

Сравнительная характеристика

суккулентов и растений с С3-, С4- типом фотосинтеза

Признак

С3-растения

С4-растения

Суккуленты

Происхождение и основное местообитание

Дифференциация мезофилла

Строение хлоропластов

Первичный акцептор СО2

Ключевой фермент

Первичные ассимиляты

Локализация реакции синтеза углеводов

СО2-компенсационный пункт

Световое насыщение фотосинтеза

Наблюдаемое фотодыхание

Скорость оттока ассимилятов

Продуктивность

2. Выполните тестовые задания.

1. Общее уравнение фотосинтеза:

Ответ:

2. Логическая последовательность этапов фотосинтеза:

Фотофизический

Биохимический

Фотохимический

3. Соответствие между компонентом электрон-транспортной цепи хлоропластов и его свойством:

Пластоцианин

Периферический белок

Комплекс цитохромов b6f

Переносит только электроны

Ферредоксин

Мигрирует в толще мембраны

4. Целью фотосинтеза (для растений) является:

выделение кислорода образование органических веществ

запасание энергии образование воды

5. Этапы цикла Кальвина (С3-путь):

восстановлелние аминирование регенерация субстрата

гидролиз карбоксилирование

6. Повышению эффективности фотосинтеза на уровне макроструктуры способствует:

густая сеть жилок преобладание объема листа над его площадью

наличие устьиц плоская форма листа

7. … – это совокупность вспомогательных пигментов, передающих энергию на хлорофилл-ловушку.

Ответ:

8. Соответствие между участником биохимического этапа и его функцией

Рибулозодифосфат (РДФ)

Ключевой фермент

РДФ-карбоксилаза

Первичный субстрат

Фосфоглицериновая кислота (ФГК)

Первичный ассимилят (продукт)

9. Процесс фотосинтеза у высших растений не возможен без:

каротиноидов хлорофилла а света

запасание энергии воды хлоропластов

10. В процессе фотосинтеза происходит:

накопление энергии образование СО2

выделение кислорода выделение воды

высвобождение энергии накопление органических веществ

11. Соответствие между этапом фотосинтеза и его целью

Фотофизический

Использование АТФ и НАДФН для восстановления углекислого газа с образованием углеводов

Биохимический

Преобразование энергии возбуждения хлорофилла а в энергию химических связей АТФ, НАДФН

Фотохимический

Преобразование солнечной энергии в энергию возбуждения хлорофилла а

12. Соответствие между участником биохимического этапа и его функцией

Фосфоенолпировиноградная кислота (ФЕП)

Ключевой фермент

ФЕП-карбоксилаза

Первичный субстрат

Щавелевоуксусная кислота (ЩУК)

Первичный ассимилят (продукт)

13. Повышению эффективности фотосинтеза способствует:

дифференциация хлорофилла

преобладание поверхности внутренней мембраны хлоропласта над внешней

закрытие устьиц

закрепление хлорофилла в мембране тилакоида

14. … – это молекула хлорофилла а, к которой стекается энергия от вспомогательных пигментов.

Ответ:

15. В процессе фотосинтеза происходит:

образование углеводов образование СО2

выделение кислорода поглощение воды

высвобождение энергии

16. Хлорофилл а:

поглощает сине-фиолетовые лучи поглощает красные лучи

является фотосенсибилизатором поглощает зеленые лучи

расположен в строме хлоропласта является вспомогательным пигментом

17. Соответствие между типом биохимического этапа и его особенностью

С3-растения

Реакции фотосинтеза не разделены

С4-растения

Реакции фотосинтеза разделены в пространстве

Толстянковые растения

Реакции фотосинтеза разделены во времени

18. Логическая последовательность компонентов, вступающих в процесс фотосинтеза

Н+-АТФаза

Светособирающий комплекс

Переносчики электрон-транспортной цепи

Хлорофилл-ловушка

РДФ-карбоксилаза

19. Электрон-транспортная цепь хлоропластов:

содержит белки-переносчики

расположена на внешней мембране хлоропластов

может функционировать циклически

функционирует на биохимическом этапе

20. … – это образование молекулы АТФ в процессе фотосинтеза.

Ответ:

21. Уникальная роль процесса фотосинтеза на Земле заключается в …

накоплении органической массы

увеличении содержания углекислого газа в атмосфере

снижении парникового эффекта

увеличении содержания кислорода в атмосфере

образовании озонового экрана в верхних слоях атмосферы

уменьшении содержания воды в атмосфере

использовании соленечной энергии и ее включении в биосферные процессы

22. Каротины и ксантофиллы …

различаются по числу атомов кислорода в молекуле

не растворимы в бензине

растворимы в спирте

отличаются по окраске

являются основными пигментами фотосинтеза

обладают фотосенсибилизирующими свойствами

23. Логическая последовательность реакций, протекающих при фотофизическом этапе фотосинтеза с молекулой каротина

переход молекулы каротина в основное синглетное состояние (S0)

поглощение кванта света

переход молекулы каротина во второе синглетное возбужденное состояние (S2)

перенос энергии на молекулу хлорофилла а

переход молекулы каротина в первое синглетное возбужденное состояние (S1)

потеря электронами части поглощенной энергии в виде тепла

24. Логическая последовательность реакций, протекающих при фотофизическом этапе фотосинтеза с молекулой хлорофилла а

переход молекулы димера хлорофилла а во второе синглетное возбужденное состояние (S2)

поглощение двух квантов света

переход молекулы димера хлорофилла а в первое триплетное возбужденное состояние (Т1)

обращение спина электрона молекулы димера хлорофилла а

использование энергии возбуждения димера хлорофилла а для осуществления фотохи-мического этапа фотоситнеза

переход молекулы хлорофилла а в основное синглетное состояние (S0)

25. Общими признаками хлорофилла и соли хлорофиллиновой кислоты являются:

зеленая окраска

растворимость в бензине

растворимость в спирте

растворимость в спирте лучше, чем в бензине

фотосенсибилизирующие свойства

26. Соответствие между особенностями химической структуры молекулы хлорофилла и ее свойствами

Остаток спирта фитола

Избирательное поглощение световой энергии

Система конъюгированных связей порфиринового кольца

Определенное положения хлорофилла в мембране тилакоида

Связи между атомами азота и атомом магния

Выравнивание электронной плотности



Страницы: 1 | 2 | Весь текст