叶绿体色素的理化性质.ppt

叶绿体色素的性质鉴定,叶绿素的背景知识介绍,叶绿素分子是由两部分组成的：核心部分是一个卟啉环(porphyrin ring)，其功能是光吸收；另一部分是一个很长的脂肪烃侧链，称为叶绿醇(phytol)，叶绿素用这种侧链插入到类囊体膜。与含铁的血红素基团不同的是，叶绿素卟啉环中含有一个镁原子。叶绿素分子通过卟啉环中单键和双键的改变来吸收可见光。各种叶绿素之间的结构差别很小。如叶绿素a和b仅在吡咯环上的附加基团上有差异：前者是甲基，后者是甲醛基。,高等植物叶绿体中的叶绿素主要有叶绿素a 和叶绿素b 两种。它们不溶于水，而溶于有机溶剂，如乙醇、丙酮、乙醚、氯仿等。叶绿素a分子式：C55H72O5N4Mg；叶绿素b分子式：C55H70O6N4Mg。在颜色上，叶绿素a 呈蓝绿色，而叶绿素b 呈黄绿色。按化学性质来说，叶绿素是叶绿酸的酯，能发生皂化反应。叶绿酸是双羧酸，其中一个羧基被甲醇所酯化，另一个被叶醇所酯化。,叶绿素分子含有一个卟啉环的“头部”和一个叶绿醇的“尾巴”。镁原子居于卟啉环的中央，偏向于带正电荷，与其相联的氮原子则偏向于带负电荷，因而卟啉具有极性，是亲水的，可以与蛋白质结合。叶醇是由四个异戊二烯单位组成的双萜，是一个亲脂的脂肪链，它决定了叶绿素的脂溶性。叶绿素不参与氢的传递或氢的氧化还原，而仅以电子传递（即电子得失引起的氧化还原）及共轭传递（直接能量传递）的方式参与能量的传递。,卟啉环中的镁原子可被氢离子、铜离子、锌离子所置换。用酸处理叶片，氢离子易进入叶绿体，置换镁原子形成去镁叶绿素，使叶片呈褐色。去镁叶绿素易再与铜离子结合，形成铜代叶绿素，颜色比原来更稳定。人们常根据这一原理用醋酸铜处理来保存绿色植物标本。 叶绿醇是亲脂的脂肪族链，由于它的存在而决定了叶绿素分子的脂溶性，使之溶于丙酮、酒精、乙醚等有机溶剂中。由于在结构上的差别，叶绿素a呈蓝绿色，b呈黄绿色。在光下易被氧化而退色。,叶绿素不很稳定，光、酸、碱、氧、氧化剂等都会使其分解。酸性条件下，叶绿素分子很容易失去卟啉环中的镁成为去镁叶绿素。叶绿素溶液能进行部分类似光合作用的反应，在光下使某些化合物氧化或还原。人工制备的叶绿素膜在光下能产生光电位和光电流，也能催化某些氧化还原反应。,叶绿素的用途,造血功能 诺贝尔得奖人Dr.Richard Willstatter和Dr.Hans Fisher发现：叶绿素的分子与人体的红血球分子在结构上很是相似，唯一的分别就是各自的核心为镁原子与铁原子。因此，饮用叶绿素对产妇与因意外失血者会有很大的帮助。 帮助解除体内杀虫剂与药物残渣 营养学家Bernard Jensen博士指出，叶绿素能除去杀虫剂与药物残渣的毒素，并能与辐射性物质结合而将之排出体外。此外，他也发现一般上健康的人会比病患者拥有较高的血球计数，但通过吸收大量的叶绿素之后，病患者的血球计数就会增加，健康状况也会有所改善。,2. 类胡萝卜素,类胡萝卜素（carotenoid）是一类由八个异戊二烯单位组成的，含有40个碳原子的化合物，不溶于水而溶于有机溶剂。叶绿体中的类胡萝卜素含有两种色素，即胡萝卜素（carotene）和叶黄素(lutein)，前者呈橙黄色，后者呈黄色。胡萝卜素是不饱和的碳氢化合物，分子式是C40H56，有、三种同分异构体。在一些真核藻类中还含有类胡萝卜素。叶子中常见的是-胡萝卜素，它在动物体内水解后即转变为维生素A。叶黄素是由胡萝卜素衍生的醇类，分子式是C40H56O2。,一般情况下，叶片中叶绿素与类胡萝卜素的比值约为3:1，所以正常的叶子呈现绿色。秋天，叶片中的叶绿素较易降解，数量减少，而类胡萝卜素比较稳定，所以叶片呈现黄色。 全部的叶绿素和类胡萝卜素都包埋在类囊体膜中，并以非共价键与蛋白质结合在一起，组成色素蛋白复合体（pigment protein complex），各色素分子在蛋白质中按一定的规律排列和取向，以便于吸收和传递光能。,一. 实验原理 1.1 叶绿素： 主要包括叶绿素a和b 分子式: Chla C55H72O5N4Mg Chlb C55H70O6N4Mg 结构式: 卟啉环化合物 四个吡咯环与四个=CH-组成一个大环,共轭双键形成一个大键,环中央有一个镁原子,卟啉环决定叶绿素颜色,也是吸收可见光,并以诱导共振方式传递光能的根本所在,叶醇尾是由四个异戊二烯单位组成的双萜 Chla 蓝绿色 Chlb 黄绿色 脂溶性: 难溶于水,仅溶于酒精、丙酮、已醚、已烷等有机溶剂 卟啉环头部呈极性, 具亲水性; 叶醇尾部具亲脂性,皂化反应: Chla、Chlb 是双羧酸的酯 一个羧基被甲基酯化 可发生皂化反应 另一个羧基被叶醇基酯化 COOCH3 C32H30ON4Mg +2KOH COOC20H39 COOK C32H30ON4Mg +CH3OH+C20H39OH COOK 取代反应：卟啉环中的Mg2+可被H2+、Cu2+、Zn2+取代，被Cu2+、Zn2+取代后仍保持绿色,光学特性：,（1）吸收光谱：色素溶液随波长改变而发生光吸收变化的图谱 Chla Chlb的吸收光谱有二个强吸收峰 640660nm 红光部分 叶绿素特有 410470nm 蓝紫光部分 卟啉环化合物共有 （2）荧光和磷光 荧光现象：Chl溶液在透射光下呈绿色，而反射光下呈红色的现象。强度大，寿命短（10-9秒） 磷光： Chl溶液停止光照后，仍能在一定时间内放出暗红色的光。 寿命长（10-2秒10-3秒）,1.2 类胡萝卜素,类胡萝卜素 胡萝卜素 橙黄色 不溶于水 叶黄素 鲜黄色 溶于有机溶剂 分子式、结构式： 胡萝卜素：C40H56 有、三种同分异构体 叶黄素是胡萝卜素的衍生物，其两端的紫罗兰酮环第四位C上的H被OH取代，分子式为C40H56O2 类胡萝卜素吸收光谱都在蓝紫光部分，所吸收的光能传递给叶绿素用于光合作用，保护叶绿素分子不被氧化或阳光破坏,二. 试剂与材料,2.1 实验试剂： 石油醚（沸程6090）、丙酮、甲醇、氢氧化钾、石英砂、碳酸镁、氯化钠、醋酸铜。 2.2 仪器和器皿： 分光光度计、台秤、剪刀、 研钵、移液管、漏斗、大试管、层析缸 2.3 材料： 新鲜菠菜叶片，不同颜色的花和果实。,三.实验操作,丙酮研磨提取叶绿素 过滤、洗研钵及残渣 2mL丙酮提取液 余下的色素提取液用石油醚萃取 加入6N HCl 纸层析 荧光 皂化反应 光破坏 （脱镁叶绿素） 分离色素 Cu取代,四. 实验内容 4.1 叶绿素的荧光现象观察： 取叶绿体色素提取液少许于1支试管中，用反射光和透射光观察提取液的颜色有何不同，反射光下观察到的提取液颜色即为叶绿素产生的荧光颜色。,左：透射光下 右：反射光下,4.2 皂化作用,在观察过荧光现象的色素提取液中加入1ml 20%KOH-甲醇溶液，充分摇匀，静置片刻，再加入5ml苯,混匀，然后用滴管沿着管壁缓缓加入1ml蒸馏水。静置片刻，溶液慢慢分为三层：上层为苯，其中的色素为类胡萝卜素和叶黄素；下层为乙醇溶液，其中的色素为已经皂化的叶绿素a、b素和少量叶黄素；试管底部同时出现白色沉淀。另取4ml色素提取液做对照，其他步骤都一样，只是不加KOH-甲醇溶液。,4.3 叶绿体色素的理化性质,氢和铜对叶绿素中镁的替代作用 取4ml色素提取液于试管中,加入数滴5%盐酸，慢慢摇动，可见逐渐由绿色变为褐色。叶绿素中的镁被盐酸中的氢替代，变成了去镁叶绿素。 取一半上述变成了去镁叶绿素溶液，加入少许醋酸铜结晶，缓慢加热，这时，去镁叶绿素中的氢又被铜取代。铜代叶绿素为何种颜色？,五. 结果与分析,对实验现象作好详细记录， 并加以解释 请对皂化反应现象做出合理解释，而不是单单用反应方程式来表示,六. 注意事项,实验中注意安全，石油醚、丙酮等试剂要远离火源。 研磨过程中丙酮要少量多次加入，以免研磨时四处飞溅。 过滤时不要使用滤纸而使用棉花，棉花塞在漏斗基部要松紧适当。 叶绿素要避光保存。,七. 思考题,1 、在本实验中加入少许二氧化硅和碳酸钙的目的各是什么? 2、荧光现象是叶绿体色素的光化学性质之一，但为什么荧光现象的