Fotosynteza.

Cześć I

Wykazanie zasadniczej roli światła w procesie fotosyntezy

Obcięliśmy kilka liści z krzemu róży. Jedną część włożyliśmy do ciemnego miejsca drugą włożyliśmy do szalki Petriego. Następnie zalaliśmy je ciepłą wodą i odczekaliśmy 5 minut. Po odlaniu wody liście naświetlone zalewamy alkoholem etylowym C2H5OH i odczekujemy chwilę. Po wyekstrahowaniu chlorofilu liście zalewamy jodyną i zostawiamy na parę minut. Czarne plamy, które pojawiły się na liściach świadczą o obecności w nich skrobi.

Następnie te same czynności powtarzamy z liściem nie naświetlonym. Kiedy zalaliśmy go jodyną nie pojawiły się czarne plamy świadczące o obecności skrobi. Powodem tego był brak fotosyntezy (liść przechowywany w ciemni i ścięty rano), czyli brak wytwarzania się energii i zarazem cukrów czyli skrobi.

Fotosynteza jest to złożony proces wytwarzania związków organicznych z dwutlenku węgla i wody kosztem energii świetlnej przebiegający według poniższej reakcji :

6CO2 + 6H2O + Energia świetlna C6H12O6 + 6O2


Fotosyntezę mogą przeprowadzać rośliny zielone zawierające chlorofil, a także bakterie zawierające bakterio chlorofil. Jest ona skomplikowanym enzymatycznym złożonym z bardzo wielu następujących po sobie reakcji, zachodzi w dwóch etapach:

W pierwszym przebiegającym w tylakoidach chloroplastów w obecności światła uczestniczą systemy barwników asymilacyjnych tzw. fotosystemy, które absorbują kwanty energii słonecznej, energia fotonów uruchamia przepływ elektronów z wody do NADP powodując fotolizę wody z wytworzeniem tlenu(który się wydziela) i zredukowanej formy NADPH tzw. siłę redukcyjną. Przepływ ten jest także sprężony syntezą ATP.

W drugim etapie, który zachodzi w stromie chloroplastów bez udziału światła energia chemiczna ATP i potencjał redukcyjny NADPH są zużywane do włączenia dwutlenku węgla w związki organiczne rośliny. Sposób wiązania dwutlenku węgla może przebiegać wg Cyklu Calvina lub wg cyklu Hatcha, Slacka, Kortschaka zw. Też cyklem C-4 , jego odmianą jest tzw. kwasowy metabolizm węgla. Zachodzi on u Roślin przystosowanych do życia w warunkach suszy, np. rośliny z rodziny gruboszowatych. Wytworzone w wyniku fotosyntezy związki organiczne i tlen stanowią pokarm i źródło energii dla człowieka i zwierząt.

Część II

Przygotowanie alkoholowego roztworu chlorofilu

Ścinamy kolejne liście z krzewu różanego i tniemy nożyczkami na drobne kawałeczki. Następnie wrzucamy je do moździerza, dodajemy piasek i ucieramy. Po chwili zalewamy 50 ml alkoholu etylowego i znowu ucieramy przez minutę. Otrzymany roztwór przesączamy i przelewamy do kolby.
Alkohol przybrał barwę zieloną, dlatego że ciałka zielone (chlorofil) wydzieliły swoje barwniki koloryzując w ten sposób płyn.

Chlorofil jest to zielony barwnik biorący udział w procesie fotosyntezy u roślin zlokalizowany w chloroplastach. Energia świetlna pochłaniana przez chlorofil warunkuje fotosyntezę.
U roślin wyższych chlorofil występuje w dwóch odmianach: niebieskozielony chlorofil a, absorbujący głównie światło fioletowe i czerwone, oraz żółtozielony chlorofil b, absorbujący głównie światło niebieskie i pomarańczowe.
Chlorofil jest kompleksem magnezu z czterema pierścieniami pirolowymi. Występujące w cząsteczce chlorofilu dwie grupy kwasowe są estryfikowane odpowiednio alkoholem metylowym i fitolem (C20H39OH).
W stanie naturalnym występują dwie odmiany chlorofilu: α i β. Odmiana (C55H72O5N4Mg) różni się od odmiany (C55H70O6N4Mg) obecnością grupy metylowej przy jednym z pierścieni pirolowych - zamiast grupy formylowej.
Chlorofil pełni rolę grupy prostetycznej chromoproteidu (białka) zwanego chloroplastyną. Analogiczną strukturę cząsteczki posiada hemoglobina.


Część III

Rozdzielenie roztworu chlorofilu na barwniki żółte i zielone

Poprzednio przygotowany roztwór chlorofilu przelewamy do probówki. Dodajemy do niego 2 ml benzyny i kilka kropel wody, zatykamy próbówkę kciukiem i wstrząsamy. Zielone barwniki przechodzą do alkoholu, natomiast żółte barwniki do benzyny. Ciałka zieleni, w zależności w jakiej substancji się znajdują przybierają odpowiedni kolor co widać na powyższym rysunku.

Barwniki roślinne są to barwne związki organiczne zawarte w roślinach, nadające im barwę. Znajdują się w soku komórkowym (cytoplazmie) lub w plastydach, jak chlorofil. Niektóre z barwników biorą udział w fotosyntezie (barwniki asymilacyjne).

Najbardziej znamienne dla roślin zabarwienie zielone pochodzi od chlorofilu, który odbija promienie podczerwone i zielone.
Żółte i pomarańczowe zabarwienie powodują barwniki bezpostaciowe lub krystaliczne tj. flawonoidy i karotenoidy, które odbijają promienie żółte i czerwone, zlokalizowane są w plastydach lub soku komórkowym. Nadają barwę korzeniom marchwi, kwiatom jaskra żółtego, pierwiosnka.
Czerwone zabarwienie pochodzi najczęściej od antocyjan, barwników rozpuszczonych w soku komórkowym. Ich barwa i kolor zależą od pH soku komórkowego i w środowisku zasadowym jest niebieska. Kwiaty niektórych roślin (np. groszku, niezapominajki), zawierające te barwniki zmieniają barwę z czerwonej na niebieską i odwrotnie w zależności od stanu podłoża i metabolizmu.
Antocujany i barwniki flawonowe mają bardzo podobną budowę chemiczną, dlatego nieznaczne zmiany w metabolizmie powodują, że blisko spokrewnione rośliny, posiadające te barwniki, mają kwiaty żółte, czerwone lub niebieskie. Różne barwy i ich odcienie zależą nie tylko od ilości barwników, ale także od jakości podłoża, w tym szczególnie od stopnia pochłaniania i odbijania promieni świetlnych przez struktury, w których barwniki są zawarte.
Białe zabarwienie jest związane z całkowitym odbiciem światła przez pęcherzyki powietrza znajdujące się w przestworach międzykomórkowych żywych tkanek, np. w płatkach płatków.
Barwniki roślinne od wieków użytkowane są przez człowieka (barwiarskie rośliny).