葉綠體色素的理化性質

葉綠體色素的性質鑒定葉綠體色素的理化性質共27頁，您現在瀏覽的是第1頁!葉綠素的背景知識介紹葉綠素分子是由兩部分組成的：核心部分是一個卟啉環(huán)(porphyrinring)，其功能是光吸收；另一部分是一個很長的脂肪烴側鏈，稱為葉綠醇(phytol)，葉綠素用這種側鏈插入到類囊體膜。與含鐵的血紅素基團不同的是，葉綠素卟啉環(huán)中含有一個鎂原子。葉綠素分子通過卟啉環(huán)中單鍵和雙鍵的改變來吸收可見光。各種葉綠素之間的結構差別很小。如葉綠素a和b僅在吡咯環(huán)Ⅱ上的附加基團上有差異：前者是甲基，后者是甲醛基。葉綠體色素的理化性質共27頁，您現在瀏覽的是第2頁!高等植物葉綠體中的葉綠素主要有葉綠素a和葉綠素b兩種。它們不溶于水，而溶于有機溶劑，如乙醇、丙酮、乙醚、氯仿等。葉綠素a分子式：C55H72O5N4Mg；葉綠素b分子式：C55H70O6N4Mg。在顏色上，葉綠素a呈藍綠色，而葉綠素b呈黃綠色。按化學性質來說，葉綠素是葉綠酸的酯，能發(fā)生皂化反應。葉綠酸是雙羧酸，其中一個羧基被甲醇所酯化，另一個被葉醇所酯化。葉綠體色素的理化性質共27頁，您現在瀏覽的是第3頁!葉綠素分子含有一個卟啉環(huán)的“頭部”和一個葉綠醇的“尾巴”。鎂原子居于卟啉環(huán)的中央，偏向于帶正電荷，與其相聯(lián)的氮原子則偏向于帶負電荷，因而卟啉具有極性，是親水的，可以與蛋白質結合。葉醇是由四個異戊二烯單位組成的雙萜，是一個親脂的脂肪鏈，它決定了葉綠素的脂溶性。葉綠素不參與氫的傳遞或氫的氧化還原，而僅以電子傳遞（即電子得失引起的氧化還原）及共軛傳遞（直接能量傳遞）的方式參與能量的傳遞。葉綠體色素的理化性質共27頁，您現在瀏覽的是第4頁!葉綠素不很穩(wěn)定，光、酸、堿、氧、氧化劑等都會使其分解。酸性條件下，葉綠素分子很容易失去卟啉環(huán)中的鎂成為去鎂葉綠素。葉綠素溶液能進行部分類似光合作用的反應，在光下使某些化合物氧化或還原。人工制備的葉綠素膜在光下能產生光電位和光電流，也能催化某些氧化還原反應。葉綠體色素的理化性質共27頁，您現在瀏覽的是第5頁!2.類胡蘿卜素類胡蘿卜素（carotenoid）是一類由八個異戊二烯單位組成的，含有40個碳原子的化合物，不溶于水而溶于有機溶劑。葉綠體中的類胡蘿卜素含有兩種色素，即胡蘿卜素（carotene）和葉黃素(lutein)，前者呈橙黃色，后者呈黃色。胡蘿卜素是不飽和的碳氫化合物，分子式是C40H56，有α、β、γ三種同分異構體。在一些真核藻類中還含有ε－類胡蘿卜素。葉子中常見的是β-胡蘿卜素，它在動物體內水解后即轉變?yōu)榫S生素A。葉黃素是由胡蘿卜素衍生的醇類，分子式是C40H56O2。葉綠體色素的理化性質共27頁，您現在瀏覽的是第6頁!

一.實驗原理1.1葉綠素：主要包括葉綠素a和b分子式:ChlaC55H72O5N4MgChlbC55H70O6N4Mg結構式:卟啉環(huán)化合物四個吡咯環(huán)與四個=CH-組成一個大環(huán),共軛雙鍵形成一個大π鍵,環(huán)中央有一個鎂原子,卟啉環(huán)決定葉綠素顏色,也是吸收可見光,并以誘導共振方式傳遞光能的根本所在,葉醇尾是由四個異戊二烯單位組成的雙萜Chla藍綠色Chlb黃綠色脂溶性:難溶于水,僅溶于酒精、丙酮、已醚、已烷等有機溶劑卟啉環(huán)頭部呈極性,具親水性;葉醇尾部具親脂性

葉綠體色素的理化性質共27頁，您現在瀏覽的是第7頁!皂化反應:Chla、Chlb是雙羧酸的酯一個羧基被甲基酯化可發(fā)生皂化反應另一個羧基被葉醇基酯化COOCH3C32H30ON4Mg+2KOHCOOC20H39COOKC32H30ON4Mg+CH3OH+C20H39OHCOOK取代反應：卟啉環(huán)中的Mg2+可被H2+、Cu2+、Zn2+取代，被Cu2+、Zn2+取代后仍保持綠色葉綠體色素的理化性質共27頁，您現在瀏覽的是第8頁!葉綠體色素的理化性質共27頁，您現在瀏覽的是第9頁!1.2類胡蘿卜素類胡蘿卜素胡蘿卜素橙黃色不溶于水葉黃素鮮黃色溶于有機溶劑分子式、結構式：胡蘿卜素：C40H56有α、β、γ三種同分異構體葉黃素是胡蘿卜素的衍生物，其兩端的紫羅蘭酮環(huán)第四位C上的H被OH取代，分子式為C40H56O2

類胡蘿卜素吸收光譜都在藍紫光部分，所吸收的光能傳遞給葉綠素用于光合作用，保護葉綠素分子不被氧化或陽光破壞

葉綠體色素的理化性質共27頁，您現在瀏覽的是第10頁!二.試劑與材料2.1實驗試劑：石油醚（沸程60℃∽90℃）、丙酮、甲醇、氫氧化鉀、石英砂、碳酸鎂、氯化鈉、醋酸銅。2.2儀器和器皿：分光光度計、臺秤、剪刀、研缽、移液管、漏斗、大試管、層析缸2.3材料：新鮮菠菜葉片，不同顏色的花和果實。葉綠體色素的理化性質共27頁，您現在瀏覽的是第11頁!四.實驗內容4.1葉綠素的熒光現象觀察：取葉綠體色素提取液少許于1支試管中，用反射光和透射光觀察提取液的顏色有何不同，反射光下觀察到的提取液顏色即為葉綠素產生的熒光顏色。左：透射光下右：反射光下葉綠體色素的理化性質共27頁，您現在瀏覽的是第12頁!4.3葉綠體色素的理化性質

氫和銅對葉綠素中鎂的替代作用取4ml色素提取液于試管中,加入數滴5%鹽酸，慢慢搖動，可見逐漸由綠色變?yōu)楹稚Ｈ~綠素中的鎂被鹽酸中的氫替代，變成了去鎂葉綠素。取一半上述變成了去鎂葉綠素溶液，加入少許醋酸銅結晶，緩慢加熱，這時，去鎂葉綠素中的氫又被銅取代。銅代葉綠素為何種顏色？葉綠體色素的理化性質共27頁，您現在瀏覽的是第13頁!六.注意事項實驗中注意安全，石油醚、丙酮等試劑要遠離火源。研磨過程中丙酮要少量多次加入，以免研磨時四處飛濺。過濾時不要使用濾紙而使用棉花，棉花塞在漏斗基部要松緊適當。葉綠素要避光保存。葉綠體色素的理化性質共27頁，您現在瀏覽的是第14頁!4、通常在提取葉綠體色素時都使用含有一定比例水分的有機溶劑（95%乙醇或80%丙酮），為什么不能使用無水乙醇或丙酮？葉綠體色素的理化性質共27頁，您現在瀏覽的是第15頁!卟啉環(huán)中的鎂原子可被氫離子、銅離子、鋅離子所置換。用酸處理葉片，氫離子易進入葉綠體，置換鎂原子形成去鎂葉綠素，使葉片呈褐色。去鎂葉綠素易再與銅離子結合，形成銅代葉綠素，顏色比原來更穩(wěn)定。人們常根據這一原理用醋酸銅處理來保存綠色植物標本。葉綠醇是親脂的脂肪族鏈，由于它的存在而決定了葉綠素分子的脂溶性，使之溶于丙酮、酒精、乙醚等有機溶劑中。由于在結構上的差別，葉綠素a呈藍綠色，b呈黃綠色。在光下易被氧化而退色。葉綠體色素的理化性質共27頁，您現在瀏覽的是第16頁!葉綠素的用途造血功能諾貝爾得獎人Dr.RichardWillstatter和Dr.HansFisher發(fā)現：葉綠素的分子與人體的紅血球分子在結構上很是相似，唯一的分別就是各自的核心為鎂原子與鐵原子。因此，飲用葉綠素對產婦與因意外失血者會有很大的幫助。幫助解除體內殺蟲劑與藥物殘渣營養(yǎng)學家BernardJensen博士指出，葉綠素能除去殺蟲劑與藥物殘渣的毒素，并能與輻射性物質結合而將之排出體外。此外，他也發(fā)現一般上健康的人會比病患者擁有較高的血球計數，但通過吸收大量的葉綠素之后，病患者的血球計數就會增加，健康狀況也會有所改善。葉綠體色素的理化性質共27頁，您現在瀏覽的是第17頁!一般情況下，葉片中葉綠素與類胡蘿卜素的比值約為3:1，所以正常的葉子呈現綠色。秋天，葉片中的葉綠素較易降解，數量減少，而類胡蘿卜素比較穩(wěn)定，所以葉片呈現黃色。全部的葉綠素和類胡蘿卜素都包埋在類囊體膜中，并以非共價鍵與蛋白質結合在一起，組成色素蛋白復合體（pigmentproteinplex），各色素分子在蛋白質中按一定的規(guī)律排列和取向，以便于吸收和傳遞光能。葉綠體色素的理化性質共27頁，您現在瀏覽的是第18頁!葉綠體色素的理化性質共27頁，您現在瀏覽的是第19頁!光學特性：（1）吸收光譜：色素溶液隨波長改變而發(fā)生光吸收變化的圖譜ChlaChlb的吸收光譜有二個強吸收峰640——660nm紅光部分葉綠素特有410——470nm藍紫光部分卟啉環(huán)化合物共有（2）熒光和磷光熒光現象：Chl溶液在透射光下呈綠色，而反射光下呈紅色的現象。強度大，壽命短（10-9秒）磷光：Chl溶液停止光照后，仍能在一定時間內放出暗紅色的光。壽命長（10-2秒——10-3秒）

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丙酮研磨提取葉綠素↓過濾、洗研缽及殘渣↓↓2mL丙酮提取液余下的色素提取液用石油醚萃取↓↓↓↓↓加入6NHCl紙層析熒光皂化反應光破壞（脫鎂葉綠素）↓↓分離色素Cu取代

葉綠體色素的理化性質共27頁，您現在瀏覽的是第23頁!4.2皂化作用在觀察過熒光現象的色素提取液中加入1ml20%KOH-甲醇溶液，充分搖勻，靜置片刻，再加入5ml苯,混勻，然后用滴管沿著管壁緩緩加入1ml蒸餾水。靜置片刻，溶液慢慢分為三層：上層為苯，其中的色素為類胡蘿卜素和葉黃素；下層為乙醇溶液，其中的色素為已經皂化的葉綠素a、b素和少量葉黃素；試管底部同時出現白色沉淀。另取4ml色素提取液做對照，其他步驟都一樣，只是不加KOH-甲醇溶液。葉綠體色素的理化性質共27頁，您現在瀏覽的是第24頁!五.結果與分析對實驗現象作好詳細記錄，并加以解釋請對皂化反應現象做出合理解釋，而不是單單用反應方程式來表示葉綠體色素的理化性質共27頁，您現在瀏覽的是第