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1、叶绿体色素的性质鉴定叶绿素的背景知识引见l叶绿素分子是由两部分组成的：中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。叶绿素分子经过卟啉环中单键和双键的改动来吸收可见光。各种叶绿素之间的构造差别很小。如叶绿素a和b仅在吡咯环上的附加基团上有差别：前者是甲基，后者是甲醛基。l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：C55H72O5N4M
2、g；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，能发生皂化反响。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。l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，与其相联的氮原子那么偏向于带负电荷，因此卟啉具有极性，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，它决议了叶绿素的脂溶性。叶绿素不参与氢的传送或氢的氧化复原，而仅以电子传送即电子得失引起的氧化复原及共轭传送直接能量传送的方式参与能量的传送。l卟啉环中的
3、镁原子可被氢离子、铜离子、锌离子所置换。用酸处置叶片，氢离子易进入叶绿体，置换镁原子构成去镁叶绿素，使叶片呈褐色。去镁叶绿素易再与铜离子结合，构成铜代叶绿素，颜色比原来更稳定。人们常根据这一原理用醋酸铜处置来保管绿色植物标本。 叶绿醇是亲脂的脂肪族链，由于它的存在而决议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。由于在构造上的差别，叶绿素a呈蓝绿色，b呈黄绿色。在光下易被氧化而退色。l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。叶绿素溶液能进展部分类似光协作用的反响，在光下使某些化合物氧化或复原。人工制备的叶
4、绿素膜在光下能产生光电位和光电流，也能催化某些氧化复原反响。叶绿素的用途l造血功能l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构造上很是类似，独一的分别就是各自的中心为镁原子与铁原子。因此，饮用叶绿素对产妇与因不测失血者会有很大的协助。l协助解除体内杀虫剂与药物残渣l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，他也发现普通上安康的人会比病患者拥有较高的血球计数，但经过吸收大量的叶绿素之后，病患者的血球计数就会添加，安康情况也会有所改善
5、。2. 类胡萝卜素l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。 l普通情况下，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
6、素比较稳定，所以叶片呈现黄色。l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同，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陈列和取向，以便于吸收和传送光能。 一一. 实验原理原理 1.1 叶叶绿素：素： 主要包括叶主要包括叶绿素素a和和b分子式分子式: Chla C55H72O5N4Mg Chlb C55H70O6N4Mg构构造造式式: 卟啉啉环化化合合物物 四四个个吡吡咯咯环与与四四个个=CH-组成成一一个个大大环,共共轭双双键构构成成一一个个大大键,环中中央央有有一一个个镁原原子子,卟啉啉环决决议叶叶绿素素
7、颜色色,也也是是吸吸收收可可见光光,并并以以诱导共共振振方方式式传送送光光能能的的根根本本所所在在,叶叶醇醇尾是由四个异戊二尾是由四个异戊二烯单位位组成的双成的双萜 Chla 蓝绿色色 Chlb 黄黄绿色色 脂脂溶溶性性: 难溶溶于于水水,仅溶溶于于酒酒精精、丙丙酮、已已醚、已已烷等有机溶等有机溶剂 卟啉啉环头部部呈呈极极性性, 具具亲水水性性; 叶叶醇醇尾尾部部具具亲脂脂性性 l皂化反响: lChla、Chlb 是双羧酸的酯 l 一个羧基被甲基酯化 可发生皂化反响l 另一个羧基被叶醇基酯化l COOCH3l C32H30ON4Mg +2KOHl COOC20H39l COOKl C32H30
8、ON4Mg +CH3OH+C20H39OHl COOK l取代反响：卟啉环中的Mg2+可被H2+、Cu2+、Zn2+取代，被Cu2+、Zn2+取代后仍坚持绿色光学特性：1吸收光谱：色素溶液随波长改动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 荧光景象：Chl溶液在透射光下呈绿色，而反射光下呈红色的景象。强度大，寿命短10-9秒 磷光： Chl溶液停顿光照后，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
9、于水 叶黄素 鲜黄色 溶于有机溶剂分子式、构造式： 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，所吸收的光能传送给叶绿素用于光协作用，维护叶绿素分子不被氧化或阳光破坏 二. 试剂与资料2.1 实验试剂： 石油石油醚沸程沸程6090、丙、丙酮、甲、甲醇、醇、氢氧化氧化钾、石英砂、碳酸、石英砂、碳酸镁、氯化化钠、醋酸醋酸铜。 2.2 仪器和器皿：器和器皿： 分光光度分光光度计、台秤、剪刀、台秤、剪刀、 研研钵、移液、移液管、漏斗、大管、漏斗、大试管、管、层析缸析缸 2.
10、3 资料：料： 新新颖菠菜叶片，不同菠菜叶片，不同颜色的花和果色的花和果实。三三. .实验操作操作 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 参与6N HCl 纸层析 荧光 皂化反响 光破坏 脱镁叶绿素 分别色素 Cu取代 四四. 实验内容实验内容4.1 叶绿素的荧光景象察看：叶绿素的荧光景象察看： 取叶绿体色素提取液少许于取叶绿体色素提取液少许于1支试管中，用反支试管中，用反射光和透射光察看提取液的颜色有何不同，射光和透射光察看提取液的颜色有何不同，反射光下察看到的提取液颜色即为叶绿素产反射光下察看到的提取液颜色即为叶绿素产生的荧光颜色。生的荧光
11、颜色。左：透射光下右：反射光下4.2 4.2 皂化作用皂化作用 在察看过荧光景象的色素提取液中参与在察看过荧光景象的色素提取液中参与1ml 20%KOH-1ml 20%KOH-甲醇溶甲醇溶液，充分摇匀，静置片刻，再参与液，充分摇匀，静置片刻，再参与5ml5ml苯苯, ,混匀，然后用滴管混匀，然后用滴管沿着管壁渐渐参与沿着管壁渐渐参与1ml1ml蒸馏水。静置片刻，溶液渐渐分为三蒸馏水。静置片刻，溶液渐渐分为三层：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，其中的色素为曾经皂化的叶绿素乙醇溶液，其中的色素为曾经皂化的叶绿素a a、b
12、 b素和少量叶素和少量叶黄素；试管底部同时出现白色沉淀。另取黄素；试管底部同时出现白色沉淀。另取4ml4ml色素提取液做色素提取液做对照，其他步骤都一样，只是不加对照，其他步骤都一样，只是不加KOH-KOH-甲醇溶液。甲醇溶液。4.3 4.3 叶绿体色素的理化性质叶绿体色素的理化性质氢和铜对叶绿素中镁的替代作用氢和铜对叶绿素中镁的替代作用 取取4ml4ml色素提取液于试管中色素提取液于试管中, ,参与数滴参与数滴5%5%盐盐酸，渐渐摇动，可见逐渐由绿色变为褐色。叶酸，渐渐摇动，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，变成了去镁叶绿素中的镁被盐酸中的氢替代，变成了去镁叶绿素。绿素。
13、 取一半上述变成了去镁叶绿素溶液，参与取一半上述变成了去镁叶绿素溶液，参与少许醋酸铜结晶，缓慢加热，这时，去镁叶绿少许醋酸铜结晶，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l对实验景象作好详细记录， 并加以解释l请对皂化反响景象做出合了解释，而不是单单用反响方程式来表示六六. 本卷须知本卷须知l实验中留意平安，石油醚、丙酮等试剂要远离火源。l研磨过程中丙酮要少量多次参与，以免研磨时四处飞溅。l过滤时不要运用滤纸而运用棉花，棉花塞在漏斗基部要松紧适当。l叶绿素要避光保管。七. 思索题1 、在本实验中参与少许二氧化硅和碳酸钙的目的各是什么? 2、荧光景象是叶绿体色素的光化学性质之一，但为什么荧光景象的产生只在色素提取液中可以看见，而在植物绿色叶片中很难看到荧光产生？3、H+和 Cu2+ 对叶绿素分子中Mg2+的取代作用有何适用价值?l4 、通常在提取叶绿体色素时都运用含有一定比例水分的有机溶剂95%乙醇或80%丙酮，为什么不能运用无水乙醇或丙酮？实验报告告1、简述实验原理、简述实验原理2、简述实验步骤、简述实验步骤3、对对各各实实验验景景象象作作好好详详细细记记录录， 并并加加以以解释。解释。
