Absorptionsspektrum for klorofyl | Rapport

Side 1

Biologirapport Undersøgelse af Klorofyl

Undersøgelse af bladenes klorofyl

Grønkorn.

Hvad der egentlig sker ved fotosyntesen.

Formål:

I denne omgang har vi fortaget os 2 forsøg, for at få den optimale viden om Klorofylet.

I det første forsøg vil vi prøve at finde ud af hvilke bølgelængder lys, som planten kan optage ved fotosyntese, altså finde plantens absorptionspekter. Vi vil også undersøge hvilke bølgelængder der egner sig bedst til fotosyntesen.

Ud fra det andet forsøg vil vi identificere plantes stoffer ved deres Rf-værdi, og ved hjælp af vores kromatogram kan vi bestemme hvilke pigmenter klorofylet består af.

Apparatur/materialer: Spektrofotometer med skriver, kuvetter, morter med pistel, glastragt,

100mL måleglas, 25 mL måleglas, filtrerpapir, kvartssand, CaCo3, 4 forskellige slags blade, kromatografipapir (Wattman papir).

Teori:

Plantens liv og vækst afhænger af om den har gode forhold. Deri indgår lys, kuldioxid, vand og næringssalte, som er uundværlig for fotosyntesen og opbygningen af plantestoffer. Dette ved vi allerede fra forrige rapport, hvor vi kunne konkludere at jo bedre fotosyntese og optagelse af næringssalte, des større bruttoprimærproduktion. Altså styrer planterne deres vækst i forhold til optagelsen af lys. Også derfor vil man opdage at der i en løvskov ikke vil være megen bunddække, da der ikke kommer tilstrækkelig meget lys ned til at planterne kan leve (kun specielle arter) Lad os lige tage fotosyntesen én gang til:

66612 ++⇒++ OHOOHClysenergiCOOH

Altså bliver kuldioxid, vand og sollys til glukose og oxygen ved denne proces.

Herunder består fotosyntesen af to processer

Side 2

Biologirapport Undersøgelse af Klorofyl

1. En del der er afhængig af lys, og derfor foregår om dagen. Her omdanner planten energien fra lyset til en brugbar energi i form af ATP og NADPH. Disse to ingredienser er grundlæggende for det næste punkt.

2. Som er mørkeprocessen(Calvins cyklus), der sjovt nok foregår om dagen. Her udnyttes ATP og NADPHén fra lysprocessen til at få den såkaldte Calvins cyklus til at køre rundt, hvor der sker en syntese af glukose. Hertil skal der dog også bruges CO2 og vand, men vand er der som oftest nok af da vand siver ind i rødderne frivilligt via passiv osmose, så egentlig er det eneste krav til mørkeprocessen, at der er nok ATP, NADPH og CO2 til stede.

Ovenstående er dog kun toppen af isbjerget. For at disse processer kan finde sted, må man helt ned i de mindste dele af planten, for at se på hvert enkelt led.

Jeg vil først tage fat i lysprocessen, da Calvin Cyklus, som er næste skridt, ikke kan virke uden denne.

Hele lysprocessen finder egentlig sted i plantens blade, der optager sollyset. Sollyset trænger ind i bladene, ind til mesofylcellerne, og derfra videre ind i nogle organeller kaldet grønkorn (kloroplast).

Lysprocessen forgår i den del af grønkornet kaldet Thylakoid, hvori klorofylmolekylet finder sted, mens Calvin Cyklus foregår i stroma.

Her rammer solstrålerne forskellige farvestoffer, men først og fremmest klorofylmolekyler, hvori fotosyntesen finder sted.

Side 3

Biologirapport Undersøgelse af Klorofyl

Et grønkorn!

Planter indeholder 2 former for klorofyl, og den gældende forskel ligger egentlig i at klorofyl-a har en ekstra CH3 gruppe mens klorofyl-b har en ekstra CHO gruppe. Denne forskel har dog en stor indflydelse på plantens optagelse af sollys, da klorofyl-b kun kan absorbere lysstråler med en bølgelængde på 400-450 nm (nanometer) mens klorofyl-a kun kan optage lys med en bølgelængde på 650-680 nm. Det vil sige at lys med en bølgelængde der ligger mellem disse to, ikke vil blive absorberet af planten, og derfor kastes tilbage. Det viser sig så sjovt nok at grønt lys ligger ved denne bølgelængde, og da det grønne lys er det eneste lys der efter fotosyntesen kastes tilbage i vores øjne, vil vi opfatte planterne som grønne!! Man kan måle plantens absorbtionsspektrum med et spektrometer. Princippet i denne er at man sætter en plantes klorofyl ind i et sample, sender lys med bestemte bølgelængder igennem den og et glas med opløsningsmiddel. Og så måler man ved hvilke bølgelængder at samplet upsamler lyset.

Side 4

Biologirapport Undersøgelse af Klorofyl

Her ses et klorofyl-a molekyle. Som man kan se er det hele bygget op omkring et magnesium molekyle med en porphyrinring omkring. Det er således det med grønt, der er anderledes fra klorofyl-b.

Man kan også måle andre farvestoffer der er i planten ved at foretage en kromatografi af klorofylen.

Herved tager man noget klorofyl, og måler de forskellige farvestoffers løbelængde(i en bestem løbevæske) Med de målte værdier kan man finde Rf-værdien, som er karekteristiske for hvert farvestof, og man kan herved bestemme plantens indhold af farverstoffer.

Afhængig af lysets bølgelængde rammer lyset grønkornets membransække og optages af én af klorofylmolekylerne eller et andet farvestof. Her sker der en række reaktioner, som er vigtige til at forstå dannelsen af ATP og NADPH.

1. reaktionen starter i fotosystem 2 hvor der dannes ATP. Det store antennemolekyle, virker som en slags indsamler af lysets stråler. Den samler så energien intenst i ét centralt klorofylmolekyle. Denne energi tilgodeser 2 elektroner, der bliver så energirige at de ikke længere kan sidde stille, og river sig løs fra klorofylmolekylet.

2. Dette resulterer i følgende reaktion hvor et vandmolekyle spaltes:

    −+
++⇒ eOHOH 2½2

22

3. Da klorofylet er i underskud af 2 elektroner, opfanger den hurtigt de to nye elektroner der blev frie ved spaltningen af vandet. Således er klorofylet igen neutralt og klar til endnu en reaktion.

Side 5

Biologirapport Undersøgelse af Klorofyl

4. Ved splatningen blev der også frigivet noget lit, samt nogle positive H protoner. Disse giver energi til protongradienten og skal senere være med til at danne ATP ud fra ADP.

5. Imidlertidig har de to løsrevne elektroner påbegyndt en mindre rejse. De bliver opsamlet af et Q-molekyle, som transporterer med over til fotosystem 1. Udervejs frigiver de energi til protongradienten, og der dannes således ATP. ( der ophobes et overskud af protoner, som presser på for at komme ud gennem små huller i membranen, når de så slippes ud, sker det med stor energi, der kan bruges til at danne ATP ud af ADP.

Således er der dannet ATP, og som en forlængelse af dette vil der blive dannet NADPH i fotosyntese 1. 2 NADPHNADPe ⇒+

+−

1. Princippet i fotosyntese 1 er egentlig det samme som i det forrige hvor 2 elektroner fririver sig, og et vandmolekyle spaltes.

2. herefter transporteres de to elektroner hen til NADP+ som der nu kan fastholde
elektronerne, og ved hjælp af en reaktion med H+ ionet, som blev frigjort ved spaltningen,

kan det ønskede stof NADPH dannes.

Men endnu er der ikke dannet glukose, altså kulhydrat! Dertil hører sig mørkeprocessen, som er ufhængig af lysenergi(se figur s.3). Dog er den utrolig afhængig af enorme energimængder, som den finder igennem lysprocessens ATP og NADPH. Derudover syntetiserer planterne glukosen ved hjælp af CO2, som der jo er tilgængelig fra luften. Dog kan det stadig blive et problem at få fat i, da planten bliver nød til at åbne sine læbeceller, som sidder på undersiden af bladet, og åbner harved for fordampningen og risikerer at dø af vandmangel. Der skal derfor være en fin balance mellemlysten til at lave fotosyntese, og brugen af vand.

Mørkeprocessen foregår i grønkornets stroma. Ligeså snart kuldioxiden bliver lukket ind med lidt vand, går en række reaktioner i gang. Til hver reaktion skal der bruges energi og enzymer(for det meste ribisco), for til sidst at blive til glukose. Processen er cyklierisk, dvs. at alle de øvrige enzymer osv. bliver gendannet, så længe at der er en tilførsel af ATP, NADPH og CO2.

Fremgangsmåde:

Vi tog ca. 3 blade, lidt kalk, der skal neutralisere syren fra bladene, samt lidt sand(til at kvase grønkornene) og hældte det i en morter. Heri knuses bladene og tilsættes nu 10-15 mL 80 % acetone.

Side 6

Biologirapport Undersøgelse af Klorofyl

Hermed er råklorofylet fremstillet, men denne er for koncentreret til at måle i spektrofotometeret, og derfor fortyndes det til farven bliver gulgrøn.

Herefter kan vi putte vores klorofyl ned i spektrofotometeret, som vil skrive en kurve over klorofylets absorbering af lys ved fotosyntese. Princippet ses nedenfor.

Spektrofotometeret er i stand til at lave et absorptionsspektrum for den pågældende væske. Dvs. en kurve som viser hvilke bælgelængder(farver) som væsken absoberer. En høj absorbtionsværdi betyder at der optages særlig meget af lys ved denne bølgelængde.Vi måler absorberings sprktrumet indenfor bølgelængderne 400nm til 700nm, da dette er bølgelængden for alm. synligt lys.

Resultater: Som det ses i vores kurver ligger absorberingsnivauet højest ved plus/minus 450nm og
plus/minus 660nm. Hvilket er meget normalt, da disse bølgelængder ligger hvor klorofyl a og b

abosrberer lyset. Dog bliver der også absorberet lidt lys ved de andre bølgelængder, bare ikke ret meget, og det meste vil derfor blive sendt tilbage i vores øjne. Det er klart at dette sker, da der også findes andre farvestoffer i klorofylet. Dette vil vi komme tilbage til at bevise ved vores andet forsøg.

Man kan se at alle vores planter optager best blåt/violet lys med en lille bølgelængde. Dette må

betyde at klorofyl-b, som opsnapper lys ved denne bølgelængde er meget vigtig for plantens fotosyntese. Klorofyl-a er den som opsnapper næst mest lys, men i forhold til den anden, er det egentlig meget lidt. Især i stjernemagnolie og bundplanten er klorofyl-b extrem vigtig. I disse planter er klorofyl-b nok også den dominerende pigment, og bladene vil derfor være mere gulgrønne end normalt!

Side 7

Biologirapport Undersøgelse af Klorofyl

Fremgangsmåde for forsøg 2:

Vi ville i dette forsøg prøve at finde ud af hvilke andre farvepigmenter der er i planten ud over klorofyl- a og b. Dette gjorde vi ved at lave en papirkromatografi. Princippet heri var at man tog noget Wattman papir, og satte en streg klorofyl 2 cm fra bunden. Spidsen sæknes så i noget 8%

acetone/92% petroleumsether. Herefter er det bare at vente, og se hvor langt hver pigment i

råklorofylet løber. Man kan herfra bestemme deres RF-værdi, som er lavet således at man kan bestemme hvilke pigmenter det indeholder. Vi har ikke fundet Rf-værdien, da vi ikke har en scala, til at bestemme de forskellige pigmenter, men ud fra et udleveret ark, har vi kunne analysere de forskellige farver, og deres rækkefølge, og derved fundet de forskellige pigmenter.

Resultatet af vores forsøg blev ganske vellykket, og du kan se vores gruppes papirkromatografi i Jannies rapport.

Efterbehandlig:

Spørgsmål:

6: Klorofylet kan extraheres ved hjælp af 80% acetone, da det lige præcis er den rette blanding af polært og upolært stof. Vand er for polært, og binder sig alt for meget til elektronerne, mens 100% acetone er for upolært og vil derfor ikke blandes med klorofylet. Med en 80% blanding finder man

det samme u/polære punkt som der er i klorofylet og det blandes derfor fint!
7+8+diskussion af kromastografi: princippet er at man vil adskille de forskelllige pigmenter, da

man ved at de har forskellig opløselighed, og de binder sig forskelligt. Fx er nogle mere polære eller upolære end andre, og vil derfor vandre kortere end andre pigmenter.

På vores papir-kromatografi ligger farverne i følgende rækkefølge(oppefra og ned)

Lys gul

Mørkegul

Lys gul

Lys grøn

Mørkegrøn

Ud fra vores skema, er det nu muligt at bestemme hvilke pigmenter der udgør de forskellige bånd.

Lys gul-carotin alpha og beta

Mørkegul-xanthophyll

Side 8

Biologirapport Undersøgelse af Klorofyl

Lys gul-carotin alpha og beta

Lys grøn-Klorofyl-b

Mørkegrøn-klorofyl-a

Deres løbelængde er betydelig forskellig, og der er selvfølgelig derfor at man kan bestemme dem fra hinanden. Derfor er det også vigtigt at tage højde for den løbevæske man bruger. Da løbelængden afhænger at opløsligheden. Hvis en pigment er let opløselig i væsken vil den nå højt op. Nogle pigmenter binder sig også let til papiret, og de vil således ikke nå særlig højt op.

Klorofyl-a og b afviger egentlig meget fra hinanden, på trods af at de kemisk er stort set identiske.

Dog har klorofyl-a et ekstra CH3 molekyle mens klorofyl-b har en CHO molekyle. Dette kan betyde at O-atomet i klorofyl-b er mere bindende, og derfor er løbelængden reduceret.

9: Er forklaret tidligere i ”Resultat” sektionen.

12+13: Når vi brænder kul og olie af på vores fabrikker frigøres SO2 i luften.

82114 SOOFeOFeS +⇒+
   23222

Dette er skadeligt for planterne både i form af ”sur regn” som nærmest ætser planterne. SO4 er også en skadelig gas, som går ind og ødelægger plantevævet idet klorofylen nedbrydes. Det vil sige at fotosyntesen nedsættes, da størstedelen af solens lys absorberes af klorofylene. Det vil sige at planterne ikke bare forringes af ætsning, men også af mangel på energi, da de ikke er i stand til at udføre en optimal fotosyntese. Det vil sige at høstudbyttet, vil blive væsentlig reduceret, da planterne ikke kan lave god fotosyntese og derved få en stor NPP.

Side 9

Biologirapport Undersøgelse af Klorofyl

Konklusion:

At vi opfatter planterne som grønne, giver meget mening, egentlig er det som vi ser, blot det som planterne afviser, så man kan vel sige at vi får del i resterne. Dog har nogle træer røde blade(rød bøg) og laver stadig fotosyntese. Dette viser sig at de indeholder meget af et andet farvepigment, der således kan absorbere lys ved andre bølgelængder, bla. Bølgelængden for grønt lys, mens den ikke kan optage rødt lys.

Derudover har vi også undersøgt alle de små under-processer er egentlig ligger i fotosyntesen.

Herfra kan man se at planten kun kan optage en vis mængde lys til fotosyntesen, da den ikke kan optage tilsvarende nok CO2 hurtigt nok til at Calvins cyklys kan fungere. Der er en grænse for hvor hurtigt planten kan optage CO2. og når man når denne grænse vil fotosyntesen være uændret, hverken højere eller lavere, ligemeget lysstyrken. Dette er rart at vide for gartnere, da de ofte bruger kunstig belysning, for at få planterne til at vokse hurtigere, og de kan derved spare penge ved at vide hvor maks lysabsobtion ligger. Ligesom landmanden der skal prøve ikke at overgøde sine marker unødvendigt, da planterne ikke kan optage det hele!