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:
OHOOHClysenergiCOOH
66612
Altså bliver kuldioxid, vand og sollys til glukose og oxygen ved denne proces.
Herunder består fotosyntesen af to processer
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.
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.
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.
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.
NADPHNADPe
2
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.
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!
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
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.
23222
82114 SOOFeOFeS
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.
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!