Photosynthese

Haben Sie sich jemals gefragt, warum sich jedes Jahr im Herbst das Laub an den Bäumen von Grün zu Gelb-, Orange- und Rottönen ändert? Was gibt den Blättern überhaupt ihre leuchtenden Farben? Die Antwort liegt in den pflanzlichen Organellen, den Chloroplasten, die Pigmente enthalten, die bestimmte Wellenlängen des Sonnenlichts absorbieren und andere reflektieren. Ein bestimmtes Pigment, Chlorophyll, ist im Sommer am häufigsten vorhanden. Es absorbiert hochenergetische, violette, blaue und rote Wellenlängen des Sonnenlichts und reflektiert grüne Wellenlängen, was den Blättern ihr grünes Aussehen verleiht. Es gibt noch andere Pigmente in den Blättern, wie z. B. Carotinoide, die rotes und gelbes Licht reflektieren. Im Herbst hören die Blätter auf, ihre Pigmente wieder aufzufüllen. Da Chlorophyll schneller abgebaut wird als die anderen Pigmente, werden die Farben dieser Carotinoide unmaskiert.

Das Vorhandensein verschiedener Pigmente in einem grünen Blatt kann mit Chromatographiepapier nachgewiesen werden, einem hydrophilen Polymer, das Moleküle basierend auf ihrer Löslichkeit in einem bestimmten Lösungsmittel trennt. Zuerst wird Blattextrakt auf das Papier geladen. Wenn das Papier in ein organisches hydrophobes Lösungsmittel getaucht wird, wandert das Lösungsmittel aufgrund der Kapillarwirkung entlang des Papiers und trennt dabei verschiedene Pigmente im Blattextrakt. Die Pigmente, die am hydrophoben sind, werden weiter nach oben auf dem Papier transportiert. Hydrophile Pigmente hingegen binden sich an Zellulose, was ihre Bewegung behindert. Nachdem alle Pigmente nach ihrer Hydrophobie sortiert wurden, können wir den Retentionsfaktor oder die Rf-Werte berechnen. Der Rf-Wert ist das Verhältnis der von einem Pigment zurückgelegten Strecke zur vom Lösungsmittel zurückgelegten Strecke. Jedes Pigment hat einen einzigartigen Rf-Wert und wir können Pigmente leicht identifizieren, indem wir die berechneten Werte mit Standards vergleichen. Die Photosynthese, der Prozess, bei dem Pflanzen Kohlendioxid, Wasser und Lichtenergie in chemische Energie und Sauerstoff umwandeln, findet hauptsächlich in den Blättern einer Pflanze statt, und Chlorophyll spielt in diesem Prozess eine entscheidende Rolle. Chloroplasten enthalten Dutzende von Chlorophyllmolekülen, von denen jedes eine bestimmte Aufgabe erfüllt und auf komplexe Weise interagiert. Letztendlich bewirkt die Lichtenergie, dass Chlorophyllmoleküle Elektronen abgeben, die in anderen Stoffwechselprozessen verwendet werden. Daher benötigt Chlorophyll eine kontinuierliche Zufuhr von Elektronen, um die Elektronen zu ersetzen, die es verliert. Diese Ersatzelektronen entstehen durch die Aufspaltung von Wassermolekülen in Protonen, Elektronen und Sauerstoffmoleküle. Bei hohen Photosyntheseraten wird Wasser schneller gespalten, um Elektronen wieder aufzufüllen, und Sauerstoff wird schnell erzeugt.

Dieses Phänomen hilft uns, die Rate der Photosynthese im Labor zu beurteilen, indem wir einfach Blattscheiben in einer Bikarbonatlösung suspendieren, in der Bikarbonat als reichhaltige Kohlenstoffquelle fungiert. Zu Beginn des Blattscheiben-Experiments werden die Gase durch Anlegen von Unterdruck mit einem Vakuum in einer Spritze aus den Blattscheiben herausgedrückt. Die Blattscheiben mit ihren ausgestoßenen Gasen werden schwerer und sinken auf den Boden der Bikarbonatlösung, wenn sie in ein Becherglas überführt werden. Bei der Photosynthese wird das Wasser in der Umgebung gespalten, um die Chlorophyllelektronen wieder aufzufüllen. Der entstehende Sauerstoff macht die Bandscheiben leichter, so dass sie mit der Zeit an die Oberfläche schwimmen. Umgebungen, die höhere Photosyntheseraten ermöglichen, haben Scheiben, die schneller schwimmen

In diesem Labor trennen und identifizieren Sie zunächst Pigmente in Spinatblättern mit Hilfe von Chromatographiepapier. Dann bestimmen Sie die Rate der Photosynthese in Wasser und in Bikarbonatlösung mit einem Blattscheibenexperiment.