פוטוסינתזה

האם אי פעם תהיתם מדוע כל עלי שלכת על עצים משתנים מירוק לגוונים של צהוב, כתום ואדום? מה נותן לעלים את הצבעים הבהירים שלהם מלכתחילה? התשובה טמונה באברונים צמחיים הנקראים כלורופלסטים המכילים פיגמנטים הבולעים אורכי גל מסוימים באור השמש ומחזירים אחרים. פיגמנט מסוים, כלורופיל, הוא הנפוץ ביותר בקיץ. הוא בולע אורכי גל עתירי אנרגיה, סגולים, כחולים ואדומים מאור השמש, ומחזיר אורכי גל ירוקים המעניקים לעלים את המראה הירוק שלהם. ישנם פיגמנטים אחרים בעלים, כגון קרוטנואידים, אשר מחזירים אור אדום וצהוב. בסתיו העלים מפסיקים לחדש את הפיגמנטים שלהם. מאחר שכלורופיל מתפרק מהר יותר משאר הפיגמנטים, הצבעים של קרוטנואידים אלה אינם מוסווים.

ניתן להדגים נוכחות של פיגמנטים שונים בעלה ירוק באמצעות נייר כרומטוגרפיה, פולימר הידרופילי המפריד מולקולות על סמך מסיסותן בממס מסוים. ראשית, תמצית העלים נטענת על הנייר. כאשר טובלים את הנייר בממס הידרופובי אורגני, הממס נע לאורך הנייר עקב פעולת נימים ובדרך הוא מפריד פיגמנטים שונים בתמצית העלה. הפיגמנטים שהם ההידרופוביים ביותר נישאים הלאה במעלה הנייר. ואילו פיגמנטים הידרופיליים נקשרים לתאית המעכבת את תנועתם. לאחר שכל הפיגמנטים ממוינים לפי ההידרופוביות שלהם, אנו יכולים לחשב את מקדם השמירה או ערכי Rf. ערך Rf הוא היחס בין המרחק שעבר פיגמנט למרחק שעבר הממס. לכל פיגמנט יש ערך Rf ייחודי ואנו יכולים לזהות פיגמנטים בקלות על ידי השוואת ערכים מחושבים לתקנים. פוטוסינתזה, התהליך שבו צמחים ממירים פחמן דו-חמצני, מים ואנרגיית אור לאנרגיה כימית ולחמצן, מתבצע בעיקר בעלים של צמח, ולכלורופיל תפקיד קריטי בתהליך זה. כלורופלסטים מכילים עשרות מולקולות כלורופיל, שכל אחת מהן מבצעת משימה מסוימת ומתקשרת בדרכים מורכבות. בסופו של דבר, אנרגיית האור גורמת למולקולות כלורופיל לוותר על אלקטרונים המשמשים בתהליכים מטבוליים אחרים. לכן, כלורופיל זקוק לאספקה רציפה של אלקטרונים כדי להחליף את אלה שהוא מאבד. אלקטרונים חלופיים אלה מגיעים מפיצול מולקולות מים לפרוטונים, אלקטרונים ומולקולות חמצן. בקצב גבוה של פוטוסינתזה, המים מתפצלים מהר יותר כדי לחדש אלקטרונים וחמצן נוצר במהירות.

תופעה זו מסייעת לנו להעריך את קצב הפוטוסינתזה במעבדה פשוט על ידי השעיית דיסקיות עלים בתמיסת ביקרבונט שבה ביקרבונט פועל כמקור עשיר של פחמן. בתחילת ניסוי דיסק העלה הגזים נדחקים החוצה מדיסקיות העלה על ידי הפעלת לחץ שלילי עם ואקום במזרק. דיסקיות העלים עם הגזים הנפלטים הופכות כבדות יותר ושוקעות לתחתית תמיסת הביקרבונט כאשר הן מועברות לכד. כאשר מתרחשת פוטוסינתזה, המים בסביבה מפוצלים על מנת לחדש אלקטרונים כלורופיל. החמצן שנוצר הופך את הדיסקים לקלים יותר וגורם להם לצוף אל פני השטח לאורך זמן. בסביבות המאפשרות קצב פוטוסינתזה גבוה יותר יש דיסקים שצפים מהר יותר.

במעבדה זו תפרידו ותזהו תחילה פיגמנטים בעלי תרד באמצעות נייר כרומטוגרפיה. לאחר מכן תוכלו להעריך את קצב הפוטוסינתזה במים ובתמיסת ביקרבונט באמצעות ניסוי דיסק עלים.