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VERSUCHSGRUPPE 1: PHOTOSYNTHESE
1c
Eigenschaften des Chlorophylls
Thorsten Nelius
Gruppe 33
20. April 1999
EINLEITUNG:
Chlorophyll, das Pigment, welches unmittelbar an der Lichtreaktion der Photosynthese
beteiligt ist, besteht aus einem hydrophilen "Kopf" und einem lipophilen "Schwanz".
Der Kopf besteht aus einem Porphyrinring (ähnlich dem Häm), der aus 4 stickstoffhaltigen
Pyrrolringen aufgebaut ist, welche untereinander durch Methinbrücken verbunden sind.
Hierdurch entsteht ein delokalisiertes -Elektronensystem aus den 11 beteiligten
Doppelbindungen. Dieses ausgedehnte -System ist für die Lichtabsorption und damit für die
Farbe des Chlorophylls verantwortlich. An diese Grundstruktur sind an den -C-Atomen für
jedes Chlorophyll kennzeichnende Reste geknüpft: So unterscheiden sich Chlorophyll a und b
nur dadurch, daß am 7. C-Atom beim Chlorophyll a eine Methyl-Gruppe und beim
Chlorophyll b eine Formyl-Gruppe gebunden ist. Im Zentrum dieses Porphyrinrings ist ein
Magnesiumion über zwei kovalente Bindungen fixiert. Beim Entfernen des Mg entsteht
Pheophytin, das eine oliv-braune Farbe hat.
Am 17. C-Atom dieser Porphyrin - Grundstruktur ist ein Propionsäurerest mit einem
langkettigen Alkohol, dem Phytol verestert. Dieser "Schwanz" an der Grundstruktur ist
verantwortlich für die lipophilen Eigenschaften der Chlorophylle und dient hauptsächlich der
Verankerung in der Membran.
Weitere Eigenschaften sind die Absorptionsmaxima im roten (640-675nm) und im blauen
(430-470 nm) Bereich und die Fluoreszenz. Fluoreszenz tritt auf, wenn die Chlorophyllmoleküle die absorbierte Lichtenergie wieder in Form von langwelligerem Licht an die
Umwelt abgeben.
Die folgenden Versuche verdeutlichen diese Eigenschaften des Chlorophylls.
MATERIAL UND METHODE:
Die genaue Versuchsdurchführung ist im Skript dargestellt.
Es wurden insgesamt 5 Teilversuche durchgeführt.
VERSUCHSERGEBNISSE:
1. Lichtabsorption durch eine Rohchlorophyllösung.
Beim Durchleuchten der Chlorophyllösung war nur noch der grüne Teil des
Lichtspektrums zu erkennen. Sehr schwach war ein roter Rand zu erkennen.
2. Vergleich dicker und dünner Chlorophyllschichten im durchfallenden Licht.
Dünne Schicht: die Lösung erscheint grün
Dicke Schicht: die Lösung erscheint grün, aber mit einem deutlichen Rotschimmer
3. Fluoreszenz des Chlorophylls.
Die methanolische Lösung fluoresziert unter der UV- Lampe, während bei Zugabe von
Wasser die Fluoreszenz erlischt.
4. Phaeophytinbildung.
Zugabe von HCl zur methanolischen Chlorophyllösung bewirkt eine Farbänderung
zum oliv-braunen hin. Zugabe von NaOH bewirkt keine Rückreaktion, die Lösung
bleibt oliv-braun.
Durch Zugabe von Cu2+ Ionen (z.B. Fehling I) wird wieder Grünfärbung erreicht.
5. Umfärben von Blättern beim Kochen.
Beim Kochen der Blätter verfärben sich diese braun.
AUSWERTUNG:
1. Die Ergebnisse verdeutlichen, daß Chlorophyll nicht im grünen Bereich des sichtbaren
Lichts absorbiert. Auch ein geringer Teil des roten Lichts wurde nicht absorbiert. Die
dunklen Stellen im Tageslichtspektrum zeigen, daß Chlorophyll diese
Wellenlängenbereiche absorbiert.
Bei Verwendung von carotinoidhaltiger Chlorophyllösung würden noch größere dunkle
Stellen auftreten, da Carotinoide auch noch Teile des Lichts in der Grünlücke der
Chlorophylls absorbieren. Eine xantophyllfreie Lösung hingegen würde einen größeren
Grünbereich durchlassen.
2. Die Tatsache, daß bei geringer Schichtdicke keine rote Färbung erkannt werden konnte,
ist keine Eigenschaft des Chlorophylls, sondern vielmehr damit zu erklären, daß unser
Auge auf grünes Licht viel sensibler reagiert, als auf rotes. Bei größerer Schichtdicke ist
die Intensität der roten Strahlung höher und somit für unser Auge wahrnehmbar.
3. Das Erlöschen der Fluoreszenz bei Wasserzugabe läßt sich damit erklären, daß die
einzelnen Chlorophyllmoleküle zu einem größeren Komplex an den Phasengrenzen
zwischen Wasser und Methanol aggregieren. (Micellenbildung). Fluoreszenz ist nur dann
möglich, wenn die absorbierte Lichtenergie nicht auf ein benachbartes Molekül übertragen
werden kann. Ein großer Teil dieser Energie wird dann wieder als Licht an die Umwelt
abgegeben. In den o.g. Molekülaggregaten wird diese Energie nicht als Licht abgegeben,
sondern auf ein benachbartes Molekül übertragen.
4. Die Zugabe von Säuren (hier HCl) zu Chlorophyll bewirkt, daß das zentrale
Magnesiumion aus der Struktur herausgelöst wird. Es entsteht oliv-braunes Phaeophytin.
Diese Reaktion ist durch Zugabe von Basen (hier NaOH) nicht reversibel.
Wenn man zu einer Phaeophytinlösung Cu2+ - Ionen (hier Fehling I) gibt, werden diese in
den Porphyrinring integriert; es entsteht ein hellgrüner Komplex, ähnlich dem des
Chlorophylls.
5. Durch kochen von Blättern bildet sich ebenfalls Phaeophytin. Vgl.4.
ZUSAMMENFASSUNG:
Diese Versuche veranschaulichen einige Eigenschaften des Chlorophylls:
- Absorption von rotem und blauem Licht, Grünlücke
- Energieabgabe durch Fluoreszenz
- Bedeutung des Mg-Ions für die Absorptionsbereiche