Protokoll Kurstag 7. Blatt & Blattpigmente. 1) Einleitung

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1 Datum: Protokoll Kurstag 7 Blatt & Blattpigmente 1) Einleitung Einige Pflanzenzellen enthalten spezielle Farbstoffe (Pigmente), um Fotosynthese betreiben zu können, zum Schutz vor UV-Strahlung oder zur Anlockung von Tieren. Die Pigmente in Chloroplasten In grünen Laubblättern z.b. befinden sich spezielle Organellen, die Chloroplasten, in denen die Chlorophylle a und b zu finden sind. Sie dienen bei der Fotosynthese v. a. der Lichtabsorption und der Energieweiterleitung. Da sie das Licht im Bereich von nm (blaues Licht) und nm (gelbes und rotes Licht) absorbieren, wird nur das grüne Licht reflektiert und sie erscheinen uns grün. Grundlegend besteht ein Chlorophyll aus einem Porphyrinring mit einem zentralen Magnesiumatom und einem Kohlenwasserstoffrest. In den Chloroplasten finden wir nun zwei verschiedene Chlorophylle, Chlorophyll a und b, die sich in einem Rest am C-Atom 7 unterscheiden. Außerdem können in Chloroplasten auch Carotinoide vorhanden sein, die der Färbung der Pflanzenzellen dienen, um andere Organismen anzulocken. Bei der Fotosynthese unterstützen sie die Lichtabsorption im blauen Bereich. Daher erscheinen diese Pflanzenteile gelb-orange. Schließlich können Carotinoide als Radikalfänger dienen. Sie kommen in den Zellen als Carotine (reine Kohlenwasserstoffe) oder als Xanthophylle (oxidierte Carotine) vor. Die Pigmente in der Vakuole Die Vakuolen mancher Pflanzenzellen erscheinen unter dem Lichtmikroskop blau oder violett. Diese Färbung ist auf Anthocyane zurückzuführen, die dazu dienen Tiere anzulocken und damit die Vermehrung der eigenen Art zu fördern. Außerdem können sie die Zelle vor schädigender UV-Strahlung schützen, indem sie dieses Spektrum absorbieren. Der Versuch Durch Extraktion der Pigmente aus grünen Laubblättern der Spinacia oleracea (Spinat), roten Laubblättern der Coleus spec. (Buntnessel), roten Blütenblättern der Rosa spec. (Rose) und blauen Blütenblättern der Petunia spec. (Petunie) wollen wir feststellen welche Pigmente sich in den jeweiligen Pflanzen befinden. 2) Material und Methoden

2 siehe Skript 3) Ergebnisse Tabelle 1: Acetonextraktion Laub-/Blütenblätter Tabelle 2: Dünnschichtchromatographie des Laubblattextraktes von

3 Tabelle 3: Farben der Blütenblattextrakte in Abhängigkeit des ph Wertes In Tabelle 1 ist durch die farblichen Unterschiede erkennbar, welche Pigmente sich nach der Extraktion im polaren bzw. unpolaren Lösungsmittel befinden. Tabelle 2 zeigt die errechneten Rf-Werte der Dünnschichtchromatographie bei Spinat bzw. Buntnessel. Tabelle 3 zeigt die sich farblich verändernden Substanzen bei steigendem ph-wert. 4) Diskussion Die untersuchten Pigmente lassen sich durch ihre Löslichkeitseigenschaften in polaren bzw. unpolaren Lösungsmitteln charakterisieren. Chlorophylle und Carotinoide sind liphophile Pigmente und daher in unpolaren Lösungsmitteln löslich. Anthocyane hingegen sind hydrophil und lipophob und daher ausschließlich in polaren Lösungsmitteln löslich. Beides wird in den durchgeführten Versuchen bewiesen. Die Anthocyane von Petunia spec. befinden sich nach der Extraktion ausschließlich in der polaren Unterphase (Aceton- Wasser-Gemisch), die lipophilen Pigmente ausschließlich in der Oberphase (Petroleumbenzin). Diese Eigenschaften der Pigmente beschreibt zusätzlich deren Lokalisation in den Zellen der Blätter. Da Anthocyane sich in wässrigem Milieu aufhalten, werden sie in den Vakuolen der Zelle gespeichert. Deutlich erkennbar war dies bei den Plasmolyseversuchen des zweiten Kurstages mit Zellen der roten Zwiebelepidermis von Allium cepa, deren Rotfärbung auf Anthocyanen beruht. Die lipophilen Pigmente finden sich in den Thylakoidmembranen der Chloroplasten wieder und sind dort an Proteine gebunden. Proteinstrukturen konformieren sich in wässrigem Milieu dahingehend, als dass sich die hydrophilen Gruppen nach außen richten und der lipophile Teil nach innen richtet, was die Möglichkeit des Fixierens von Pigmente im lipophilen Teil eines Proteins ermöglicht. Nun unterscheiden sich die untersuchten lipophilen Pigmente der Blätter in ihrem Rf-Wert bei der durchgeführten Chromatografie. Hierbei kommt es auf die Molekülstruktur der verschiedenen Pigmente an, welche aussagt wie unpolar bzw. polar ein Molekül wirklich ist. Je unpolarer ein Molekül ist, desto weiter fließt es auf der stationären Phase, da der unpolare Bestandteil des Fließmittels das größte Fließpotential besitzt. Betacarotine sind reine Kohlenwasserstoffe, besitzen keine polaren Nebengruppen und fließen somit am

4 schnellsten. Anschließend erfolgte eine Auftrennung zwischen Chlorophyll a und Chlorophyll b. Alle Chlorphylle bestehen aus einem Porphyrinring, welcher über eine Esterbindung mit einem Phytolrest verbunden ist. Die Auftrennung in zwei verschiedene Komponenten lässt sich dadurch erklären, dass Chlorophyll b im Vergleich zu Chlorophyll a eine Hydroxigruppe anstatt einer Methylgruppe in ihrem Porphyrinring besitzt und somit geringfügig polarer ist als Chlorophyll a, welches somit schneller fließt. Lutein, Violaxanthin und Neoxanthin sind Vertreter der Xantophylle. Diese oxidierten Betacarotine besitzen einige polare Gruppen und sind deshalb in unpolarem Lösungsmittel schlechter löslich als Chlorophylle und Betacarotine und weisen somit die geringste Fließgeschwindigkeit auf. Pigmente übernehmen demnach verschiedene Aufgaben in den Zellen von Blättern und können zum einen zur Assimilation, aber auch zum Strahlungsschutz und zum Anlocken von Tieren genutzt werden. Ausschlaggebend hierzu ist die Entwicklung des Blattes, entweder zu Laubblättern (Assimilation) oder zu Blütenblättern (Anlockung). Da sich Blütenblätter aus grünen Blättern entwickeln, erscheinen sie an ihrem Blattgrund häufig leicht grünlich. Dies erklärt die leicht grünliche Verfärbung der Oberphase bei Petunia spec.. Die grünen Blätter der Buntnessel verfärben sich mit zunehmendem Alter der Pflanze rot. Ausschlaggebend hierfür ist die Transformation der Chloroplasten zu Chromoplasten. Diese Plastiden sind nicht mehr photosynthetisch aktiv, besitzen jedoch eine wichtige Speicherfunktion, da Pigmente ebenfalls als Energiereserven Verwendung finden. Die wasserlöslichen Anthocyane von Petunia spec. zeigen bei verschiedenen ph-werten unterschiedliche Verfärbungen. Diese Verfärbungen sind auf Veränderungen der Molekülstruktur durch Protolyse in saurem Milieu und durch Hydrolyse in alkalischem Milieu zurückzuführen. In saurem Milieu werden die Elektronendoppelpaarbindungen der Moleküle von den freien Protonen angegriffen und aufgelöst. Das Ergebnis ist die Reflexion roten Lichtes bei zunehmender Protolyse. Bei der Hydrolyse werden die Hydroxinebengruppen der Moleküle angegriffen, welche ein Proton an das Hydroxidion abgeben. Dadurch entsteht Wasser und ein Sauerstoffatom bleibt am Molekül zurück. Das Ergebnis hiervon ist eine gelblich Färbung des Pigmentes. In den Vakuolen von Petunia spec. muss demnach ein ph-wert zwischen 6 und 7 vorliegen, da die Blüte ansonsten nicht das gegebene Erscheinungsbild hätte. 5) Literaturhinweise 1. Strasburger Lehrbuch der Botanik, 36. Auflage, Bresinsky, Körner, Kadereit, 2008, Spektrum Verlag Taschenlehrbuch Botanik, Munk, 2009, Thieme Verlag

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