Научно - исследовательская работа по теме "Комплексные соединения. Гемоглобин и хлорофилл"

Районный конкурс научно-исследовательских работ школьников «Шаг в науку»

Изучение комплексных соединений

на примере хлорофилла и гемоглобина

Автор: Пешкова Алина Андреевна

ученица 10а класса МБОУ Верх-

Усуглинской средней

общеобразовательной школы

Научный руководитель: учитель химии

и географии Пляскина Т. В.

с. Верх – Усугли

2018- 2019

Краткая аннотация

Изучение комплексных соединений

на примере хлорофилла и гемоглобина

Пешкова Алина Андреевна

Россия, Забайкальский край, Тунгокоченский район, с. Верх-Усугли,

МБОУ Верх-Усуглинская СОШ, 10а класс

Цель работы: Изучение важнейших комплексных соединений - хлорофилла и гемоглобина, их сравнение и выполнение экспериментов, выявляющих их свойства.

Работа включает в себя план исследований, научную статью, экспериментальную часть и заключение. Во введении обосновывается актуальность, ставятся цель и задачи. В основной части рассматривается, что такое комплексные соединения, их строение, биологическое значение и применение. Подробнее рассматриваются наиболее известные комплексные соединения - гемоглобин и хлорофилл, которые удивительно похожи. И далее идет их сравнительная характеристика. Затем описывается экспериментальная часть. В конце работы сформулированы выводы.

Содержание работы соответствует поставленным задачам. Материал излагается логично, научным языком. При написании работы используются следующие приемы: эксперимент, обобщение, сравнение, анализ литературных источников, интернета. Данный материал имеет практическую значимость. Материал этой работы можно использовать для проведения классных часов, на уроках химии, биологии, экологии, физики, во внеклассной работе по этим предметам.

Руководитель: Пляскина Т.В

Аннотация

Изучение комплексных соединений

на примере хлорофилла и гемоглобина

Пешкова Алина Андреевна

Россия, Забайкальский край, Тунгокоченский район, с. Верх-Усугли,

МБОУ Верх-Усуглинская СОШ, 10а класс

Работа включает в себя план исследований, научную статью, практическую часть, заключение.

Актуальность: Комплексные соединения в школьной программе рассматриваются очень мало. На уроках химии в 9 классе я узнала, что такое комплексные соединения при изучении темы «Металлы». Мне захотелось узнать о них больше, и я решила выполнить научно-исследовательскую работу на эту тему.

Меня заинтересовали вопросы: Какие еще существуют комплексные соединения? Какие комплексные соединения могут встретиться в нашей жизни? Где их применяют и каково их биологическое значение?

Комплексы вызывают огромный интерес. Они объединяют в себе органическую и неорганическую химию. Их используют как катализаторы при получении полимеров и химической переработке нефти, в производстве кислот, СМС и лаков, для устранения жёсткости воды, для получения металлов высокой степени чистоты, в аналитической химии, в медицине – в качестве стимуляторов важных биохимических процессов. Успехи теоретической и прикладной химии за последние годы во многом связаны именно с изучением комплексов. Это сложные и необычные по своему строению вещества, которые мне очень интересны. 

Цель моей работы: Изучение важнейших комплексных соединений - хлорофилла и гемоглобина, их сравнение и проведение экспериментов, выявляющих их свойства.

Объект исследования: комплексные соединения, хлорофилл, гемоглобин.

Предмет исследования: строение, свойства, биологическое значение и применение хлорофилла и гемоглобина.

Задачи:

1. Изучить литературные источники и Интернет-ресурсы по теме

2. Обобщить и сравнить найденную информацию.

3. Провести эксперименты

4. Сделать выводы.

Содержание работы соответствует поставленным задачам. Материал излагается логично, доступно научным языком.

При написании работы используются следующие методы: анализ литературы по данной теме, данных из интернета, обобщение, сравнение, эксперимент.

В процессе работы я приобрела знания вне школьной программы. Материал может использоваться на уроках естественного цикла (химия, физика, биология) и во внеклассной работе по этим предметам.

Руководитель: учитель химии и географии Пляскина Т.В.

Изучение комплексных соединений

на примере хлорофилла и гемоглобина

Пешкова Алина Андреевна

Россия, Забайкальский край, Тунгокоченский район, с. Верх-Усугли,

МБОУ Верх-Усуглинская СОШ, 10а класс

План исследований

Цель моей работы: Изучение важнейших комплексных соединений – хлорофилла и гемоглобина, их сравнение и проведение экспериментов, выявляющих их свойства.

Объект исследования: комплексные соединения, хлорофилл, гемоглобин.

Предмет исследования: строение, свойства, биологическое значение и применение хлорофилла и гемоглобина

Задачи:

1. Изучить литературные источники и Интернет-ресурсы по теме

2. Обобщить и сравнить найденную информацию

3. Провести опыты

4. Сделать выводы.

Гипотезы:

• можно выделить хлорофилл и гемоглобин из их природных источников;

• возможна замена центрального атома в молекулах хлорофилла и гемоглобина;

• химические свойства хлорофилла и гемоглобина сходны.

Методы исследования: 1. Изучение литературы.

2. Химический эксперимент.

3.Обобщение, сравнение и систематизация информации.

Этапы работы:

1. Собрать и изучить теоритический материал по теме.

2. Подготовить и провести эксперименты.

3. Сделать выводы.

Данную работу можно использовать на уроках естественного цикла (биология, химия, физика) и во внеклассной работе.

Библиографический список

Интернет-ресурсы:

1. http://www.xumuk.ru/encyklopedia/1684.html

2. http://ru.wikipedia.org/wiki.

3. http://www.alhimik.ru

4. 1. Гольд В.М., Гаевский Н.А. и др. Физиология растений. (электронный ресурс): конспект лекций, Красноярск: ИПК СФУ, 2008.

5. Алехина Н.Д., Балнокин Ю.В., Гавриленко В.Ф. и др. Под ред. Ермакова И.П. - М.: Академия, 2005. - 640 с.

6. Лебедев С.И. Физиология растений. - 3-е изд., перераб. и доп. - М.: Агропромиздат, 1988. - 544 с.

7. Медведев С.С. Физиология растений: Учебник. - СПб.: Изд-во С.-Петерб. ун-та, 2004. - 336 с.

8. Полевой В.В. Физиология растений: Учеб для биол. спец. вузов. - М.: Высш. шк., 1989. - 464 с.

9. Якушкина Н.И., Бахтенко Е.Ю. Физиология растений: учебник. - М.: Владос, 2004, - 463 с.  

2.Что такое комплексные соединения

2.1. Состав и строение комплексных соединений

Ко́мплексные соединения  или координационные соединения  — это соединения (нейтральные молекулы или ионы), которые образуются в результате присоединения к данному иону (или атому), называемому комплексообразователем, нейтральных молекул или других ионов, называемых лигандами.

Теория комплексных соединений (координационная теория) была предложена в 1893 г. А. Вернером. Согласно теории в неорганических молекулярных соединениях центральное ядро составляют комплексообразующие атомы. Вокруг центральных атомов расположено определённое число других атомов или молекул. Число атомов, сгруппированных вокруг центрального ядра, Вернер назвал координационным числом. В 1913 г. Вернеру была присуждена Нобелевская премия по химии за эту теорию.

Комплексное соединение состоит из внутренней и внешней сферы. Центральная частица, вокруг которой расположены окружающие ее лиганды, называется комплексообразователем. Число лигандов комплексообразователя называется координационным числом.

2.2. Биологическое значение комплексных соединений

Комплексные соединения имеют большое значение для живых организмов.

Организм представляет систему, состоящую из множества комплексообразователей и лигандов, с определенным соотношением между ними. Нарушение баланса приводит к развитию патологических состояний. Поэтому изучение процессов взаимодействия «металл–лиганд» необходимо для поиска новых лекарств.

В процессах обмена веществ основную роль играет биокатализ, в котором участвуют биокомплексы Fe, Co, Mn, Zn, Мо, Mg, Сu, Сr. Они различаются по устойчивости: специфичные, в которых замена металла даже на близкий по свойствам элемент приводит к значительной или полной утрате физиологической активности (хлорофилл, витамин В12, гемоглобин и некоторые металлоферменты) и неспецифичные, в которых металл может быть заменен другим металлом без потери физиологической активности. В настоящее время известно и изучено около 700 различных ферментов, 25 % которых составляют металлоферменты.

Известные всем, гемоглобин и хлорофилл также являются комплексными соединениями железа и магния соответственно.

Семейство витаминов В₁₂ участвуют в катаболизме жиров и белков, синтезе метионина и процессах кроветворения. Недостаток витамина В₁₂ приводит к развитию анемии и дегенерации нервных тканей.

Еще одним важнейшим классом бионеорганических комплексов металлов являются транспортные комплексы. Низкомолекулярный белок металлотионеин переносит Zn, Cu и Se. При отравлениях тяжелыми металлами (Сd, Hg, Pb, Ag, As) данный белок выполняет защитную функцию, связывая их в прочные и относительно малотоксичные комплексы.

Непосредственное введение в организм катионов физиологически важных микроэлементов (Fe²⁺, Fe³⁺, Zn²⁺, Cu²⁺, Co²⁺, Mn²⁺, Cr³⁺) в форме неорганических солей (например, хлоридов или сульфатов) обычно неэффективно в лечении. Эта проблема может быть решена правильным подбором элементов в виде координационных соединений. Так, для лечения анемии, вызванной недостатком железа и кобальта, данные элементы должны вводиться в виде координационных соединений.

2.3. Применение комплексных соединений

Комплексные соединения находят широкое применение в различных отраслях промышленности.

Химические методы извлечения металлов из руд связаны с образованием комплексных соединений. Например, так получают золото, железо, никель, кобальт, алюминий и другие.

Комплексные соединения используют для защиты металлов от коррозии (гальванические покрытия, ингибиторы коррозии).

Широкое применение комплексные соединения получили в аналитической химии в качестве индикаторов. Их используют для устранения жёсткости воды, для получения металлов высокой степени чистоты.

Многие комплексные соединения используют в неорганическом и органическом синтезе (получение многообразных химических продуктов: лаков, красок, фотоматериалов, катализаторов, консервантов и т. д.)

Важнейшие органические соединения – гемоглобин и хлорофилл, ферменты, витамины – это также лекарственные препараты.

Их используют как катализаторы при получении полимеров и химической переработке нефти, в производстве кислот, СМС и лаков.

3.Хлорофилл

3.1. Нахождение в природе

Хлорофилл — это пигмент, который придает листьям растений зелёный цвет. Хлорофилл обеспечивает растениям процесс фотосинтеза, при котором с помощью солнечного света в растении происходит превращение углекислого газа из окружающего воздуха в различные органические вещества, необходимые для жизнедеятельности растения. Именно в результате процесса фотосинтеза растения выделяют кислород, насыщая воздух, которым мы дышим.

Хлорофилл содержат все организмы, которые являются автотрофами. Прежде всего, это растения. Водоросли, таллом которых окрашен в красный, бурый или золотистый цвет, также вместе с пигментами другого цвета содержат хлорофилл. Кроме растений, зеленый пигмент содержат фотоавтотрофные бактерии и простейшие животные. К примеру, эвглена зеленая. При отсутствии необходимых для фотосинтеза условий эвглена переходит к гетеротрофному способу питания. Некоторые высшие растения, наоборот, лишены хлорофилла (как, например, петров крест).

3.2. Состав и строение хлорофилла

По химическому строению хлорофилл — это сложный эфир дикарбоновой органической кислоты — хлорофиллина и двух остатков спиртов — фитола и метанола. Хлорофиллин представляет собой азотсодержащее металлорганическое соединение, относящееся к магний-порфиринам. В центре молекулы хлорофилла расположен атом магния, кото­рый соединен с четырьмя азотами пиррольных группировок. В пиррольных группировках хлорофилла имеется система чередующихся двойных и простых связей. Это и есть хромофорная группа хлоро­филла, обусловливающая его окраску. Центральный атом магния определяет уникальные функции молекулы хлорофилла в фотосинтезе, связанные с поглощением, запасанием и преобразованием энергии.

Одной из специфических черт строения хлорофилла является на­личие в его молекуле, помимо четырех гетероциклов, еще одной ци­клической группировки из пяти углеродных атомов — циклопентанона.

Молекула хлорофилла полярна, ее порфириновое ядро обладает гидрофильными свойствами, а фитольный конец - гидрофобными. Это свойство молекулы хлорофилла обусловливает определенное расположение ее в мембранах хлоропластов. Порфириновая часть молекулы связана с белком, а фитольная погружена в липидный слой.

У высших растений и водорослей обнаружены хлорофиллы а, b, с. Почти все фотосинтезирующие организмы (включая водоросли и цианобактерии) содержат хлорофилл а. Хлорофилл b содержат все высшие растения, зеленые и эвгленовые водоросли. У бурых и диатомовых водорослей вместо хлорофилла b содержится хлорофилл с.

В живых пластидах хлорофилл находится в связанном с белками состоянии. Связь хлорофилла с белками в живой клетке подтверждается тем, что его трудно получить из высушенных листьев, так как в присутствии воды происходит гидролитический распад соединений хлорофилла с белками. После этого пигмент становится растворимым в спирте, бензине и т.д.

Из большого числа разнообразных пигментов только две структуры - хлорофилл а и бактериохлорофилл а - способны осуществлять преобразование энергии, все остальные пигменты участвуют в процессах поглощения и миграции энергии.

Эмпирическая формула хлорофилла а - C₅₅H₇₂О₅N₄Mg.

3.3. История открытия хлорофилла

Французские ученые П.Ж. Пелетье и Ж. Кавенту (1818) выделили из листьев зеленое вещество и назвали его хлорофиллом (от греч. "хлорос" - зеленый и "филлон" - лист). Впервые хлорофилл в кристаллическом виде был описан русским физиологом и ботаником И.П. Бородиным в 1883 г. Польские биохимики М. Ненцкий и Л. Мархлевский (1897) обнаружили, что основу молекулы хлорофилла, как и гема гемоглобина, составляет порфириновое кольцо. Немецкий химик Р. Вильштеттер в 1906 - 1914 гг. установил элементарный состав хлорофилла а – С ₅₅Н₇₂О₅N₄Mg и хлорофилла b - C₅₅H₇₀O₆N₄Mg, а немецкий биохимик Г. Фишер в 1930 - 1940 гг. полностью расшифровал структурную формулу хлорофилла. В 1960 г. Химики-органики Р.Б. Вудворд (США) и М. Штрель осуществили искусственный синтез хлорофилла.

3.4. Образование и свойства хлорофилла

Биосинтез хлорофилла происходит в хлоропластах. Это сложный процесс, состоящий из нескольких стадий. Он требует наличия пластид, достаточного количества света, железа, магния, меди, азота, воды, углеводов и определенной температуры. Для некоторых организмов (цианобактерии, мхи) свет необязателен. Железо является катализатором некоторых стадий образования хлорофилла. Оптимальная температура для синтеза хлорофилла 26-30⁰С, сильное обезвоживание прекращает образование пигмента. Магний и азот – составные части хлорофилла. Хлорофилл находится в листьях растений в комплексе с белками. При недостатке меди хлорофилл разрушается, так как она необходима для образования этих комплексов.

В твердом виде хлорофилл представляет собой аморфное вещество сине-черного цвета. Температура плавления хлорофилла а - 117 - 120 ⁰С. Хлорофиллы хорошо растворимы в этиловом спирте, ацетоне, серном эфире, метаноле, сероуглероде, бензоле, плохо растворимы в петролейном эфире и нерастворимы в воде.

Хлорофилл легко реагирует как с кислотами, так и со щелочами. Он разрушается на свету, окисляется кислородом. Хлорофилл в живой клетке обладает способностью к обратимому фотоокислению и фотовосстановлению.

Важным свойством молекул хлорофилла является их способность к взаимодействию друг с другом. Как уже отмечалось, хлорофилл способен к избирательному поглощению света. Спектр поглощения данного соединения определяется его способностью поглощать свет определенной длины волны (определенного цвета). Хлорофилл имеет две основные линии поглощения в красных и сине-фиолетовых лучах. Он обладает способностью к флуоресценции. Флуоресценция представляет собой свечение тел, возбуждаемых освещением и продолжающееся очень короткий промежуток времени (10-8 - 10-9 с.). Хлорофилл обладает красной флуоресценцией.

3.5. Биологическое значение хлорофилла

Улавливая энергию солнечного света, хлорофилл путём процесса фотосинтеза производит пищу для растений, превращая воду и углекислый газ в кислород и глюкозу. Это его главнейшая функция!

В начале XX века учёные установили, что хлорофилл имеет сходство с гемоглобином, поэтому он усваивается легко и быстро. Хорошо поддерживает организм при кислородном голодании. Насыщает кровь нужными микроэлементами, отсюда она лучше транспортирует важнейшие для жизни вещества к клеткам. Происходит своевременный выброс отработанных материалов, токсинов, отходов. Имеет воздействие на спящие лейкоциты, пробуждая их, укрепляет мембраны клетки, помогает восстановиться соединительной ткани. К заслугам хлорофилла можно отнести быстрое заживление язв, разных ран и эрозий. Улучшает иммунную работу, купирует патологические нарушения молекул ДНК, помогает при лечении инфекционных и простудных заболеваний. Хлорофилл улучшает состояние щитовидной и поджелудочной желез. Помогает при анемических состояниях, повышая количество эритроцитов, регулирует кровяное давление, активизирует работу кишечника, снижает нервозность. 
Одно из самых ценных растений, которое содержит много хлорофилла, а также кальция, магния, натрия, калия, кремния – люцерна посевная. Высоким содержанием хлорофилла отличаются листья салата, капуста брокколи, крапива, зелень злаков.

3.6. Применение хлорофилла

Хлорофилл используется уже достаточно длительное время в медицине.

Хлорофилл может использоваться как чистый натуральный пищевой краситель. Он придает продукту оливковый цвет и применяется в производстве мороженого, кремов, различных десертов, пудингов, в соусах типа майонеза.

4.Гемоглобин

4.1 Нахождение гемоглобина в природе

Гемоглобин – это сложный железосодержащий белок животных, обладающих кровообращением, способный обратимо связываться с кислородом, обеспечивая его перенос в ткани. У позвоночных животных содержится в эритроцитах, у большинства беспозвоночных растворён в плазме крови и может присутствовать в других тканях.

4.2. Состав и строение гемоглобина

Гемоглобин это сложный белок, который участвует в процессах транспорта кислорода и углекислого газа между системой дыхания и другими тканями и органами в организме человека, а также поддерживает кислотный баланс крови.

В состав молекул гемоглобина входят четыре субъединицы. Каждой из них соответствует конкретная полипептидная нить, которая соединяется с гемом. На эти четыре субъединицы приходится две альфа-цепи и две бета-цепи. Всего гемоглобин содержит 574 единицы аминокислоты. Плотная оболочка четырех субъединиц в пространстве является четвертичной структурой молекулы. Отдельные субъединицы держатся вместе благодаря электростатическому взаимодействию, и за счет формирования некоторых водородных связей.

Гемоглобин в качестве белкового компонента содержит глобин, а небелкового – гем. Видовые различия гемоглобина обусловлены глобином, в то время как гем одинаков у всех видов гемоглобина. Основу структуры простетической группы большинства гемосодержащих белков составляет порфириновое кольцо, являющееся в свою очередь производным тетрапиррольного соединения – порфирина.

4.3. История открытия гемоглобина

Впервые гемоглобином заинтересовался А.Кербер, профессор Дерптского университета. Его интересовало химическое строение гемоглобина, его взаимодействие с кислотами и щелочами. Именно он стал первооткрывателем щелочно-устойчивого вида гемоглобина. Исследования Кербера были надолго забыты. Лишь в 50х годах XX века были описаны 3 группы гемоглобина – фетальный, являющийся основным у плода, гемоглобин А, составляющий 98% этого белка у взрослого человека и гемоглобин А2, содержание которого равно 2-2,5%. Как выяснилось, Кербер открыл фетальный вид гемоглобина, который активнее присоединяет к себе кислород.

Макс Перутц в середине 20 века восстановил строение обычного гемоглобина, а также определил его элементарный химический состав (виды аминокислот и их последовательность в данном белке) и измерил размеры молекулы.

4.4. Образование и свойства гемоглобина

Биосинтез гемоглобина происходит в молодых формах эритроцитов, куда проникают атомы железа, включаемые в состав гемоглобина. Глобин образуется из аминокислот, то есть обычным путем синтеза белка. Распад гемоглобина начинается в эритроцитах, заканчивающих свой жизненный цикл. Полученное в результате распада производное, называется вердоглобином и имеет зеленый цвет. Он очень неустойчив и легко распадается. Гем распадается в клетках печени, костного мозга и селезенки с образованием желчных пигментов, отщепляющееся при этом железо очень быстро поступает обратно в эритроциты для образования новых молекул гема.

В воде гемоглобин хорошо растворим, нерастворим в спирте, хлороформе, эфире, хорошо кристаллизуется.

Гемоглобин обеспечивает перенос кровью кислорода от легких к тканям и транспорт углекислоты от тканей к легким. Он может присоединять и отдавать молекулы кислорода и углекислого газа. Также может присоединять молекулы угарного газа, превращаясь в карбоксигемоглобин, неспособный выполнять свою функцию.

Гемоглобин высокотоксичен при попадании значительного его количества из эритроцитов в плазму крови. Токсичность гемоглобина, находящегося вне эритроцитов, в свободном состоянии в плазме крови, проявляется тканевой гипоксией — ухудшением кислородного снабжения тканей, перегрузкой организма продуктами разрушения гемоглобина.

4.5. Биологическое значение гемоглобина

Основная биологическая роль гемоглобина – участие в газообмене между организмом и внешней средой. Гемоглобин обеспечивает перенос кровью кислорода от легких к тканям и транспорт углекислоты от тканей к легким. Но сродство гемоглобина к окиси углерода в триста раз выше, чем к кислороду, что обусловливает высокую ядовитость угарного газа. Так, при концентрации угарного газа в воздухе, равной 0,1%, больше половины гемоглобина крови связывается не с кислородом, а с угарным газом. При этом происходит образование карбоксигемоглобина, неспособного к переносу кислорода.

Другой не менее важной функцией гемоглобина является поддержание кислотно-щелочного равновесия в организме.

Так как О₂ плохо растворим в воде, то практически весь кислород в крови связан с гемоглобином эритроцитов. От способности гемоглобина насыщаться О₂ в лёгких и относительно легко отдавать его в капиллярах тканей зависят количество получаемого тканями О₂ и интенсивность метаболизма. С другой стороны, О₂ — сильный окислитель, избыток поступления О₂ в ткани может привести к повреждению молекул и нарушению структуры и функций клеток. Поэтому важнейшая характеристика гемоглобина — его способность регулировать сродство к О₂ в зависимости от тканевых условий.

4.6. Применение гемоглобина

Препарат гемоглобина применяют в диагностических исследованиях и научно-исследовательских работах.

В последнее время к нему появляется интерес как к железосодержащей пищевой добавке, предназначенной для лечения и профилактики железодефицитных состояний человека и животных.

Препарат гемоглобина применяют в качестве красителя в производстве продуктов питания.

5.Сравнение хлорофилла и гемоглобина

Хлорофилл и гемоглобин — это пигменты, содержащиеся в живых организмах. Хлорофилл содержится в надземных частях растений, а гемоглобин в эритроцитах крови человека и животных. Хлорофилл придает зеленый цвет растениям, а гемоглобин – красный цвет крови.

Еще в начале века ученые обращали внимание на химическое и биологическое сходство молекул хлорофилла растений с молекулами гемоглобина крови человека и животных. Ученые построили пространственную структуру молекулы гемоглобина человека и сравнили ее с аналогичной молекулярной структурой хлорофилла. Молекулы хлорофилла и гемоглобина состоят из одного и того же комплекса и отличаются только центральным атомом. В хлорофилле это магний, а в гемоглобине — железо. Основным отличием молекулы хлорофилла от молекулы гемоглобина является наличие иона магния вместо иона железа у молекулы гемоглобина. В молекуле гемоглобина вместо 4 атомов магния присутствует 4 атома железа. Хлорофилл и гемоглобин удерживают ионы магния или железа кольцом хлорина или порфирина соответственно.

Хлорофилл образуется в хлоропластах, требует наличия железа, магния, меди, азота, воды, углеводов, а гемоглобин в молодых эритроцитах из аминокислот, образуя глобин, который соединяется с железом. Железо является катализатором некоторых стадий образования хлорофилла, а магний и азот – составные части хлорофилла. Хлорофилл находится в листьях растений в комплексе с белками.

Хлорофиллы хорошо растворимы в этиловом спирте, ацетоне, серном эфире, метаноле, сероуглероде, бензоле, плохо растворимы в петролейном эфире и нерастворимы в воде. Хлорофилл легко реагирует как с кислотами, так и со щелочами. Он разрушается на свету, окисляется кислородом.

В воде гемоглобин хорошо растворим, нерастворим в спирте, хлороформе, эфире, хорошо кристаллизуется.

Улавливая энергию солнечного света, хлорофилл путём процесса фотосинтеза производит пищу для растений, превращая воду и углекислый газ в кислород и глюкозу.

Гемоглобин обеспечивает перенос кровью кислорода от легких к тканям и транспорт углекислоты от тканей к легким. Он может присоединять и отдавать молекулы кислорода и углекислого газа. Также может присоединять молекулы угарного газа, превращаясь в карбоксигемоглобин, неспособный выполнять свою функцию.

Хлорофилл используется уже достаточно длительное время в медицине,

как чистый натуральный пищевой краситель (придает продукту оливковый цвет и применяется в производстве мороженого, кремов, различных десертов, пудингов, в соусах типа майонеза).

Препарат гемоглобина применяют в диагностических исследованиях и научно-исследовательских работах, появляется интерес как к железосодержащей пищевой добавке, предназначенной для лечения и профилактики железодефицитных состояний человека и животных. Препарат гемоглобина применяют в качестве красителя в производстве продуктов питания.

Таким образом, между хлорофиллом и гемоглобином много общего, но есть и много отличий. Хлорофилл - важнейший и главный пигмент фотосинтеза высших и низших растений, а также фототрофных бактерий (у них он представлен бактериохлорофиллом).

Еще К.А. Тимирязев обратил внимание на близость химического строения двух важнейших пигментов: зеленого - хлорофилла листьев и красного - гемина крови. Действительно, если хлорофилл относится к магнийпорфиринам, то гемин - к железопорфиринам. Сходство это не случайно и служит еще одним доказательством единства всего органического мира

6. Практическая часть

6.1 Опыты с хлорофиллом

6.1.1. Получение хлорофилла

Измельчили приготовленную зелень (листья толстянки обыкновенной), поместили в фарфоровую чашку и залили небольшим количеством водно-спиртового раствора, добавили измельчённый мел для устранения кислотности. Профильтровали.

Результат: получен спиртовой раствор хлорофилла зеленого цвета.

6.1.2. Изучение свойств хлорофилла

• К спиртовому раствору хлорофилла добавили раствор уксусной кислоты (5-6%).

Результат: изменение цвета с зеленого на светло-желтый. То есть произошла реакция с кислотой. Образовался феофитин, произошла замена центрального атома Mg на ионы Н.

• К спиртовому раствору хлорофилла добавили раствор медного купороса (соль тяжелого металла).

Результат: изменение цвета на бледно-бирюзовый. Произошла диффузия растворов, вероятно, химического взаимодействия не было.

• Спиртовой раствор хлорофилла налили в пробирку и нагрели.

Результат: раствор посветлел, и появился осадок. Произошло разрушение хлорофилла.

• К спиртовому раствору хлорофилла добавили раствор щелочи.

Результат: изменение цвета раствора и выпадение осадка.

• К спиртовому раствору хлорофилла добавили воду.

Результат: раствор помутнел, и исчезло свечение. Образовался коллоидный раствор.

• Пробирку со спиртовым раствором хлорофилла обернули черной бумагой и осветили дно пробирки с помощью фонарика. Постепенно приливали 1-2 мл хлорофилла.

Результат: чем больше приливали раствора, тем интенсивнее становилось свечение, и более заметным был красноватый оттенок этого свечения.

• Пробирку со спиртовым раствором хлорофилла оставили на несколько дней под действием света.

Результат: раствор стал более светлым, т.е. со временем хлорофилл разрушился.

6.1.3. Замена центрального атома хлорофилла.

К спиртовому раствору хлорофилла прилили раствор уксусной кислоты.

Результат: изменение цвета раствора с зеленого на светло-бурый. Произошла замена центрального атома магния на атом водорода.

К полученному раствору добавили раствор медного купороса.

Результат: раствор стал светло-зеленым. Произошла замена центрального атома водорода на атом меди.

6.2. Опыты с гемоглобином

6.2.1. Получение гемоглобина.

Мы выяснили, что получение гемоглобина в лабораторных условиях требует специального оборудования и условий, а также большого количества исходного сырья, что невозможно в условиях школьной лаборатории. Поэтому мы работали с кровью, содержащей белки гемоглобина.

6.2.2. Изучение свойств ненасыщенной кислородом крови (венозной)

• К гемоглобину крови добавили 40% раствор этилового спирта.

Результат: осаждение красного пигмента. Эритроциты, содержащие гемоглобин, слипаются и осаждаются.

• К гемоглобину крови добавили медный купорос.

Результат: выпадение осадка, изменение цвета раствора. Произошло разрушение эритроцитов.

• Налили кровь в пробирку, нагрели.

Результат: кровь свернулась, цвет изменился на бурый.

• К гемоглобину крови добавили раствор уксусной кислоты.

Результат: изменение цвета на более темный. Частичное разрушение эритроцитов.

• К гемоглобину крови добавили раствор щелочи (гидроксид кальция).

Результат: раствор стал мутным, цвет изменился на более яркий, малиновый.

6.2.3. Изучение свойств насыщенной кислородом крови (артериальной).

Проведение экспериментов с артериальной кровью осложнялось высокой свертываемостью.

• К гемоглобину крови добавили 40% раствор этилового спирта.

Результат: осадок бурого цвета.

• К крови добавили медный купорос.

Результат: выпадение осадка, изменение цвета раствора.

• Налили кровь в пробирку, нагрели.

Результат: кровь свернулась, цвет изменился на бурый.

• К крови добавили раствор уксусной кислоты.

Результат: изменение цвета на более темный.

• К крови добавили раствор щелочи (гидроксид кальция).

Результат: раствор стал более насыщенного, вишневого цвета.

6.2.4. Изучение биологических свойств гемоглобина.

• К крови добавили воду.

Результат: кровь превратилась в прозрачный раствор красного цвета. Кровь – взвесь форменных элементов в плазме. Произошло разрушение эритроцитов. Гемоглобин перешел в раствор.

• К крови добавили 0,9% раствор хлорида натрия (физраствор).

Результат: кровь осталась непрозрачной взвесью эритроцитов.

• В пробирку добавили ненасыщенную кислородом кровь (венозную). Путем встряхивания пробирки смешивали ее с воздухом.

Результат: ничего не изменилось.

• За полтора часа до проведения опыта смешали сухие дрожжи с теплым раствором сахара. За это время дрожжи, питаясь сахаром, выделили углекислый газ, который остался на поверхности р-ра. К капиллярной крови добавили этот раствор. Для сравнения в другую пробирку налили капиллярную кровь, смешанную с физраствором.

Результат: капиллярная кровь в растворе с дрожжами сначала посветлела, а затем потемнела. То есть произошел газообмен между гемоглобином, содержащим кислород, и дрожжами, которые выделили углекислый газ.

Выводы:

1. В отличие от гемоглобина, получение хлорофилла возможно в условиях школьной лаборатории.

2. При изучении свойств хлорофилла и гемоглобина были выявлены общие свойства: разрушение при взаимодействии с щелочью, медным купоросом, кислотой и под действием температуры.

3. Для хлорофилла характерно растворение в спирте, образование коллоидного раствора с водой, разрушение на свету, замена центрального атома при взаимодействии с уксусной кислотой, флуоресценция. А для гемоглобина - разрушение в спирте и воде эритроцитов, содержащих гемоглобин, сохранение свойств в физиологическом растворе. Возможно насыщение крови кислородом или углекислым газом, при этом происходит взаимодействие этих газов и гемоглобина.

Заключение

Изучив теоретический материал, я узнала, что комплексные соединения имеют большое значение для живых организмов. Они участвуют в обмене веществ (хлорофилл, витамин В12, гемоглобин, миоглобин и другие).

Комплексные соединения находят широкое применение в металлургии, используются для защиты металлов от коррозии, в аналитической химии в качестве индикаторов, для устранения жёсткости воды и получения металлов высокой степени чистоты. Многие комплексные соединения используются в неорганическом и органическом синтезе. Гемоглобин и хлорофилл, ферменты, витамины – это также лекарственные препараты.

Хлорофилл — пигмент, который придает листьям растений зелёный цвет – участвует в процессе фотосинтеза. Он может использоваться как чистый натуральный пищевой краситель.

Гемоглобин — это сложный белок, который участвует в процессах транспорта кислорода и углекислого газа в организме человека, а также поддерживает кислотный баланс.

Препарат гемоглобина применяют в диагностических исследованиях и научно-исследовательских работах, в качестве железосодержащей пищевой добавки и красителя в производстве продуктов питания.

Таким образом, между хлорофиллом и гемоглобином много общего: у них сходно химическое строение, некоторые свойства, они применяются в медицине, в качестве пищевых добавок и красителей, хотя имеют много отличий.

В процессе выполнения практической части работы я получила хлорофилл и провела опыты, характеризующие их свойства, что частично подтвердило первую гипотезу. Гемоглобин выделить не удалось по причине отсутствия необходимого оборудования и сырья, поэтому я использовала кровь, содержащую гемоглобин.

При проведении опытов с хлорофиллом, я выяснила, что возможна замена центрального атома в его молекуле. Замена центрального атома в молекуле гемоглобина оказалась невозможна, так как я не нашла необходимой информации. Таким образом, вторая гипотеза подтвердилась частично.

Чтобы проверить третью гипотезу, я провела опыты, выявляющие свойства хлорофилла и гемоглобина и сравнила их. Были выявлены общие свойства: разрушение при взаимодействии с щелочью, медным купоросом, кислотой и под действием температуры. Для хлорофилла характерно растворение в спирте, образование коллоидного раствора с водой, разрушение на свету, замена центрального атома при взаимодействии с уксусной кислотой, флуоресценция. А для гемоглобина - разрушение в спирте и воде эритроцитов, содержащих гемоглобин, сохранение свойств в физиологическом растворе. Возможно насыщение крови кислородом или углекислым газом, при этом происходит взаимодействие этих газов и гемоглобина.

Таким образом, эти вещества имеют как много общего, так и не меньше отличий. Их сходство не случайно и служит еще одним доказательством единства всего органического мира.

17