I pigmenti fotosintetici.
Tutte le cellule vegetali contengono pigmenti, che consentono alle piante di
vivere in ambienti diversamente illuminati perché permettono loro di
catturare diverse lunghezze d’onda.
Esiste più di una molecola che permette di sfruttare la luce solare per il
processo fotosintetico:
Un ruolo di predominante importanza è svolto da una famiglia di composti
aromatici: le clorofille.
I pigmenti non assorbono tutte le lunghezza d'onda nella stessa maniera.
Estraiamo la clorofilla
Proponiamo ai ragazzi un’esperienza molto interessante che
permette di “vedere” alcuni segreti della foglia: l’estrazione
dei pigmenti responsabili del colore delle foglie stesse e della
fotosintesi e la loro separazione su carta per evidenziarne
l’eterogeneità.
Insiti nell’esperienza ci sono due messaggi: il primo è che
stiamo facendo leva sulle capacità di astrazione dei nostri
ragazzi, stiamo chiedendo loro di immaginare che il liquido
colorato che stanno estraendo dalla foglia contenga la
molecola responsabile della reazione chimica chiamata
fotosintesi. Il secondo messaggio è che quando vediamo un
liquido di un certo colore è molto probabile che tale colore
risulti dall’aver mescolato insieme più colori.
Clorofilla a
La clorofilla a è il pigmento più
importante per l'assorbimento della
luce nelle piante. Organismi che non
possiedono tale clorofilla non sono in
grado di sopravvivere. La clorofilla a
non assorbe la luce nella parte verde
dello spettro; questa infatti viene
riflessa. Questo è il motivo per cui le
foglie sono generalmente verdi.
Clorofilla b
La clorofilla b è molto simile alla
clorofilla a sia nella struttura che nel
colore verde. E' presente in tutte le
piante, nelle alghe verdi e in alcuni
batteri. La clorofilla b il più
abbondante pigmento accessorio
dopo la clorofilla a. Si trova nelle
piante in misura minore (circa la
metà) rispetto alla clorofilla a.
Le piante non dipendono solo dalla Clorofilla a nella produzione di zuccheri,
ma hanno anche altri pigmenti accessori che assorbono luce di differente
lunghezza d'onda.
Clorofilla c
La possiamo suddividere in due sottogruppi, noti come Clorofilla c1 e
Clorofilla c2. Sono pigmenti accessori di molti gruppi di alghe.
I Carotenoidi sono un gruppo di pigmenti accessori presenti in tutti gli
organismi fotosintetici. Sono gialli, rossi o arancioni; riflettono la luce nella
rispettive lunghezze d'onda. Rappresentano un insieme di pigmenti
accessori.
La loro presenza è importante per una serie di motivi. I carotenoidi infatti
hanno la funzione di coprire spettri di assorbimento della luce non
adeguatamente coperti dalle clorofille; inoltre sono coinvolti in processi di
difesa dell'apparato fotosintetico, da possibili fotoossidazioni.
Altri pigmenti coinvolti nel meccanismo di assorbimento della luce nelle
piante sono le Xantofille che assorbe luce rossa, la Ficoeritrina (pigmento
rosso) e la Ficocianina (pigmento blu).
Che ruolo svolgono i pigmenti accessori nella fotosintesi?
I pigmenti accessori svolgono un ruolo importante nella fotosintesi,
aumentando la possibilità di assorbire luce a più lunghezze d'onda.
Riescono così ad assorbire l'energia luminosa che, se la pianta
usasse solo la clorofilla a, non potrebbe essere utilizzata.
I pigmenti, ossia molecole colorate, conferiscono il colore verde alle
foglie.
I principali, la clorofilla A, la clorofilla B, il carotene e le xantofille
possono essere facilmente estratti dalle foglie verdi di qualunque
pianta.
Per questa esperienza sceglieremo delle foglie verdi, rosse e gialle .
Materiale occorrente:
Foglie di vario colore
Alcool a 95° (va benissimo l'alcool per liquori reperibile nei supermercati)
Forbici
Imbuto
Barattoli con il tappo
Carta assorbente
Scegliamo la pianta di vite americana perché è possibile raccogliere
foglie di vari colori ed ha foglie larghe e carnose che si possono
frantumare facilmente.
Spezzettiamo le foglie con le forbici e dividendole a metà
mettiamole in più barattoli.
Ad ogni ciotola aggiungiamo un po’ di alcool. Mescoliamo ed
aggiungiamo ancora dell'alcool.
Dopo 10 minuti, versare l'alcool derivante dai tre colori delle foglie
in tre distinti barattoli filtrando il liquido con un imbuto e carta
assorbente per eliminare i frammenti di foglia rimasti.
Con l’alcol abbiamo estratto i pigmenti: per potere osservare tutti i
vari componenti del nostro estratto alcolico, utilizziamo una tecnica
molto sofisticata, ma semplice da realizzare: la cromatografia.
La cromatografia
(scrittura con i colori)
Questa tecnica permette di evidenziare le varie componenti del
colore verde che abbiamo estratto dalla foglia.
La cromatografia sfrutta la diversa affinità delle molecole per
l’alcool e la carta. Vi è un continuo equilibrio tra matrice liquida
(l’alcool) e matrice solida (la carta). La dimensione e la forma delle
molecole è la componente che influenza la loro separazione.
Materiale occorrente:
Clorofilla estratta con alcol etilico
Carta da filtro
Contagocce
Barattoli di vetro alto
Solvente per smacchiare (Avio)
Per questo esperimento utilizziamo la clorofilla precedentemente estratta
con alcool etilico.
Preleviamo poche gocce di clorofilla con il contagocce e le lasciamo cadere
a circa 1,5 cm da un'estremità di un foglio di carta da filtro.
Dobbiamo cercare di fare una striscia stretta dell'estratto di pigmenti
asciugando subito la carta con un asciugacapelli in modo che il liquido non
si sparga troppo nella carta.
Per ottenere una striscia di colore intenso si deve ripetere più volte questa
operazione, sempre nella stessa zona.
Prepariamo un barattolo di vetro un po’alto con relativo coperchio
versando sul fondo uno mezzo centimetro di Avio (è lo smacchiatore per
vestiti). Per saturare di vapore l’interno del vaso, lo tappiamo e aspettiamo
qualche minuto.
Prendiamo la striscia di carta su cui è stata deposta la miscela di pigmenti
e, dal lato opposto a dove abbiamo stratificato i pigmenti, dobbiamo
praticare un foro con ago e filo e poi fare un nodo facendo pendere il filo di
almeno 10 cm. Fissiamo il filo con il coperchio in modo che la striscia peschi
nel liquido e sia sospesa e non attaccata ai lati.
Lasciamo migrare il solvente lungo la carta sino a che è giunto a 1 cm dal
bordo superiore, togliamo la carta e mettiamola ad asciugare appesa
sempre per il filo.
La carta da filtro assorbe il solvente per capillarità: la carta infatti è fatta da
tanti fibre che lasciano, degli spazi vuoti simili a sottili canali. Il solvente
sale lungo questi canali, simili a capillari e trascina con sé le sostanze in
soluzione. Se in soluzione ci sono più soluti, essi si separano in base al loro
peso e dimensione. Prima si fermeranno le molecole più pesanti e poi
successivamente le altra fino alla più leggera.
La clorofilla B (più pesante e gialla) e la clorofilla A (appena più leggera e
verde) avranno corso molto poco e formeranno una banda mista a poca
distanza dal punto di partenza, le xantofille faranno una striscia gialla più
scura della precedente e il carotene invece formerà una sottile banda di
colore arancio nel punto più lontano in cui è giunto il solvente.
Avremo così separato le varie componenti del liquido: i pigmenti
fotosintetici.
Ecco cosa possiamo vedere: nella
soluzione non ci sono solo la
clorofilla A e B (verde la prima e
gialla la seconda), ma anche altri
pigmenti chiamati «accessori»: le
xantofille (gialle) e i carotenoidi
(arancioni).
Il solvente ha così suddiviso i vari
componenti di diverso peso e di
diverso colore.
I pigmenti accessori svolgono un ruolo importante nella fotosintesi:
aumentano la possibilità di assorbire la luce a più lunghezze d'onda. Con
essi la pianta assorbe quella parte di energia luminosa che usando solo la
clorofilla a rimarrebbe inutilizzata.
