П. Зитте, Э.В. Вайлер, Й.В. Кадерайт, А. Брезински, К. Кернер - Ботаника. Учебник для вузов. Том 2. Физиология растений (1134216), страница 30
Текст из файла (страница 30)
Зависимость энергии(или свободной энтальпии реакции) и электрохимического потенциала на 1 Эйнштейнфотонов от различной длины волныДлинаволны,нмЦветAG, кДжЭйнштейнДЕ, В400Фиолетовый297,5-3,08500Сине-зеленый238,0-2,47600Желтый198,3-2,05650Красный183,1-1,90700Пурпурныйкрасный170,0-1,76800Инфракрасный148,7-1,54900Инфракрасный132,2-1,37ного моля квантов (1 Эйнштейн) и максимальная свободная энтальпия фотохимической реакции, которая необходима при поглощении энергии 1 Эйнштейна фотонов,выражены следующим уравнением:AG = АЕ = NAhcX"1.120000AG =_,кДж • моль"1.Хлорофилл ЬСНзСНзСНзРис. 6.44. Структура хлорофиллов а и Ь (внизу— делокализированная я-электронная система)(6.42)Используя постоянные для X, получаемд„97.,.,,(6.43)ЛПрименив уравнение 6.23, AG = -zFAE(z = 1) для окислительного потенциала,эквивалентного 1 Эйнштейну поглощенного протона (к в нм), имеем1 233АЕ = - i | ^ В.(6.44)Некоторые рассчитанные значенияпредставлены в табл.
6.17.6.4.2. ФотосинтетическиепигментыПроцесс фотосинтеза начинается с поглощения фотонов фотосинтетическимипигментами, которые при этом переходятв возбужденное состояние. Основное значение для фотоавтотрофных организмовимеет хлорофилл. Главную роль для всехорганизмов, у которых процесс фотосин-теза протекает с выделением кислорода,возникающего при фотоокислении воды,играет хлорофилл а (рис. 6.44). У высшихрастений и некоторых групп водорослей (см.табл.
11.3) встречается еще и хлорофилл Ь.Соотношение хлорофилл а : хлорофилл bсоставляет 3 : 1 ' . Вместо хлорофилла b у некоторых водорослей можно обнаружитьхлорофилл с. Цианобактерии и красныеводоросли обладают исключительно хлорофиллом а. Вместо хлорофилла а у фотоавтотрофных бактерий встречается так называемый бактериохлорофилл (рис. 6.45).Особое значение хлорофилла а для организмов, обладающих фотосинтетическойактивностью, заключается в том, что оннаходится в реакционных центрах, т.е. вместах первичных реакций фотосинтеза.Большая часть молекул хлорофилла вхо1Приведенное значение нельзя рассматривать как константу: соотношение хлорофилловменяется в зависимости от вида, условий освещения, стадии развития, ткани растения.
—Примеч. ред.98| ГЛАВА 6. ФИЗИОЛОГИЯ ОБМЕНА ВЕЩЕСТВОН,СПирролН,СДрусиеПигментХлорофилл а—CH=CHj—CHjХлорофилл 6—сн=сн 2—с%Хлорофилле— сн=сн г• СН 2 СН3- : сн =сн гсн3/Бактериохпорофилл а —сiси,/Бакгвриохпорофилл b —с-сн3сн 2 -сн эФитолАкрилатФитолилигера-17 —18: Дегидро7_8:Дишдрогераниол/ сн 3-СН,=сФитол7 — 8:ДигидроРис. 6.45.
Структурные соотношения между различными хлорофиллами и бактериохлорофиллом(noG.Richter)лит в состав светособирающих комплексов,которые служат реакционным центрам какантенны и отвечают за более эффективноепоглощение света. Другие пигменты антенн — каротиноиды. В целом пигментыантенн называются также дополнительными фотосинтетическими пигментами.
Светопоглощающие фотосинтетические пигменты присутствуют не в свободном состоянии: они связаны с белками (см. рис.6.53). В случае хлорофиллов и каротиноидов эти связи нековалентны. Дополнительными пигментами цианобактерий и красных водорослей являются также фикобилины — хромопротеиды с ковалентно связанными хромофорными группами.Хлорофилл представляет собой систему четырех пиррольных колец — порфирита, с магнием в центре и характернымизаместителями на кольцах (см.
рис. 6.44,6.45).Четыре пиррольных кольца соединены метановыми мостиками. Магний ковалентно связан с двумя атомами азота иобразует с другой парой атомов азота координационную связь.1 Хлорофиллы а и bразличаются замещенной группой у седь1Из-за того что в порфириновом кольцеесть система сопряженных двойных связей,электроны всех четырех атомов азота делокализованы, и все 4 связи с магнием можно считатьравноценными.
— Примеч. ред.6 4 Ф о т о с и н т е з Световые реакции |Длина волны нмОРис. 6.46. Спектр поглощения и спектр действия (серая линия) фотосинтеза хлореллы всравнении со спектрами поглощения важнейших фотосинтетических пигментов (в органических растворителях) (по Е Libbert)Спектр действия получают путем облученияклеток монохроматическим светом различнойдлины волны, но одинаковой интенсивности(мольфотонов м 2 ), с использованием универсального метода определения необходимыхпараметров фотосинтеза (например, выделение кислорода) Часто устанавливают максимум наблюдаемого действия, равный 100%,и дают спектр действия как относительную эффективность квантамого атома углерода хлорофилл а несетметиловую группу, хлорофилл b — формильную На С,7 все хлорофиллы имеютпропионовый остаток, с которым эфирной связью соединен липофильный спирт,в случае хлорофилла а и у хлорофилла Ъэто фитол Он служит для закрепления молекул хлорофилла в липофильной областихлорофиллсодержащих белков антенн илиреакционных центров Фитол — это дитерпен, обладающий 20 атомами углерода(биосинтез терпенов, см 6 16 2)Освобожденный от фитола хлорофилл является хлорофиллидом, а хлорофиллид безцентрального атома называется феофорбидомЕсли из хлорофилла удаляют центральныйатом магния (мягко воздействуя кислотой),то получают феофитин Он является переносчиком электронов, а также входит в составреакционных центров (фотосистема II, см6 4 5, реакционный центр у пурпурных бактерий, см 6 4 10) Биосинтез порфиринов обсуждается в гл 6 1599Большая часть хлорофиллов поглощаетсвет в области 400—480 нм (голубой) и 550—700 нм (от желтого до красного) (рис 6 46)Бактериохлорофилл а пурпурных бактерий поглощает свет в пределах 400 нмУФ-области и в дальней красной и инфракрасной части спектра между 700 — 850 нмМаксимум поглощения бактериофилла Ъзеленых серных бактерий находится в районе 1000 нм Между 480 и 550 нм в области зеленого света поглощающая способность хлорофилла очень мала (возникаеттак называемый «зеленый провал») Поэтому раствор хлорофилла и хлорофиллсодержащие части растений человеческому глазу кажутся зелеными «Зеленый провал»хлорофилла а частично закрывается благодаря поглощению дополнительных пигментов хлорофилла Ъ и каротиноидовЦианобактерии и красные водоросли закрывают эту область спектра, открытую изза поглощения света зелеными водорослями, благодаря своим дополнительным пигментам фикобилинам, к которым относятся фикоэритрин и фикоцианин Поэтомуцианобактерии и красные водоросли могут найти свет для фотосинтеза даже в глубоководной зоне, ниже зарослей зеленыхводорослей Бактерии, имеющие в своемсоставе бактериохлорофилл а или Ь, в состоянии использовать энергию волн тойХлорофилл а ^Хлорофилл Ь1-Каротин300400Бактериохлорофилл аФикоцианин /500600Длина волны, нм700800Рис.
6 . 4 7 . Спектры поглощения важнейшихфотосинтетических пигментов (хлорофиллы иfS-каротин — в органических растворителях,фикобилипротеиды — в водном растворе)(по Е Libbert)100| ГЛАВА 6. ФИЗИОЛОГИЯ ОБМЕНА ВЕЩЕСТВчасти спектра, в которой не могут поглощать остальные фотосинтезирующие бактерии (рис. см. 6.46, 6.47).Хотя хлорофилл использует солнечныйсвет не оптимально («зеленый провал»), онобразовался на ранней стадии эволюции(бактериохлорофиллу а пурпурных бактерийуже более 3 млрд лет), и с тех пор изменился мало. То, что в процессе эволюции хлорофиллы стали основными фотосинтетическими пигментами, связано со свойствамиэтих молекул: порфириновое ядро и несколько его заместителей (см. рис. 6.45) образуют систему сопряженных двойных связей.
Участвующие в этом я-электроны образуют единую молекулярную орбиталь, вкоторой электроны не только колеблются,но и могут циркулировать в кольцевой системе. Этот феномен — одна из причин вы\ 397 -,сокой стабильности соединений этого класса. Фактически порфирины относятся к самым стабильным химическим соединениям и, например, в нефти и угле (которымпо 400 млн лет) находятся в химическипочти неизмененной форме.Сильно делокализированные тс-электроны системы порфириновых колец можноподнять на более высокий уровень толькос помощью определенного количестваэнергии, например при поглощении фотонов с относительно большой длинойволны (рис. 6.48).
При этом молекула переходит в возбужденное состояние, в котором она характерным образом может вступать в дальнейшие реакции.В молекулах с четным числом электроноввсе орбитали заняты парами (синглетное состо-300а, i 297400§238500198600170700Я 149-800ВозбужОсновное Возбужденноесостояние денноесинглетное триплетное(S0)состояниесостояние(S1, S2...)(Т1...)КолебательныеподуровниВращательныеподуровни— ОсновноесостояниеРис. 6 . 4 8 . Возбужденные состояния хлорофиллов (на примере хлорофилла а) (по H.Mohr,RSchopfer).Основной энергетический уровень дает несколько подуровней, что является следствием колебательных движений внутри молекул, а также из-за вращения определенных групп атомов в молекулахнаблюдаются слабые отклонения в энергетическом состоянии (так называемые колебательные ивращательные подуровни).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
