В.В. Полевой - Физиология растений (1134228), страница 16
Текст из файла (страница 16)
Фатааинтвв 70 Рис. 3,3 Векентные орбитвли Схема уровней энергии электронов в иоле- куле, находящейся в аснавнан (5е) н ваэбужденнои состояниях: Синглетное вазбуигденное состовнне (5( н Гйт) — дво неоперенных электрона, млеющие антипараллельные спины; триплетное возбужденное састовние (Т") — два неоперенных электрона. имеющие параллельные спины трипленюе возбужмюиж состовние Сивглетнае возбужденное светониев Сннглетное основное состовние фиринового кольца молекулы хлорофилла. Интенсивная полоса поглощения в красной области связана с гидрированием двойной связи у С, -Св в (У пиррольном ядре (при переходе от протохлорофиллнда к хлорофиллиду) н присутствием маг. ния в порфириновом кольце.
Эти же условия способствуют снижению поглощения в желтой и зеленой частях спектра. Замещение магния протонами при обработке хлорофилла кислотой приводит к образованию феофетина, имеющего буро- зеленый цвет и ослабленный красный максимум поглощения. Удаление остатков фитола и метилового спирта путем щелочного гидролиза мало сказывается на спектре поглощения хлорофилла.
У хлорофиллина те же спектральные свойства, что и у хлорофилла: он зеленый, имеет красный н синий максимумы поглощения. На положение максимумов спектра поглощения оказывают влияние природа растворителя и взаимодействие молекул хлорофилла друг с другом, а также с другими пигментами, липилами и белками. У агрегированных молекул хлорофилла (например, в твердых пленках и у хлорофилла, находящегося в хлоропластах) красный максимум поглощения сдвинут в более длинноволновую область (до б80 нм). Растворы хлорофиллов в полярных растворителях обладают яркой флуоресг(еипией (люминесценцией).
В этиловом эфире у хлорофилла а наблюдается рубиново-красная флуоресценция с максимумом б68 нм, у хлорофилла Ь вЂ” б48 нм, т. е. максимумы флуоресценции в соотвстствии с правилом Стокса несколько сдвинуты в более длинноволновую часть спектра по отношению к максимумам поглощения (см. рис. 3.9). Агрегированный хлорофилл и хлорофилл в нативном состоянии (в живом листе) флуоресцируют слабо.
Растворы хлорофиллов способны также к фосгроресиенг(ии (т. е. длительному послесвечению), максимум которого лежит в инфракрасной области. Механизмы флуоресценции и фосфоресцепции, в том числе молекул хлорофилла, достаточно хорошо изучены. Наиболее устойчивы те состояния атомов и молекул, в которых валентные электроны занимают самые низкие энергетические уровни и распределены по пим согласно принципу Паули (не более двух электронов с антипараллельными спинами на каждой орбитали). Такое состояние молекулы называют основным синглееным (Яс) энергетическим состоянием (рис.
3.3). Суммарный спин (вектор магнитных моментов) всех электронов молекулы в этом случае равен нулю. Когда молекула поглощает квант света, то за счет этой энергии электрон переходит на более высокие вакантные орбнтали. Если у возбужденного электрона сохраняется то же направление спина, то молекула находится в синглевном воэбуэкденном сосзиолнии (5*). Если при переходе на более высокую орбиталь спин электрона обращается, то такое возбуждение называется ериллееным (Тв).
Прямой переход из основного состояния в триплетное— маловероятное событие, так как для этого необходимо обращение ориентации спина. Переходу молекулы из основного состояния в возбужденное, происходящему при поглощении кванта света, соответствует полоса в спектре поглощения. Поглощение молекулой хлорофилла кванта красного света приводит к синглетному электронвозбужденному сосгоянию— 5*, (рис. 3.4), При поглощении кванта синего света с более высоким уровнем энергии электрон переходит на более высокую орбиту (5*,). Возбужденная молекула хлорофилла возвращается в основное состояние разлнчныыи путями.
Отдав часть энергии в виде теплоты (особенно с уровня 5;), молекула может излучить квант света с большей длиной волны (правило Свокса), что проявляется в виде флуоресценции. Как уже отмечалось, хлорофилл а поглощает свет в красной н синей областях спектра, но флуоресцирует лишь в красной. Время жизни синглетного возбужденного состояния 10 'э в 10 з с. Другой путь потери энергии состоит в переходе молекулы из синглетного возбужденного состояния в метастабильное триплетное (с обращением спина).
Этот переход безызлучательный, т. е. энергия теряется в виде теплоты. Триплетное возбужденное состояние имеет гораздо большее время жизни (> 10 ' с). Из триплетного состояния молекула может вер- ' нуться в основное, излучив еше более длинноволновый (чем в случае флуоресценции) квант света. Это обычно более слабое свечение и есть фосфоресценция. 3. Фотосинтез Наконец, энергия возбужденного состояния может быгь использована на фотохимические реакции. В этом случае флуоресценции н фосфоресценпнн хлорофилла не наблюдается, Структура молекулы хлорофилла, отобранная в процессе эволюции из многих других органических пигментов, прекрасно приспособлена к своим функциям сенсибилизатора фотохимических реакций.
В ее состав входя г ! 8 нелокализованных л-электронов (представленных в струк~урной формуле хлоро. филла в виде 18-членного кольца из конъюгированных двойных связей), что лелает молекулу хлорофилла легко возбудимой цри поглощении квантов света. Еше Тимирязев предположил, что хлорофилл способен к окислительно-восстановительному превращению.
Впервые реакция фотовосстановления хлорофилла была осуществлена в модельных опытах А. А. Красновским в 1948 г. Хлорофилл, растворенный в пиридине, в анаэробных условиях под действием света восстанавливается аскорбиновой кислотой или другими донорами электронов. При этом образуется восстановленная («красная») форма хлорофилла с максимумом поглощения прн 525 нм; Хл -|- )ко — е Хл* о 'Хл' + АН 'Хл + 'АН' нон-раднкаа донор После выключения света реакция идет в обратном направлении.
Фотовосстановленный хлорофилл в свою очередь может восстанавливать различные акцспторы электронов, В той же модельной системе, но с добавлением акцептора электронов хлорофилл при освещении действует как сенсибилизатор: Ьн е' Донор — — Хлорофилл — Акцептор электронов электронов ,и Г. ;:1 мк ф ~е. В этих условиях происходит восстановление )ч1АРе, рибофлавина, хинона, Есз', кислорода.
Эти реакции получили название «реакций Красновскогол. Таким образом, молекула хлорофилла может выступать не только в роли первичного акпептора электрона, но и в роли его первичного лонора. Из всего сказанного следует, что молекула хлорофилла благодаря структурным и физико-химическим особснностям способна выполнять три важнейшие функции: 1) избирательно поглощать энергию света, 2) запасать ее в виде знерк ин электронного возбуждения, 3) фотохимически преобразовывазь энергию возбужденного состояния в химическую энергию первичных фотовосстановленных и фотоокисленных соединений. Для функционирования молекулы хлорофилла в процессах фотосинтеза сугцественное значение имеет ее пространственная организация. Магний-порфириновое кольцо молекулы предо~валяет собой почти плоскую пластинку толщиной 0,42 нм н площадью 1 нм'.
Это гилрофильная часть молекулы хлорофилла. Длинный алифатический остаток фитола (2 нм), обра- 3.2. Пигменты властий а з Ч стееннав ар- ия молекулы " алла а сн 'Ъ н с Сзнз Н н с' Нз О=с сн, ! осн, соЯЯ 3.2.2 кабнлины зующий угол с порфнриновым кольцом,— ее гидрофобный полюс (рис. 3.5), необходимый для взаимодействия молекулы хлорофилла с гидрофобными участками мембранных белков и липидов. Синезеленые водоросли (цианобактерии), красные морские водоросли и некоторые морские криптомонады помимо хлорофилла а и каротиноидов содержат пигменты фикобилины. Наиболее известные представители фикобилинов — фикозриеробилииы и фикоционобипиньь Первые преобладают у красных водорослей и определяют их цвет, вторые — у синезеленых, Структура н свойства фикабнлинов.
По структуре фикобилипы (от греч, арйусоз» вЂ” водоросль и лат. Ь)!1в — желчь) относятся к группе желчных пигментов — билинов (у животных представитель этой группы — билирубин). Это тетрапирролы с открытой цепью, имеющие систему конъюгированных лвойных и одинарных связей. В своем составе они не содержат атомов магния нли других металлов, а также фитола. У фикоцианобилина пиррольные кольца соединены между собой метиновыми мостиками, 1 и !Ч пирролы имеют по одной карбонильной группе.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
