Категории

Возбужденная молекула хлорофилла отдает акцептору

Фотосинтез: световые реакции, часть 1

Хлорофиллы - их состав, структура и свойства

Спектры поглощения и спектры действия. Возбуждение хлорофилла светом.

Изучая такой процесс, как фотосинтез, который активируется светом, важно определить спектры действия данного процесса для идентификации вовлеченных в него пигментов. Спектр действия представляет собой график, показывающий зависимость эффективности изучаемого процесса от воздействия света с различными длинами волн.

Спектр поглощения представляет собой график зависимости относительного количества поглощенного пигментом света от различной длины волны. На рисунке показаны спектр действия фотосинтеза и спектр поглощения для комбинированных фотосинтетических пигментов.

Обратите внимание на большое сходство представленных графиков, а это значит, что за поглощение света при фотосинтезе ответственны пигменты, и в особенности хлорофилл.

Возбуждение хлорофилла светом

Когда молекула хлорофилла или другого фотосинтетического пигмента поглощает свет, говорят, что она перешла в возбужденное состояние. Энергия света используется для перевода электронов на более высокий энергетический уровень. Энергия света улавливается хлорофиллом и преобразуется в химическую энергию. Возбужденное состояние хлорофилла неустойчиво, и его молекулы стремятся вернуться в обычное (устойчивое) состояние. Например, если через раствор хлорофилла пропустить свет, а затем понаблюдать за ним в темноте, то мы увидим, что раствор флуоресцирует. Это происходит потому, что избыточная энергия возбуждения преобразуется в свет с большей длиной волны (и меньшей энергией), при этом остаток энергии теряется в виде тепла.

Возбужденные электроны возвращаются в свое обычное низкоэнергетическое состояние. В живом растении высвобождаемая энергия может переходить к другой молекуле хлорофилла (см. ниже). При этом возбужденный электрон может переходить от молекулы хлорофилла к другой молекуле, называемой акцептором электронов. Поскольку электрон отрицательно заряжен, то после его «ухода» в молекуле хлорофилла остается положительно заряженная «дырка».

Процесс отдачи электронов называется окислением, а процесс их приобретения — восстановлением. Следовательно, хлорофилл окисляется, а акцептор электронов восстанавливается. Хлорофилл замещает утраченные электроны за счет низко энергетических электронов других молекул, называемых донорами электронов.

Первые стадии процесса фотосинтеза включают в себя перемещение и энергии, и возбужденных электронов между молекулами в рамках фотосистем, описываемых ниже.

- Читать далее "Фотосистемы. Биохимия фотосинтеза. Источник кислорода."

Оглавление темы "Фотосинтез.":
1. Пигменты фотосинтеза. Хлорофиллы. Каротиноиды.
2. Спектры поглощения и спектры действия. Возбуждение хлорофилла светом.
3. Фотосистемы. Биохимия фотосинтеза. Источник кислорода.
4. Световые реакции фотосинтеза.
5. Нециклическое фосфорилирование. Циклическое фотофосфорилирование.
6. Темновые реакции фотосинтеза. Опыты Кальвина.
7. Мышечная ткань. Нервная ткань. Нейроны.
8. Факторы влияющие на фотосинтез. Лимитирующие факторы.
9. Графики интенсивности фотосинтеза. От чего зависит интенсивность?
10. С4-фотосинтез. Путь Хэтча-Слэка.
Источник: http://meduniver.com/Medical/Biology/162.html

Фототрофные бактерии. Фотосинтетический аппарат. Примеры.

Возбудители молекул хлорофилла

Автор: admin · Дата: 18 апреля 2015 · Прокомментировать

Строение пигментного слоя хлоропласта.

Ни в одной конкретной схеме нет ничего святого.

Т. Шибатуни.

Хлорофилл — основной фотосинтетический пигмент. Его молекула состоит из 4 пиррольных ядер (I—IV), соединенных метанными группами (форбинная система) и многоатомного спирта — фитола. В центре молекулы находится атом магния. Производные хлорофилла были найдены в сырой нефти, горючих сланцах и других образованиях девонского и кембрийского периода, возраст которых составляет около 400 млн. лет.

Хлорофилл, находящийся в растениях, представляет собой смесь двух компонентов «А» и «Б», которые отличаются заместителями у 3-го атома углерода во 2-м пиррольном ядре (метильная и альдегидная группы соответственно).

Первые сведения о полупроводниковых свойствах хлорофилла и его аналогов были получены А. Т. Вартаняном. Им обнаружена характерная для полупроводников экспоненциальная зависимость темновой проводимости слоев хлорофилла от температуры. Подобные сведения стало возможно получить только на опытах при ярком солнечном освещении. Обычно в такую погоду спортсмены велоочки покупают, чтобы защитить зрение. Именно такие ясные погодные условия и были нужны исследователям для наблюдения за реакцией молекул хлорофилла.

Е. К. Пуцейко методом конденсатора провела подробный анализ влияния паров и газов на электропроводность и фотопроводимость слоев экстрагированных из зеленых листьев фотосинтетических пигментов. На основании экспериментов она пришла к выводу, что уменьшение энергий активации фотопроводимости и увеличение инерционности фотоответа связано с появлением большого числа электронных (дырочных) ловушек в слое, где происходит бимолекулярная рекомбинация. Кристаллическая форма хлорофилла более чувствительна к окружающей атмосфере, чем аморфная. Переходу пленок из аморфного состояния в кристаллическое часто соответствует изменение знака носителей тока.

Каротин является вспомогательным пигментом, сопутствующим — хлорофиллу. Известно несколько изомеров каротина, самым распространенным из которых является 13-каротин. На воздухе каротин самоокисляется, поглощая 12 атомов кислорода на молекулу. С этим, очевидно, связана защитная функция каротиноидов в растительной клетке (предотвращает деструктивное фотоокисление). Каротин необходим для нормального функционирования животных организмов и человека. Согласно концепции академика Н. М. Эмануэля, ингибиторы цепных реакций ( к которым относится и каротин), введенные в организм, защищают его от лучевого поражения и преждевременного старения.

Полупроводниковые свойства 0-каротина явились предметом ряда исследований, однако до настоящего времени не существует единой точки зрения на механизм образования носителей фототока в кристаллах каротина.

Поликристаллические и стеклообразные образцы каротина обладают дырочной проводимостью, монокристаллы представляют собой смешанный тип с преобладанием дырочной проводимости. Электронный ток при освещении кристалла сильно поглощенным светом всего в 2—3 раза меньше дырочного.

Коротко познакомившись с основными свойствами фото-синтетических пигментов, перейдем теперь к их взаимодействию со светом.

Академик А. Н. Теренин, работы которого по фотохимии и фотосинтезу получили всемирное признание, предложил схему первичных процессов, происходящих в молекуле пигмента. При поглощении кванта света молекула хлорофилла переходит из основного состояния Хл на возбужденный синглетный уровень энергии. Обозначение показывает, что молекула пигмента не изолирована, а находится в связи с белком или другими молекулами пигмента. Находясь на синглетном уровне, молекула хлорофилла может отдать энергию возбуждения в виде кванта флюоресценции или путем дезактивации перейти в основное не возбужденное состояние. Кроме того, возбужденная молекула хлорофилла может подвергнуться безызлучательной дезактивации с переходом на триплетный уровень Хлу. Переход молекулы с триплетного уровня на основной маловероятен, что приводит к испусканию длительного свечения — фосфоресценции. В возбужденном состоянии (как в синглетном, так и в триплетном) возможна обратимая физическая или химическая реакция молекулы хлорофилла с каким-либо реагентом.

Эта характеристика была использована нами в для выяснения вопроса, каким образом формируется пигментный слой фотосинтетического аппарата листа. Было установлено, что формирование пигментного слоя сопровождается появлением агрегатов молекул хлорофилла уже на ранних стадиях зеленения хлоропласта. Этот вывод имеет принципиальное значение для выяснения механизма действия хлорофилла при фотосинтезе, а также для функционального моделирования природных фотосинтетических систем.

Рубрика: Микробиология ·  

загрузка...

Источник: http://www.we-survive.ru/vozbuditeli-molekul-xlorofilla/

Глава 10. Магний и фотосинтез

Возбужденная молекула - хлорофилл

Cтраница 1


Возбужденные молекулы хлорофилла могут реагировать с растворителем, причем наиболее вероятная реакция будет окисление - восстановление.  [1]

Время жизни возбужденных молекул хлорофилла в живых клетках может определяться двумя факторами, которые и обусловливают, таким образом, вычисленные выше малые значения т: нормальным рассеянием энергии в белково-пигментно-липоидном комплексе ( хлоропластин) и тушением или стимуляцией флуоресценции при метаболических процессах. Последнее может быть, в свою очередь, двух родов: прямым фотохимическим тушением в силу конкуренции между сенсибилизированной фотохимической реакцией и флуоресценцией и непрямым тушением ( или, наоборот, стимуляцией) флуоресценции, обусловленным метаболическим образованием веществ, которые ослабляют или усиливают флуоресценцию хлорофилла. Наблюдения, о которых будет упомянуто в помещаемом ниже разделе, могут служить указанием на изменения в общей структуре хлоропластинового комплекса.  [2]

Время жизни возбужденной молекулы хлорофилла и его аналогов имеет величину ( 3 - 5) - 10 - 9 сек.  [3]

После поглощения фотона возбужденная молекула хлорофилла может участвовать в процессах двух типов. Она может флуоресцировать или использовать избыточную электронную энергию для проведения каких-то энергетически невыгодных реакций.  [4]


В фотосистеме I электрон возбужденной молекулы хлорофилла идет в конечном итоге на образование НАДФН. В фотосистеме II электрон возбужденного хлорофилла акцептируется первичным акцептором, который начинает цепь, связывающую обе системы I и II. В этой цепи частично понижается энергетический потенциал электрона, при этом энергия расходуется не только на восстановление хлорофилла в реакционном центре системы I, но и на образование АТФ.  [6]

Время жизни - с возбужденных молекул хлорофилла было оценено Перреном [2] и Ступпом и Куном [3] с помощью измерений относительной степени поляризации флуоресценции в растворителях различной вязкости.  [7]

Полученные показатели времени жизни возбужденных молекул хлорофилла и ряда его аналогов в различных растворителях, измеренные с точностью до 10 % 2 и для молекул хлорофилла в естественном состоянии для различных объектов приведены в табл. 1 и 2 предыдущей статьи ( см. стр.  [8]

Первое, что должна произвести возбужденная молекула хлорофилла а, - это затрата энергии на образование своеобразных окислителя и восстановителя. Эти процессы окисления воды и восстановления СО2 протекают за очень короткий промежуток времени. В начале исследований не было установлено подробностей процесса, о котором приходилось мыслить весьма схематически, представляя лишь основные его фазы.  [9]

Затем эта поглощенная энергия превращается возбужденной молекулой хлорофилла в химическую энергию. Окисленный хлорофилл регенерирует в исходное состояние, взаимодействуя со слабым восстановителем DH. Электрон же движется против термодинамического градиента за счет световой энергии, поглощенной хлорофиллом. Если А - это НАДФ, a DH - Н20, то 02 выделяется из воды, а НАДФ-Н2 образуется за счет световой энергии.  [10]

Третий и наиболее важный путь, по которому возбужденная молекула хлорофилла может терять свою энергию - это превращение последней в химическую энергию. После поглощения фотона молекула хлорофилла остается в син-глетном возбужденном состоянии в течение всего лишь - 5 - 10-в сек. Следующая стадия представляет собой захватывание этой энергии и превращение ее в более стабильную и управляемую форму.  [11]

Флуоресценция является одним из тех процессов, посредством которых возбужденные молекулы хлорофилла могут растрачивать свою энергию. Другие процессы - это рассеяние энергии ( переход в колебательную энергию и, в конечном счете, в тепло) и фотохимические реакции с участием самого хлорофилла или сенсибилизируемые им.  [12]

Для объяснения этого явления нужно предположить, что большая часть возбужденных молекул хлорофилла не флуоресцирует потому, что они испытывают превращение в сравнительно долго живущую форму, обладающую еще достаточным запасом энергии. В этом состоянии они сохраняют часть начальной энергии возбуждения в виде электронной или химической энергии. Ввиду большой продолжительности их времени жизни эти активированные молекулы имеют большую вероятность встретиться с молекулами кислорода или с молекулами субстрата А, даже если концентрация последних очень мала.  [13]

Таким образом, возникает вопрос о возможности передачи энергии от возбужденной молекулы хлорофилла другим молекулам. Прежде всего следует указать, что в работах С. И. Вавилова и его школы была исследована возможность обмена энергией между молекулами красителей, результатом чего является концентрационное тушение пх флуоресценции в растворе.  [14]

XVIII, уравнение (18.41) ] обсуждалось и другое возможное объяснение сенсибилизированного самоокисления, которое допускает первичную реакцию между возбужденной молекулой хлорофилла и окисляющим субстратом, а не кислородом. Во всех тех случаях, где действует подобный механизм, окисляющий субстрат должен тушить флуоресценцию хлорофилла более эффективно, чем кислород. Франк и Леви [23] измерили тушение флуоресценции хлорофилла бензидином и йодистым калием. Полученные ими кривые тушения не приведены, и поэтому нельзя рассчитать концентрацию половинного тушения.  [15]



Страницы:      1    2

Источник: http://www.ngpedia.ru/id161901p1.html
Еще интересное порево: