ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Пигменты хлоропластов из "Фотосинтез" Пигментами мы называем соединения, избирательно поглощающие свет в видимой части солнечного спектра. При освещении белым светом их окраска определяется теми лучами, которые они отражают или пропускают. Молекулы всех органических пигментов содержат систему правильно чередующихся двойных и одиночных связей (так называемые сопряженные двойные связи), подобную той, какая имеется в центральной части молекулы каротина (фиг. 5, ). Связи принято обозначать линиями, но каждой такой линии соответствует пара электронов. Поэтому при каждом атоме углерода имеется 8 валентных электронов, общих для данного атома и соседних атомов. Между каждой парой атомов углерода находится пара электронов, образующих локализованную а-связь. Кроме того, имеется пара л-электронов, которые могут перемещаться по всей углеродной цепи (так называемый резонанс). Благодаря резонансу молекула приобретает дополнительную стабильность. Об этом свидетельствует, например, тот факт, что ее теплота сгорания меньше, чем следовало бы ожидать при наличии несопряженных двойных связей. Высокомобильные спаренные электроны, связанные со всей системой сопряженных двойных связей, а не с отдельными атомами, легко возбуждаются квантами света с энергией, столь незначительной, как у квантов видимого света или ближнего ультрафиолета. В этом процессе, называемом JT — я -переходом, квант исчезает, а возбужденный электрон приобретает дополнительную энергию. Поскольку потребность в энергии при этом невелика, поглощение происходит в видимой части спектра. [c.18] В порфиринсвом ядре молекулы хлорофилла а (фиг. 5,Л), состоящем из четырех связанных пиррольных колец (I—IV), система сопряженных двойных связей образует замкнутый цикл. [c.18] В такой системе л-электроны могут циркулировать, т. е. они обладают еще большей свободой перемещения, чем в молекуле каротина, что обеспечивает большую стабильность. [c.19] Порфиркны принадлежат к числу наиболее стабильных и инертных органических молекул. Многие представители этой группы, являющиеся, как полагают, производными хлорофилла, были найдены в сырой нефти, угле, битуминозных породах и горючих сланцах. Эти последние представляют собой образования девонского и кембрийского периодов возраст их — около 400 млн. лет [62]. Стабильность порфиринов связывают с их вы-сококонденсированной циклической структурой, обусловливающей резонанс. Возможно, именно благодаря зтим особенностям молекула хлорофилла способна необычно долго сохранять энергию поглощенного светового кванта и полностью передавать ее соседней молекуле хлорофилла. Вследствие этого энергия отдельных квантов, поглощенных многими молекулами хлорофилла, может быть собрана в реакционном центре (см. гл. IX) и использована для фотосинтеза. Поскольку хлорофилл а ответствен за первичный процесс фотосинтеза (образование восстановительной силы), недостаточно, чтобы энергия передавалась от одной его молекулы к другой в молекулярной структуре хлорофилла а должен быть и какой-то центр, который реагирует химически. Считают, что он находится в кольце, состоящем из пяти атомов углерода (кольцо V на фиг. 5, Л). [c.20] Длинная углеводородная цепь (остаток фитола), присоединенная к порфириновой части молекулы хлорофилла (фиг. 5,Л), обладает липофильными свойствами. Способность фитола растворяться в жирах имеет, вероятно, большое значение для сохранения структуры хлоропластов. Именно потому, что в молекуле хлорофилла имеется этот остаток фитола, хлорофилл растворим в таких органических растворителях, как бензол или ацетон, и нерастворим в воде. [c.20] Помимо хлорофиллов, в хлоропластах всегда присутствует еще одна группа жирорастворимых пигментов — каротиноиды. Практически все каротиноиды содержат одну и ту же линейную цепь, состоящую из 40 атомов углерода эта цепь построена из восьми остатков изопрена (С5), которые могут образовать кольца на одном или на обоих концах молекулы. Главным кароти-ноидным пигментом зеленых растений является р-каротин (фиг. [c.21] Каротиноиды поглощают свет в основном в сине-фиолетовой области (фиг. 9), чем и объясняется их желто-красная окраска. Полосы поглощения каротнноидов в синей области спектра в значительной мере перекрываются с полосами поглощения хлорофиллов. Это обстоятельство затрудняет интерпретацию опытов по измерению эффективности фотосинтеза в синей области. [c.26] Почти все гипотезы о первичных фотофизических процессах, происходящих в хлоропластах, основываются на результатах опытов с разбавленными растворами, по большей части простыми, но в некоторых случаях такими, в которых молекулы растворенного вещества образуют комплекс с растворителем за счет координационных связей. Проверка этих гипотез осуществляется главным образом путем наблюдений над поглощением света или флуоресценцией in vivo. [c.28] Для описания модельной системы, дающей возможность изучать различные возбужденные состояния молекулы хлорофилла, которые могут возникать при поглощении кванта света, необходимо ввести понятие об электронном спине. Те области пространства, в пределах которых находятся электроны, называются орбиталями. На одной орбитали может находиться не более двух электронов, которые должны иметь противоположно направленные спины (обозначаемые как + /2 и — /2). Результирующий спин такой пары электронов равен нулю. Если все электроны спарены таким образом, то молекула не имеет результирующего магнитного момента и, как принято говорить, составляет синглетную систему. Если же молекула имеет два неспаренных электрона с параллельными спинами, то результирующий полный спин, равный единице, ориентируется относительна внешнего магнитного поля таким образом, что его проекция принимает значения -fl, О или —1. Это соответствует трем различным энергетическим уровням, и такое состояние молекулы называется триплетным. [c.28] С большей длиной волны по сравнению с уровнем 81 (флуоресценция). Поскольку флуоресценция всегда происходит с уровня 81, длина волны флуоресценции не зависит от длины волны возбуждающего света (константа скорости флуоресценции й/). [c.30] Молекула хлорофилла в растворе, находящаяся в возбужденном состоянии Sl и играющая роль донора, может путем индуктивного резонанса передать энергию электронного возбуждения молекуле акцептора, находящейся в состоянии So. Энергия, приобретенная акцептором, должна быть равна энергии, потерянной донором, для чего необходимо, чтобы спектр флуоресценции донора и спектр поглощения акцептора в значительной степени перекрывались. По этой причине перенос энергии от хлорофилла Ь к хлорофиллу а осуществляется легче, чем от одной молекулы хлорофилла а к другой [65, 314]. При благоприятных обстоятельствах возможен перенос на расстояния до 10 нм, причем эффективность его не зависит от вязкости растворителя. [c.31] Красновский [198] и другие исследователи (главным образом в СССР) подробно изучили фотохимические реакции, в которых может участвовать хлорофилл в растворе. В основном это те же реакции, которые могут осуществляться и другими флуоресцирующими красителями, однако для фотосинтеза in vivo, по-ви-димому, необходим хлорофилл а. Возможно, наибольшее значение имеет реакция восстановления хлорофиллом, находящимся в состоянии Si или Ti, таких окислителей, как хиноны. В этой реакции хлорофилл обратимо окисляется и выцветает. [c.31] Вопрос о том, в какой мере свойства возбужденных состояний и закономерности переноса энергии, установленные для разбавленных растворов, отражают ситуацию,, сущебтвующую in vivo, является спорным. Ясно, однако, что проблемы такого рода должны изучаться со всех возможных точек зрения. [c.31] Вернуться к основной статье