Фотосинтез резонансный перенос энергии

Американские ученые Эмерсон и Льюис установили, что-квантовый выход фотосинтеза хлореллы (т. е. количество молекул СОг, которые реагируют на квант поглощенного света при фотосинтезе) начинает падать около 680 нм и достигает нуля около 700 нм, хотя полоса поглощения хлорофилла а кончается лишь около 820 нм. Одиако низкий квантовый выход фотосинтеза в области красного падения можио увеличить и даже довести до нормального уровня одновременным освещением светом более короткой длины волны. Это явление назвали эффектом Эмерсона. Спектр действия данного эффекта параллелен кривой, которая показывает долю поглощения света, приходившуюся в хлорелле на хлорофилл Ь, у диатомовых водорослей— на фукоксантин и хлорофилл с, а у красных и сине-зеленых водорослей — на фикобилины. Очевидно, фотосинтез требует одновременного возбуждения хлорофилла и одного из вспомогательных пигментов. Световая энергия, поглощенная пигментами-спутниками, передается резонансно на хлорофилл а, и эффективность этого переноса определяет также действенность света, поглощенного вспомогательным пигментом, сенсибилизирующим фотосинтез. Таким образом, для эффективного использования световой энергии в фотосинтезе, кроме хлорофилла а, должен активироваться еще и вспомогательный пигмент—хлорофилл Ь, а также фикобилины, каротиноиды. [c.183]

Нередко электронное возбуждение одного хромофора вызывает флуоресценцию другого хромофора, расположенного поблизости. Так, например, возбуждение молекул красителя, образующих монослой, приводит к флуоресценции слоя другого красителя, находящегося от первого на расстоянии 5 нм. Возбуждение остатков тирозина в белках может вызвать флуоресценцию триптофана, а возбуждение триптофана— флуоресценцию красителя, связанного с поверхностью молекулы белка, или флуоресценцию связанного кофермента [57]. Такого рода резонансный перенос энергии характерен для тех случаев, когда спектр флуоресценции одной молекулы перекрывается со спектром поглощения другой. При этом реального испускания и поглощения света не происходит, а имеет место безызлучательный перенос энергии. Резонансный перенос энергии имеет большое биологическое значение для фотосинтеза. Поскольку молекула с е = 3-10 при воздействии прямого солнечного света поглощает около 12 квантов света в секунду, моно-молекулярный слой хлорофилла будет поглощать всего 1 % общего числа квантов, падающих на поверхность листа [63]. По этой причине молекулы хлорофилла располагаются в виде многочисленных тонких слоев внутри хлоропластов. Однако непосредственно в реакционных центрах, где идут фотохимические процессы, находится лишь небольшое число специализированных молекул хлорофилла. Остальные молекулы поглощают свет и передают энергию в реакционный центр небольшими порциями. [c.31]

Интересен и вопрос о роли вспомогательных пигментов в фотосинтезе. Имеются значительные доказательства правильности той идеи, что эти пигменты, которые состоят из каротиноидов, фикобилинов и хлорофилла Ь, действуют главным образом как дополнительные светопроводы, которые подводят свет к обычному каналу фотосинтеза с помощью хлорофилла а. Эти пигменты захватывают зеленый свет, который плохо поглощается хлорофиллом, и затем передают энергию по экситонному механизму и с помощью резонансного переноса хлорофиллу а. Однако в последние годы были представлены доказательства того, что вспомогательные пигменты также испытывают фотохимическую реакцию, так что в настоящее время этот вопрос никоим образом не может считаться решенным. Более подробная информация по этим вопросам дана в обзоре Френча [97]. [c.132]

Рассмотрев реакции связывания углерода, вернемся теперь к вопросу о том, как в процессе фотосинтетического переноса электронов, протекающем в хлоропласте, образуются АТР и NADH, необходимые для синтеза углевода из СО2 и Н2О (см. рис. 7-41). Необходимая энергия извлекается из солнечного света, поглощаемого молекулами хлорофилла (рис. 7-46). Процесс преобразования энергии начинается с возбуждения молекулы хлорофилла квантом света (фотоном), сопровождающегося переходом электрона на более высокий энергетический уровень. Такая возбужденная молекула нестабильна и стремится вернуться к исходному состоянию одним из трех способов 1) в результате превращения избыточной энергии в тепло ( в молекулярное движение), либо в тепло и свет с большей длиной волны ( флуоресценция) в том случае, когда лучистая энергия поглощается отдельной молекулой хлорофилла в растворе 2) в результате передачи энергии (но не электрона) непосредственно соседней молекуле хлорофилла при помощи процесса, называемого резонансной передачей энергии или 3) путем передачи высокоэнергетического электрона одной из ближайших молекул (акцептору электрона) и возвращения в первоначальное состояние в результате принятия низкоэнергетического электрона от какой-то другой молекулы (донора электрона, рис. 7-47). Последние два механизма играют ключевую роль в фотосинтезе. [c.467]

Кооперативный [26] механизм первичной ступени фотосинтеза включает взаимодействие в реакционном центре фотосинтезирующей системы двух электронно-возбужденных молекул хлорофилла — одной в синглетном, другой в триплетном возбужденных состояниях. Физический путь такой кооперации состоит в первичном индуктивно-резонансном синглет-триплетном переносе энергии от одной молекулы хлорофилла к другой, возбужденной предварительно в сравнительно долгоживущее триплетное состояние. Образовавшаяся дважды возбужденная молекула хлорофилла с запасом энергии 281—294 кДж и осуществляет первичный фотохимический процесс [c.21]

Расчеты показывают, что в перенос электронов при фотосинтезе в действительности вовлекается только небольшая часть молекул хлорофилла. Прочие его молекулы выполняют лишь роль светособирающего комплекса, или светособирающей антенны. Передача энергии от каротиноидов к хлорофиллу и от одной молекулы хлорофилла к другой происходит в результате процесса, который называют резонансным переносом. Участвующие в этом процессе молекулы должны быть плотно упакованы, для того чтобы колебательная энергия могла непосредственна передаваться от одной молекулы к другой. В гранах хлоропластов у высших растений фотосинтетические пигменты именно так и упакованы, о чем мы уже говорили в гл. 2 поэтому энергия, поглощенная одним из пигментов, легко может быть передана молекулам некоторых других пигментов. [c.115]

Вероятность передачи этого рода решающим образом зависит от резонанса между молекулами, обменивающимися энергией, т. е. от взаимного перекрытия полосы флуоресценции донора и полосы поглощения акцептора. Это явление впервые обсуждалось Кальманом и Лондоном в применении к сенсибилизированной флуоресценции в газах. Позднее аналогичные соображения в применении к растворам были развиты Ж. Перреном [8, 10], который использовал классическую электродинамику. Ф. Перрен (И, 16] впервые попытался дать явлению квантово-механическую трактовку. Он использовал этот механизм переноса энергии для объяснения так называемой концентрационной деполяризации флуоресценции в растворе (уменьшение степени поляризации при увеличении концентрации). Впоследствии некоторые другие явления флуоресценции и фотохимии были приписаны обменным процессам этого типа и более совершенное теоретическое толкование было развито в работах Вавилова и его сотрудников [65—67], а также Фёрстером [71, 73, 76] и Арнольдом и Оппенгеймером [91]. Ввиду того, что представления о резонансном переносе энергии могут сыграть важную роль в выяснении фотохимического механизма фотосинтеза (особенно при объяснении возможной роли фикобилинов и каротиноидов в этом процессе), перечисленные работы будут более подробно рассмотрены в гл. XXX и XXXII. Здесь мы упомянем лишь о возможности тушения или возбуждения флуоресценции хлорофилла путем резонансного переноса энергии возбуждения, не требующего контакта молекул. В качестве примеров можно напомнить тушение флуоресценции красителей другими красителями (стр. 188), флуоресценцию [c.167]

Передача энергии от флуоресцирующей молекулы к молекуле тушителя может происходить на значительно больших расстояниях, чем радиус столкновения, если молекула тушителя поглощает при более длинных волнах, чем флуоресцирующая молекула. Критическое расстояние для переноса энергии от акри-флавипа к родамину В в метаноле, например, порядка 70 А [39]. Скорость не определяется диффузией она почти не зависит от вязкости растворителя [37]. Это замечательное явление приписывают дальиодействующему диноль-дииольному взаимодействию, которое может быть достаточным для переноса энергии, если изменение энергии при дезактивации одной молекулы близко к изменению энергии при поглощении в другой часто это называют резонансным переносом . По-видимому, это явление имеет место при фотосинтезе [41]. [c.164]

В работе [457] обсуждаются механизмы переноса энергии и переноса электронов в процессах сенсибилизации галогенидов серебра под действием красителей (см. таТ<же стр. 453). В соответствии с механизмом переноса энергии в качестве акцепторов энергии, получаемой от молекул красителей путем резонансного переноса, должны выступать примесные центры, присутствующие в га-логенидном серебре. Механизм передачи энергии через агрегаты хлорофилла при фотосинтезе включает перенос триплетной энергии [283], экситонов [689], а также носителей электронного заряда [6, 690, 691], обнаруженных для хлорофилла [6, 453]. [c.461]

Однако тушение флуоресценции происходит и в том случае, когда центры находятся в закрытом состоянии где фотоактивный пигмент окислен. Причина этого состоит в том, что спектр поглощения катион-радикала Хла " обладает широкой полосой в красной и ближней инфракрасной областях (600-850 нм). Это обеспечивает резонансный перенос (см. 9 гл. XIII) энергии возбуждения от молекул антенны на Хла+ Р о) перевод его на нижний возбужденный электронный уровень около 820 нм с последующей деградацией энергии, не связанной уже с фотосинтезом. Таким образом, увеличение выхода флуоресценции антенны происходит [c.326]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология