Хлорофиллы хлорофилл-ловушка

В этом отношении фотосинтетический аппарат растений существенно отличается от биологических катализаторов. Это система из множества тесно упакованных молекул хлорофилла (от нескольких сот молекул в хроматофоре до десятков миллионов в одном хлоропласте). Это различие понятно, так как хлоропласт, слабо заполненный хлорофиллом, прежде всего не мог бы служить эффективной ловушкой световой энергии. Вопрос о строении адсорбированных слоев хлорофилла изучался в нашей лаборатории и изложен в ряде статей (см. обзорную статью Л. И. Некрасова Биофизика , № 2, 1967, а так же работы [92—95]). [c.40]

Подвижные электронные вакансии, достигающие границы раздела, могут заполняться электронами от постороннего восстановителя, что приведет к заряжению полупроводниковой пленки пигмента избыточным отрицательным зарядом. Такой заряженный слой делается способным отдавать электроны на другой границе раздела угольному или металлическому электроду, как был показано в фотогальванических опытах Евстигнеева и Теренина [1]. Из этих опытов и из наших измерений с сухими пленками следует, что контакт пленки хлорофилла с раствором, содержащим окислители, создает на этой границе раздела поверхностные электронные ловушки, способствующие захвату электронов, освобождаемых светом внутри слоя. Образующиеся подвижные положительные дырки, достигая электрода на другой границе раздела слоя, заряжают его положительно. Таким образом, в этой модели действительно осуществляется взаимосвязь пространственно разделенных окислительно-восстановительных реакций через посредство освещаемой пленки пигмента. В какой мере эти процессы имеют место в хлоропластах при фотосинтезе, остается пока еще открытым вопросом. [c.281]

Из анализа модели случайных блужданий возбуждения следует, что для того, чтобы в процессе случайного блуждания экситон попал в ловушку РЦ, окруженную антенной из ТУ = 80 молекул Хл, необходимо около 120 прыжков возбуждения. Считая, что энергия взаимодействия между молекулами хлорофилла в антенне составляет вз 100 см 1 ( 0,01 эВ 4,6 10 1 Дж), можно оценить время тм одного прыжка (ХП1.11.4) как тм Ь/Ецз 50 фс ( 0,05 пс). Сле- [c.303]

Установлено, что первая фотосистема у высших растений включает 200 молекул хлорофилла а, 50 молекул каротиноидов и 1 молекулу хлорофилла (хлорофилл-ловушка), поглощающую свет с длиной волны X 700 нм (Пгоо)- Вторая фотосистема включает 200 молекул хлорофилла а, 200 молв1<ул хлорофилла Ь и 1 молекулу хлорофилла, поглощающую свет с длиной волны Я 680 пм (Пвво)- По-види-мому, С1)ет поглощается раздельно этими двумя фотосистемами и нормальное осуществление фотосинтеза требует их одновременного участия. [c.127]

Движущей силой цикла Кальвина - Бенсона являются световые реакции. Солнечный свет поглощается молекулами хлорофилла (см. рис. 20-21), в которых имеется кольцо сопряженных атомов углерода с делокализованными электронами, окружающее атом магния. Молекула хлорофилла одного типа расположена в фотоцентре, или в ловушке, где и осуществляется химическая реакция, а другие хлорофиллы и родственные сопряженные молекулы окружают фотоцентр и играют роль антенн , поглощающих фотоны света и передающих электронное возбуждение к молекулам фотоцентра. [c.336]

Фото-э. д. с. у окиси цинка, зависящая от давления кислорода и следов паров хинона в окружающей атмосфере, в такой же степени может быть повышена добавкой органических веществ, например хлорофилла или фталоцианина магния. Пуцейко [122] связывает такую сенсибилизацию с тем, что хлорофилл поглощает энергию, освобождая при этом электрон из кислородной ловушки, и этот электрон может, таким образом, проникать в зону проводимости. Спектральная чувствительность соответствует спектру поглощения. [c.708]

Фотосинтетические механизмы хлоропластов переводят солнечную энергию в химическую энергию АТР и NADPH в высшей степени эффективно. Поэтому ведется много исследований с целью научиться воспроизводить эти процессы в более простых искусственных молекулярных системах и таким образом заставить работать на себя непрерьшно льющийся на Землю неиссякаемый поток солнечной энергии. В современных солнечных батареях в качестве рецепторов световой энергии используются дорогостоящие твердые материалы, например кристаллический силикон, и эти батареи работают далеко не столь эффективно, как хлоропласты растений. Если бы нам удалось на молекулярном и субатомном уровне понять до конца те принципы, на основе которых хлорофилл и бактериородопсин работают как высокоэффективные ловушки световой энергии, и одновременно выяснить, как происходит распределение по обе стороны мембраны электрических зарядов и [c.713]

В функционирующих хлоропластах каждая электрон-транс-портная цепь может осуществлять акт передачи каждые 15 мс. На ярком свету молекула хлорофилла в среднем поглощает фотон один раз в 100 мс, а в условиях слабого или рассеянного освещения даже ре ке. Однако, поскольку каждый реакционный центр связан с несколькими сотнями светособирающих шлекул пигмента, интенсивность переноса электронов увеличивается. Время с момента поглощения света до попадания возбуждения в ловушку измеряется пикосекундами. Однако перенос электрона осуществляется медленно, и лимитирующая реакция синтеза АТР протекает за время порядка 20 мс. [c.45]

Как уже отмечалось в данной главе, два наиболее распространенных механизма химического тушения представляют собой окислительновосстановительные процессы [см. уравнение (23.1)] и образование комплексов [ем. уравнение (23.2)]. Последнее особенно вероятно в тех случаях, когда тушителем является другой краситель с перекрывающейся полосой поглощения, так что условия близки к самотушению. При этом постоянная связь тушителя с флуоресцирующей молекулой также, повидимому, может иметь место (аналогично постоянной димеризации, рассмотренной на стр. 170). Изучение влияния тушителя на спектр поглощения флуоресцирующего вещества и зависимости тушения от концентрации тушителя может помочь отличить тушение вследствие комплексообразования от тушения, происходящего при кинетических встречах однако в настоящее время для растворов хлорофилла таких данных очень мало. Наконец, по аналогии с вышеописанным механизмом самотушения (стр. 168), должна существовать еще одна возможность тушения, когда тушитель находится в резонансе с флуоресцирующей молекулой — слзгчай тушения без образования комплекса и без кинетических соударений. Тушение будет происходить путем передачи энергии возбуждения на расстояния, значительно большие, чем диаметры соударения. Если молекулы тушителя не флуоресцируют, то они будут служить ловушками так же, как это было постулировано Фёрстером для димеров. Вавилов и его сотрудники [75, 87, 88] нашли соответствующие примеры этого типа тушения флуоресценции красителей другими нефлуоресцирующими веществами, способными к резонансу с ними. Однако сильные тушители, перечисленные в табл. 30, обязаны своей эффективностью, конечно, не резонансному механизму передачи. Все они являются окислителями, и это указывает скорее на химическое взаимодействие, нежели на физический перенос энергии. Кроме того, они не имеют полос поглощения в красной области спектра и поэтому не могут находиться в резонансе с возбужденными молекулами хлорофилла. Их самые низкие возбужденные уровни должны лежать значительно выше флуоресцентного уровня А хлорофилла. [c.188]

Высушенные хлоропласты обнаруживают термолюминесценцию после предварительного их облучения при низких температурах видимым светом. Интенсивность свечения возрастает с повышением температуры, достигая максимума при 393 К. Авторы этого-наблюдения [31] считают, что термолюминесценция не является термохемилюминесценцией и обусловлена полупроводниковыми свойствами хлоропластов при поглощении света в пигментной матрице возникают свободные носители заряда, которые захватываются в достаточно глубоких ловушках (дефекты структуры, реакционный центр, акцептор электрона и т. п.). При нагревании матрицы электроны высвобождаются из ловушек и рекомбинируют с положительной вакансией — дыркой, локализованной в реакционном центре (катион-радикал пигмента хлорофилл или бактериохлорофилл реакционного центра) [c.23]

Если квант встречает на своем пути молекулу пигмента, который имеет несколько более длинноволновую полосу поглощения, т. е. его возбужденное состояние соответствует более низкому энергетическому уровню, то такой квант уже не может выйти и продолжит свое путешествие . Следовательно, такая ловушка может собирать фотоны, поглощенные окружающими ее многочисленными молекулами пигмента, так что она будет возбуждаться пропорционально чаще. Подобное явление, когда свет, поглощенный большим числом молекул хлорофилла, нанравляется к немного- [c.559]

Согласно второй гипотезе распределения квантов, предполагается, что две фотосистемы не разделены, и кванты, поглощенные одной системой, могут переливаться ( spill over ) в другую. Так как передача энергии имеет место от коротковолновых форм пигментов к длинноволновым формам, поглощенные кванты, находя ловушку в системе II занятой, могут переходить в систему I (которая содержит наиболее длинноволновые компоненты хлорофилла) и использоваться ловушкой этой системы. Это событие может вызвать регенерацию ловушки в системе И, так что подобный сервомеханизм поддерживал бы выход постоянным и максимальным при всех длинах волн короче, чем длина волны, при которой поглощает пигмент системы II. В то же время, поскольку обратная передача энергии от длинноволновых форм пигментов к коротковолновым не может происходить, квантовый выход при больших длинах волн падает, так как уменьшается поглощение системы II. Эта очень заманчивая гипотеза была выдвинута в нескольких вариантах, разнящихся между собой только в вопросе о том, разделены или не разделены ловушки двух фотосистем темновыми реакциями. [c.571]

Перенос энергии в зернах хлорофилла рассмотрен Ламри, Мейном и Спайксом [1301 эти исследователи определили относительный выход флуоресценции хлоропластов в зависимости от интенсивности света, температуры и концентрации окислителя в реакции Хилла. Резонансная миграция возбуждения, вероятно, играет важную роль при собирании энергии многих квантов света в общей основной ловушке, в которой она преобразуется в ту или иную форму химической или электрической свободной энергии. Последние работы по вопросам миграции и сбора энергии обобщены Рабиновичем [172], который предполагает, что единственным существенным типом миграции энергии в хлоропласте является миграция локализованного экситона. Фотосинтезирующая ячейка, вероятно, состоит примерно йз 250 молекул хлорофилла, присоединенных к макромолекуле белка. Однако время жизни возбужденного синглетного состояния хлорофилла ( 10 сек) может быть слишком малым, чтобы допустить миграцию через ячейку из 250 молекул. Эта трудность может быть устранена, если миграция осуществляется триплетными экситонами [150]. [c.132]

Фотохимическая работа, выполняемая при фотосинтезе, в конечном счете сводится к разложению молекул воды или какого-нибудь ее аналога, например НгЗ. Однако, прежде чем это произойдет, физическая энергия уловленных фотонов должна быть как-то видоизменена, преобразована в химическую энергию. В осуществлении этого этапа фотосинтеза, т. е. этапа, сводящегося к преобразованию энергии, участвует лишь небольшая часть всех пигментных молекул, сосредоточенная в фотохимически активных центрах хлоропластов. Энергия, поглощенная хлорофиллом и другими фотоактивированными пигментами, передается молекулам хлорофилла, находящимся в этих фотохимически активных центрах, или ловушках. В результате отдельным электронам сообщается достаточное количество энергии для того, чтобы они могли перейти от молекул хлорофилла в фотохимически активных центрах к другим, находящимся поблизости молекулам, к так называемым переносчикам электронов. Переносчик поглощает определенную часть этой энергии активации и передает электрон следующему перенос-чи1 , где тот же процесс повторяется. В хлоропластах различ ные переносчики электронов размещены на мембране или внутри мембраны и образуют здесь некий ряд, в пределах которого они располагаются в соответствии с их способностью при [c.118]

Другой важный результат был установлен осциллографическим методом для восьми красителей, не сенсибилизующих фотоэффект в ТИ, а именно 3,3 -диэтил-6,6 -диметил-(амино)-тиакарбо-цианиниодида, хлорофилла, этилхлорофиллида, фталоцианинов Mg, Zn, Fe и Си и, наконец, для нафтолового зеленого. Когда эти красители адсорбировались на ТИ, его собственный фотоэффект изменялся с обычного р-типа на ге-тип, максимум фотоэлектрической чувствительности ТИ, расположенный у 520 нм (рис. 8), обязанный избытку иода, исчезал после адсорбции красителя. Это означает, что эти красители-несенсибилизаторы уничтожают ловушки, образованные адсорбированным иодом либо путем его вытеснения, либо вступая с ним в химическую реакцию. Получается естественно восстановленный с чисто электронной собственной фотопроводимостью ТИ, освобожденный от избытка адсорбированного иода, как об этом было уже упомянуто. Также возможно, что электронная часть тока в смешанной проводимости, наблюдаемой в случае трех упомянутых выше красителей, обязана той же причине. [c.218]

Компактные слои хлорофилла, хлорофиллидов, феофитина и фталоцианинов показывают внутренний фотоэффект, обязанный движению положительных дырок в слое. Все эти пигменты, так же как бактериохлорофилл, гематопорфирин, гематин, адсорбированные в дисперсной, мономолекулярной форме на электронных полупроводниках (ге), таких как ZnO, HgO, SnO и т. д., сенсибилизуют последние к длинноволновому излучению, поглощаемому пигментом. Этот эффект приписан переносу энергии к электронным ловушкам на поверхности полупроводника. [c.221]

Установленная в данной работе малая инер-ционность процессов высвобождения и исчезновения подвижных электронных вакансий (положительных дырок) в пленках хлорофилла, хлорофиллида и пигментов хлоропластов показывает, что мы имеем дело с первичным процессом. После первоначального захвата электрона от возбужденной молекулы ловушками, имеющимися даже в ненарушенном кристалле пигмента, происходит эстафетный обмен электроном между нижними — основными (синглетными) уровнями молекул [И, 27, 29]. В этой картине явления мы следуем представлениям, развитым Лайонсом для дырочной фотопроводимости кристаллов антрацена [30]. [c.280]

Тем не менее Калвин приходит к заключению, что наличие в спектре возбуждения фотоиндуцированных сигналов ЭПР максимума при 720 нм свидетельствует о суш ествовании нового состояния хлорофилла (или агрегатов молекул хлорофилла) в хлоропластах. По мнению Калвина, это то состояние, из которого осуш,е-ствляется перенос электронов в ловушки, создаваемые акцепторами электронов. [c.442]

Хлорофилл, являющийся энергетической ловушкой фотосистемы I, обозначают символом Р700, поскольку максимум поглощения приходится у него на 700 нм,. При поглощении кванта света один из электронов Р700 переходит на более высокий энергетический уровень. В этом состоянии он захватывается белком, содержащим железо и серу (РеЗ), а затем передается переносчику, который называется ферредоксином. Далее электрон следует по одному из двух возможных путей. Один путь (цикличе- [c.120]

Каждая из фотосистем включает фотохимически неактивные пигменты-светосборщики (100—1000 молекул), фотохимически активный хлорофилл (1—2 молекулы) — реакционный центр — и переносчики электронов. Реакционные центры (или ловушки мигрирующей энергии первой н второй фотосистем) представляют собой две дискретные формы хлорофилла а (Хл] и Хлг), обычно называемые в литературе Рш и Р яо (по положению максимумов нх поглощения). [c.67]

Возбужденный электрон может перейти в основное состояние с излучением кванта света, т. е. сопровождается флуоресценцией. Молекула хлорофилла, находясь в триплетном возбужденном состоянии, имеет два валентных электрона с неспаренными спинами и представляет собой бирадикал. Возбужденный электрон принадлежит уже не отдельной молекуле, а системе молекул, которые, могут переходить из одной зоны уровней в другую. На том месте, откуда электрон перешел в возбужденное состояние, остается вакансия она обладает свойством положительного заряда и называется дырка . Возбужденный электрон и дырка образуют пару, которую называют экситоном — он может мигрировать по зонам уровней, перенося с собой энергию поглощенного кванта света. Места в зонах, где застревает мигрирующий электрон, называют ловушками. Доноры электронов могут Отдавать их дыркам , а акцепторы электронов могут поглощать их из ловушек. В результате переноса энергии электронного возбуждения образуются вещества с высокоэнергетическими связями — АТФ и НАДФН , энергия которых используется для восстановления СО2 в процессе фотосинтеза. [c.190]

В ФС II слуладт ловушкой фотонов, поглощаемых последовательным рядом молекул хлорофилла, составляющих антенну (рис. 4.18), что приводит к изменению спектра при 690 нм (отсюда название пигмента). Может существовать в виде комплекса Z-PU,II-Q, где электрон поступает от Z и следует к Q. [c.57]

Пигментная система I практически не содержит Хл Ь, но в ней находятся четы ре гла1вные спектральные формы Хл а (а 663, 669, 677, 684) и длинноволновая форма хлорофилла (а 695), полностью отсутствующая в пигментной системе II. Этот ряд ннгментов направляет энергию в ловушку, или реакционный [c.63]

В настоящее время показано, что в первичных процессах фотосинтеза, связанных с поглощением молекулой хлорофилла кванта света, важную роль играют процессы передачи энергии. Исследо-вапия показали, что пе каждая молекула хлорофилла прииимает участие в последующих фотохимических реакциях. Непосредствеп-пая связь с реащионньш центром осуществляется примерно одпой из 200—250 молекул хлорофилла. Остальные молекулы хлорофилла воспринимают энергию и передают -о , ее этой молекуле-ловушке. Такое [c.122]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология