Поглощение света растениями

Молекулы хлорофилла представляют собой хромофоры, с помощью которых поглощается свет. В фотосинтезирующих организмах могут содержаться два и более типов молекул хлорофилла. В зеленых растениях содержатся хлорофиллы а и й, структура которых показана на рис. 63. Поглощение света в видимой области спектра обусловлено наличием сильно сопряженной порфири-новой системы. Как видно из рис. 64, хлорофилл поглощает свет наиболее интенсивно в синей и красной областях спектра, но отражает зеленый, желтый и оранжевый свет. Этим определяется характерный зеленый цвет растений. [c.162]

Биоэнергетика изучает молекулярные механизмы потребления энергии живой клеткой, а также механизмы преобразование этой энергии в форму, которая может быть использована для совершения различных видов полезной работы (биосинтез, транспорт веществ против градиентов их концентраций, мышечное сокращение, движение клеток, теплопродукция и т. д.). Другими словами, биоэнергетика — это наука о судьбе энергии в клетке. Солнечный свет, которому мы обязаны самим существованием жизни, служит первоначальным источником энергии для растений и фотосинтезирующих бактерий. Энергетические аспекты фотосинтеза — важная составляющая часть биоэнергетической науки. Окисление органических веществ кислородом воздуха — другой универсальный механизм потребления энергии внешней среды живыми организмами. Дыхание и фотосинтетические процессы протекают на мембранах, отличительная черта которых состоит в их крайне низкой проницаемости для ионов водорода. Энергия, улавливаемая при поглощении света растениями и фотосинтезирующими бактериями или выделяемая при окислении органических соединений дышащими организмами, запасается в конечном итоге в химической форме, в виде АТР. Это сравнительно простое (по биологическим масштабам) химическое соединение служит универсальной энергетической валютой живой клетки. Изучение молекулярного механизма образования АТР на биологических мембранах является основным предметом биоэнергетики. [c.5]

Эта энергия активации эквивалентна излучению с длиной волны 230 нм или менее Такого коротковолнового излучения в солнечном свете, который достигает земной поверхности, не существует. Однако хлорофилл действует как фотосенсибилизатор, поглощая видимый свет и делая его пригодным для фотосинтеза в растениях. Но в этой реакции имеется нечто специфичное. Красный свет вызовет реакцию, но красному свету соответствует только 40 ккал/моль, а для того, чтобы вызвать реакцию, требуется более 112 ккал/моль. По-видимому, реакция протекает по стадиям. Лабораторные эксперименты с альгой (водоросль) показали, что обычно требуется около восьми фотонов на каждую использованную молекулу двуокиси углерода и каждую молекулу кислорода, вовлеченную при благоприятных условиях в фотосинтез с низкой интенсивностью света., Упражнение 18.1. Показать, что, если при фотосинтезе восемь фотонов поглощенного света с длиной волны 600 нм дают одну молекулу продукта реакции, который имеет теплоту сгорания 112 ккал/моль, эффективность превращения поглощенного света в аккумулированную химическую энергию составляет 30%. [c.557]

ПОГЛОЩЕНИЕ СВЕТА РАСТЕНИЯМИ [c.82]

Можно надеяться, что исследования при помощи электронного микроскопа и исследования оптических свойств пластид (двойное лучепреломление, дихроизм и т. д.) смогут пролить свет на распределение молекул в этих телах. В ожидании этих исследований все оценки относительного участия отдельных пигментов в поглощении света растениями должны основываться на допущении идентичного пропорционального состава смеси пигментов в каждой точке клетки или ткани. [c.127]

ЛИТЕРАТУРА Поглощение света растениями [c.145]

Мембранные системы в хлоропласте состоят из ряда уплощенных мешков, которые наслаиваются друг на друга в виде стопок, образуя так называемую грану (рис. 8.8). Электроны могут направленно переноситься с одной стороны мембраны на другую так, что кислород выделяется внутри, а процесс восстановления происходит снаружи. Число молекул хлорофилла в каждом хлоропласте прямо зависит от величины поверхности мембран и составляет приблизительно 10 хлорофилльных молекул на хлоропласт. По-видимому, молекулы пигментов (преимущественно хлорофилла) должны распределяться в виде монослоев по поверхности мембран, создавая максимальную площадь поверхности пигмента для поглощения света и переноса энергии к особым участкам мембраны. Эксперименты с импульсным освещением показали, что скорость выделения кислорода у растений возрастает с ростом интенсивности света до определенного предела, соответствующего возбуждению одной из каждых 300 молекул пигмента. Однако этот результат не означает, что другие пигментные молекулы всегда неактивны, потому что квантовые выходы, измеренные при низких [c.232]

В процессе поглощения света зелеными листьями растений основная роль принадлежит хлорофиллу — зеленому веществу листа, который способен к интенсивному поглощению электромагнитных колебаний в области красной части спектра. [c.165]

Поглощение света растением и акт ассимиляции не совпадают во времени, вследствие чего растения способны ассимилировать углерод некоторое время в полной темноте, если только непосредственно перед доставкой им углекислого газа они находились на свету. [c.554]

В высших растениях фотосинтез протекает наиболее эффективно при поглощении света хлорофиллом а. Роль хлорофилла Ь, каротиноидов и других сопутствующих пигментов не вполне ясна. Хлорофилл а представляет собой единственный пигмент, общий для всех фотосинтезирующих организмов. Поэтому предполагают, что только хлорофилл а способен быть донором энергии непосредственно для фотосинтетической реакции, а все другие пигменты передают поглощенную ими энергию хлорофиллу а. Эта гипотеза согласуется со спектром действия для фотосинтеза и с наблюдением, что сопутствующие пигменты могут сенсибилизировать флуоресценцию [c.258]

Практика показывает, что химические реакции связаны с разнообразными физическими процессами. Например, горение сопровождается выделением теплоты и испусканием света, химические реакцни в гальванических элементах являются причиной возникновения электрического тока. С другой стороны, поглощение света фотоэмульсией вызывает в ней химический процесс образования скрытого изображения. Под действием солнечных лучей в растениях протекает сложная цепь химических превращений, в результате которых из воды и углекислого газа синтезируются углеводы. В электрическом разряде происходит взаимодействие кислорода и азота. Во всех случаях имеет место тесная связь физических и химических явлений. [c.6]

На первой стадии гидрирования порфирины насыщают водородом одну Ср—Ср-связь и превращаются в хлорины. Для хлоринов в отличие от ЭСП порфиринов с относительно слабым поглощением квантов света в красной части спектра характерна интенсивная полоса в области 660—720 нм. Именно с этим свойством связано то, что хлорофилл (а) зеленых растений является хлорином, а не порфином. Его хлориновая структура обеспечивает предельно сильное поглощение света в красной части видимого спектра и обеспечивает фотосинтез энергией Солнца даже в самых неблагоприятных природных условиях. [c.688]

Процесс поглощения света зелеными листьями растений осуществляется при непосредственном участии природного фотокатализатора хлорофилла — сложного магнийорганического соединения, придающего зеленую окраску листьям растений. [c.181]

Фототропизм — это индуцируемый светом рост или образование изгибов у растений и грибов, происходящие обычно в направлении источника света (положительный фототропизм), а иногда и от него (отрицательный фототропизм). Очевидно, что и в этом случае происходит поглощение света фоторецепторным пигментом. Спектры действия, определенные для многих фототропных реакций, имеют максимумы при 450—460 нм и очень напоминают спектры поглощения р-каротина (11.2) и рибофлавина (И.З). После продолжительных дискуссий в настоящее время пришли к тому, что рибофлавин в большей степени, чем р-каротин, удовлетворяет требованиям фоторецепторного пигмента, и почти несомненно именно он используется в качестве фоторецепторного компонента. [c.376]

Получены предварительные данные об участии кофермента Р в дыхательной цепи у растений. При добавлении янтарной кислоты к суспензии митохондрий из цветной капусты наблюдалось уменьшение поглощения света в области длин волн от 250 до 300 ммк [c.219]

В связи с быстрыми темпами синтеза органических фосфорсодержащих соединений в корнях и необходимостью притока ассимилятов из листьев становится понятной положительная роль света в поглощении фосфатов растениями из внешней среды, неоднократно отмечавшаяся различными исследователями. Несомненно, благоприятное действие на этот процесс оказывают и прочие факторы роста культур оптимальные температура, влажность воздуха и почвы, достаточная аэрация последней и т. д., словом, все, что определяет нормальную жизнедеятельность организма. [c.236]

Благодаря присутствию во внешней среде СОг оказался возможным фотосинтез. Бактериальный фотосинтез, а затем и фотосинтез зеленых растений развивались примерно 3—2 10 лет назад. Фотосинтез состоит в поглощении света и преобразовании его энергии в химическую энергию биологических молекул. Для этого потребовались поглощающие свет соединения, в частности, содержащие порфириновые циклы — хлорофилл и цитохромы. В результате поглощения квантов света в хлорофилле электроны системы переходят на более высокие уровни энергии. Далее работает цепь переноса электронов, главными участниками которой являются окислительно-восстановительные ферменты — цитохромы. Запасенная первоначально в хлорофилле энергия выделяется в биологически полезной форме — в АТФ и НАДФ. Происходит фотофосфорилирование. [c.53]

Несмотря на то что многие аспекты фотосинтеза еще не выяснены до конца, не вызывает сомнений, что первичный процесс представляет собой возбуждение пигмента зеленых растений хлорофилла-а (рис. 18-1) вследствие поглощения света энергия возникающих таким образом активированных молекул хлорофилла-а расходуется на окисление воды до кислорода и на восстановление двуокиси углерода. Природа первичного продукта восстановления двуокиси углерода не установлена с полной достоверностью, но он, по-видимому, весьма близок к о-глицериновой кислоте (см. также разд. 28-9А). [c.6]

Зеленые ткани растений своей окраской обязаны фотосинтетическому пигменту хлорофиллу, который в высоких концентрациях содержится в хлоропла-стах. Поглощение света хлорофиллом запускает в хлоропластах процессы переноса электронов, которые сопряжены с переносом протонов через мембраны тилакоидов и, как следствие, с запасанием энергии в биологически полезной форме (в виде молекул АТР) и восстановительных эквивалентов (в виде NADPH). Полученные таким путем АТР и ШОРН в свою очередь используются хлоропластами для превращения СО2 в сахара (см. гл. 9). При этом синтетическая активность хлоропластов такова, что позволяет фотосинтезирующим тканям экспортировать большие количества органических веществ во все остальные части растения. Эти вещества в основном представлены дисахаридом сахарозой, поэтому жидкость, заполняющая ситовидные трубки (флоэмный сок) содержит обычно от 10 до 25% сахарозы [c.178]

Нужно отметить, что растворы хлорофилла испускают замедленную флуоресценцию обоих типов — Е и Р [114] первая доминирует при низких скоростях поглощения света в вязких растворителях (пропиленгликоль), вторая — при высоких скоростях в менее вязких растворителях (этанол). Интересно также, что фотовозбуждаемая замедленная флуоресценция (вероятно, хлорофилла а) испускается живыми листьями многих растений [229]. Паркер и Джойс [229] полагают, что это замедленная флуоресценция типа Е молекул хлорофилла, находящихся в тех центрах фотосинтетических единиц, в которых реакции с субстратом затруднены. [c.309]

Недавно было доказано, что свет, абсорбированный каротиноидами, может полностью или частично использоваться для фотосинтеза, вероятно, передавая энергию возбуждения хлорофиллу. Однако вряд ли эта добавочная функция каротиноидов дает полное объяснение их повсеместному распространению во всех фотосинтезирующих клетках, так как для многих из них, особенно у зеленых клеток высших растений, доля каротиноидов в общем поглощении света незначительна. [c.480]

Поглощение света листом зависит от его толщины и концентрации пигментов. Как упоминалось выше, вполне зеленые листья пропускают и отражают только 10 или 15% падающего видимого света и поглощают 85—90%. С другой стороны, зеленая кожица лука, толщиной в одну клетку, пропускает 85%, отражает 10% и поглощает менее, чем 5% (Зейбольд [30]). В гл. XV (т. I) мы описывали приспособление растений к различной интенсивности и составу падающего света. Мы нашли, что содержание пигмента у типичных теневых растений в 2 или в 3 раза больше, чем у типичных световых растений. Вероятное назначение этого приспособления к интенсивности состоит в обеспечении соответствующим количеством энергии растений, которые растут в тени, или водорослей, живущих в глубине моря, и, наоборот, в предохранении от переоблучения растений или водорослей, находящихся на прямом солнечном свету. [c.87]

Многие растения обладают способностью изменять поглощение света без изменения концентрации пигментов, путем перемещения [c.88]

Сравнительно слабое поглощение сине-фиолетового света растениями становится еще менее объяснимым, если вспомнить, что присутствующие в листьях водорастворимые желтые пигменты должны усиливать поглощение в этой области. [c.126]

Все поглощение света хлорофильными растениями или органами этих растений при длинах волн больше 550 мц может быть приписано хлорофиллу. Исключением являются красные и синие водоросли, фикобилины которых поглощают вплоть до 650 или 700 мц (см. фиг. 46 и 47), и пурпурные бактерии, содержащие каротиноиды с максимумом поглощения у 550—570 мц (см. фиг. 74 и табл. 11). [c.128]

Во всех точных опытах по поглощению света растениями нельзя избежать измерения трех величин /, Г и Определение Г и можно осуществить либо при помощи интегральных приборов, собирающих отраженный и прошедший свет, либо при помощи дифференциальных гониофотометрических методов, т. е. путем определения рассеяния как функции угла между падающим и рассеянным пучком. [c.254]

Нет сомнения, что присутствие фукоксантола или фикобилинов в бурых, красных и синих водорослях оказывает значительное влияние на количество поглощенного света на этом мы подробно остановимся ниже. Изменения в концентрации хлорофилла влияют гораздо меньше. Даже светлозеленые растения поглощают такую большую долю падающего света, что повышение концентрации хлорофилла вдвое увеличило бы их поглощение лишь незначительно. На наших фигурах можно найти три соответствующих примера фиг. 50 показывает лишь очень слабое усиление поглощения света теневыми листьями бука по сравнению с находящимися на солнце листьями того же вида, хотя первые содержат на 50% больше хлорофилла и на 80% больше каротиноидов чем вторые. Две нижние кривые на фиг. 61 свидетельствуют о несколько большей разнице между кривыми спектрального пропускания у темнозеленых и у светлозеленых листьев Hibis us. Наконец, фиг. 57 иллюстрирует влияние крайних отклонений в содержании хлорофилла, встречающихся, например, в желтых листьях. Содержание хлорофилла [c.87]

Несмотря на то что это и не имеет прямого отношения к транспорту железа и кислорода, следует упомянуть также о получении синтетических биомиметических моделей особого парного бактериохлорофилла а [247], поскольку в процессе фотосинтеза при первичном поглощении света фотореакционными центрами молекулярных ассоциатов хлорофилла зеленых растений и фотосинтезирующих бактерий, по-видимому, происходит окисление особых парных молекул хлорофилла. Димерные производные хлорофилла, изображенные на рис. 6.6, в которых пор-фириновые макроциклы связаны простой ковалентной связью, проявляют некоторые фотохимические свойства, моделирующие in vivo особый парный хлорофилл. [c.373]

Определение поглощения света в растворах или других гомогенных средах является хорошо известной операцией, результаты которой допускают простое, основанное на законе Бэра истолкование и выражаются в молекулярных коэффициентах поглощения, называемых также коэффициентами экстинкции (попытки придать различный смысл этим терминам не имели успеха на практике). Экспериментальное определение поглощательной способности растений является менее простым, и часто точный смысл результатов проблематичен. Измерения световой энергии, поглощенной листьями, водорослями или суспензиями клеток, осложняются рассеянием, которое имеет местр не только в тканях, но даже и в суспензиях отдельных клеток, потому что размеры клеток ( 10- см) больше, чем длина волны видимого света ( 5- 10 см). Выражение результатов в терминах констант поглощения пигментов усложняется не только рассеянием света на границах фаз, но и неоднородным распределением пигментов в клетках и тканях, а также смещением и деформацией полос поглощения вследствие адсорбции и образования комплексов. Пусть, например, мы измерили энергию / пучка света, падающего на растительный объект (лист, слоевище или суспензию клеток), и энергию Г пучка, выходящего из этого объекта, приняв меры к тому, чтобы суммировать выходящий пучок по всем направлениям, с учетом не только света, проходящего вперед (Г), но и отраженного назад (/ ) это позволит избежать грубых ошибок, которые может внести рассеяние. [c.81]

Если определено полное поглощение света в листе, слоевище или суспензии клеток, то возникает вопрос, какая же часть этого поглощения приходится на долю пигментов, находящихся в хлоропластах. Многие авторы (начиная с Рейнке в 1886 г. [6]) допускали, что определенная часть поглощения белого света в растениях приходится на долю бесцветных частей тканей — цитоплазмы, клеточного сока, зерен крахмала и целлюлозы. Зейбольд произвольно отнес /g часть полного поглощения на долю поглощения этих компонентов и % приписал пигментам хлоропластов. Кривая поглощения бесцветного листа герани, данная Зейбольдом и Вейссвейлером [43], показывает значительное поглощение вблизи сине-фиолетового конца видимого спектра. Несомненно, что истинно бесцветные вещества не могут поглощать видимый свет. Однако растительные клетки содержат окрашенные вещества, связанные с оболочками клеток или с клеточным соком, а не с пластидами к ним относятся флавоны, таннины и т. п. Некоторые из этих веществ слабо окрашены и обычно имеют желтый цвет, другие, хотя и имеют интенсивную окраску, присутствуют в очень малых концентрациях по сравнению с пигментами пластид. У некоторых видов, однако, флавоны и антоцианины присутствуют в таком количестве, что придают листьям яркокрасный цвет (листья красных разновидностей и молодые листья многих растений весаой). Цвет этих листьев свидетельствует о том, что значительная часть поглощенной ими световой энергии приходится на долю непластидных пигментов. [c.92]

Распределение света между хлорофиллами и желтыми каротиноидами зеленых растений в области ниже 550 мц обсуждалось неоднократно. Первая оценка была дана Варбургом и Негелейном [106]. В своих расчетах квантового выхода фотосинтеза, работая со спектрами экстрактов (см. гл. XXIX), они нашли, что на долю каротиноидов hlorella приходится 30% всего поглощенного света в области 436 мц. [c.130]

Таким образом, негомогенности нельзя избежать, даже применяя разбавленные клеточные суспензии, в которых освещенность одинакова для всех клеток, но не для всех молекул хлорофилла. В более плотных суспензиях можно достичь лишь средней по времени постоянной освещенности всех клеток, и то лишь при очень энергичном размешивании. В слоевищах многоклеточных водорослей или в листьях высших растений несоразмерность в скоростях поглощения света у различных клеток не может быть учтена совсем. Например, поглощение в клетках губчатой паренхимы при всех обстоятельствах бывает значительно слабее, чем в палисадных клетках (фиг. 136). Таким образом, на кривых, представляюнщх скорость фотосинтеза (Р) как функцию концентрации двуокиси углерода или интенсивности света, абсциссы являются средними значениями, усредненными для одной или [c.276]

Если концентрация двуокиси углерода не слишком низка, компенсация происходит в пределах линейного участка световой кривой, там, где наклон последней определяется максимальным квантовым выходом фотосинтеза и интенсивностью поглощения света, т. е. оптической плотностью образца. Возможно (см. гл. XXIX), что максимальный квантовый выход приблизительно одинаков для всех видов растений, по крайней мере, если все клетки полностью активны, что не всегда имеет место, как, например, в старых культурах. Разница в компенсационных пунктах, найденных при этих условиях, должна поэтому зависеть главным образом, или исключительно, от двух факторов интенсивности дыхания и оптической плотности исследуемого образца. [c.407]

Однако среднее поглощение белого света желтыми листьями может быть различным, изменяясь, в зависимости от фактического содержания хлорофилла, от 30% и ниже до 75% поглощения света нормальным зеленым листом того же вида растений. Необходимо поэтому при определениях квантового выхода в светонасыщенном состоянии проводить измерения поглощения света и измерения выхода фотосинтеза с одними и теми же образцами. [c.419]

Такой точки зрения придерживались также и некоторые физики, например Жамен, Беккерель и в особенности Ломмель [6, 7]. Последний указал, что основной принцип фотохимии, известный как закон Гершеля ( только поглощенный свет производит фотохимическое действие ), требует, чтобы спектральный максимум эффективности фотосинтеза совпадал с максимумом поглощения сенсибилизирующего пигмента. Тимирязев [4, 9], Мюллер [8], Энгельман [15] и Рейнке [17] дали экспериментальные доказательства существования такого. совпадения, показав, что эффективность фотосинтеза зеленых растений непрерывно уменьшается по спектру от красного, через желтый, к зеленому свету, параллельно с понижением поглощающей способности хлорофилла. Ошибку Дрэпера, Сакса и Пфеффера Тимирязев объяснил тем, что они применяли спектрально не чистый свет. Сам Тимирязев пользовался светом, изолированным при помощи монохроматора с узкой щелью, и, чтобы компенсировать малую интенсивность освещения, применял микроаналитические методы. Энгельман полагал, что эта ошибка могла явиться результатом работы с толстыми листьями или слоевищами, практически полностью поглощающими свет даже в минимуме между полосами поглощения хлорофилла. Он работал с микроскопическими растительными объектами, применяя подвижные бактерии для обнаружения и определения кислорода. [c.581]

Что касается К. А. Тимирязева, то утверждение Рабиновича не соответствует действительности. В лекции Космическая роль растения К. А. Тимирязев подробно разбирает вопрос о втором максимуме поглощения света и фотосинтеза и решает его в положительном смысле, приводя в доказательство кривые спектра действия и вариант амилограммы, полученной в отличие от предшествующих путем выравнивания интенсивности света в красной и синей областях. — Прим. ред. [c.581]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология