Фотосинтез поглощение света

Поскольку исходным процессом фотосинтеза является поглощение света хлорофиллом, приближенно фотосинтез можно представить в виде следующей схемы. [c.177]

ЛИШЬ при действии довольно жесткого ультрафиолетового излучения с длиной волны меньше 300 нм. Наоборот, вещества, которые могут поглощать световую энергию, окрашены. Например, хлорофилл— сложная органическая молекула, ответственная за поглощение света при фотосинтезе, имеет ярко-зеленую окраску, что соответствует поглощению света в видимой области. На рис. 1.07 представлен спектр поглощения хлорофилла. [c.369]

Один из законов фотохимии, установленный Гротгусом в 1818 г., формулируется следующим образом лишь поглощенный свет является фотохимически активным. Отсюда следует, что в системе, проявляющей фотохимическую активность под действием видимого света, должно присутствовать окрашенное вещество. В процессе естественного фотосинтеза таким веществом является хлорофилл. [c.563]

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]

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]

В специальной главе Свет в биологии (гл. 13) обсуждаются не только проблемы фотосинтеза, зрения и других биологических реакций на свет, но и природа поглощения света, флуоресценции и кругового дихроизма. В гл. 14 подробно рассматриваются процессы биосинтеза и распада множества азотистых соединений. Эта глава может быть полезна как студентам-биохимикам — при работе над литературными обзорами, так и преподавателям курсов химии природных соединений. [c.9]

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]

В биологических системах потеря избытка энергии в результате процессов, не сопровождающихся испусканием излучения, имеет особое значение. Избыток энергии может быть перенесен как от молекул в синглетном возбужденном состоянии 5[, так и от молекул в более долгоживущем триплетном состоянии Тх на другие близко расположенные молекулы и может использоваться для осуществления химических реакций. Именно такие процессы, не сопровождающиеся излучением или испусканием света, обусловливают превращение поглощенного света в химическую энергию при фотосинтезе, а также множество других важных реакций в биологических тканях (гл. 9—11). [c.24]

При исследовании функционирования пигментов применяют очень сложные модификации основного спектроскопического метода измерения поглощения света. Такие модификации позволяют изучать очень быстро протекающие процессы (в течение пико- или наносекунд). Исследуемую систему периодически освещают короткими интенсивными вспышками света и затем регистрируют изменения в спектре поглощения. Подобные методы позволили получить очень ценную информацию при исследовании первичных реакций фотосинтеза. [c.25]

Поглощение света — первичный процесс фотосинтеза [c.333]

Вместе с тем следует отметить, что способность всех этих соединений поглощать видимый свет не имеет отношения к их функционированию при фотосинтезе, и в первичном поглощении света они не участвуют. [c.346]

Этот тетрапиррольный цикл фигурирует в уже упомянутых кобамидных ферментах и в кобаламине, в простетических группах ряда важнейших белков и в хлорофилле. Структура хлорофилла, ответственного за поглощение света — первичный процесс фотосинтеза, показана на рис. 2,14. Хлорофилл — координационное соединение магния, атом которого занимает центральное положение в плоском порфириновом цикле. [c.98]

На рис. 76 показан спектр поглощения паров брома. Из этого рисунка видно, что в области длин волн, меньших V i 3500 A, пары брома не поглощают, света. С другой стороны, поглощение света бромистым водородом НВг только начинается с А = 3260 А, простираясь от этой границы в область коротких длин волн, причем коэффициент поглощения fx очень медленно увеличивается с уменьшением длины волны, едва достигая значения 0,03 смГ (нри давлении 1 атм) при Я, = 2000 А. Таким образом, если поглощение паров брома приходится на видимую и близкую УФ-области спектра, то поглощение бромистого водорода лежит в далеком ультрафиолете, в основном вне кварцевой области спектра Следовательно, свет в первой из этих областей действует только на бром (что и имелось в виду в рассмотренном выше механизме фотосинтеза бромистого водорода), а свет в коротковолновой области спектра действует на НВг. При наличии в спектре источника света длин волн, принадлежащих обеим областям, очевидно, будет происходить как активация брома, так и бромистого водорода. [c.337]

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]

Спектроскопические исследования показывают, что фотосинтез — это сложный процесс, включающий кооперативные взаимодействия многих молекул хлорофилла. Мотивы упаковки соседних молекул хлорофилла исследовались методами рентгеноструктурного анализа и ядерного магнитного резонанса (ЯМР) на ядрах водорода и С. Исследования, проведенные методом электронного парамагнитного резонанса, показали, что сразу после поглощения света (в течение наносекунды) электрон быстро вылетает из молекулы хлорофилла или переносится из нее. В результате остается неподеленный электрон, общий для двух молекул хлорофилла. Это наблюдение привело к мысли о том, что центром фотореакции является пара параллельных хлорофилловых колец, удерживаемых на близком расстоянии друг от друга водородными связями между аминокислотными группами. [c.72]

Молекулы с неспаренными электронами обычно отличаются высокой реакционной способностью. Они играют очень важную роль во многих химических и биологических процессах обычно как короткоживущие промежуточные соединения. Например, сигнал ЭПР наблюдается при облучении фотосинтезирующих систем. Он возникает как следствие первоначального акта фотосинтеза — переноса электрона, инициированного поглощением света фотосинтезирующим пигментом. Изучение этого явления сыграло важную роль в понимании механизма фотосинтеза. Органические радикалы и ион-радикалы дают очень характеристичные спектры ЭПР, что позволяет легко их обнаруживать и идентифицировать. Кроме того, наблюдаемые в спектре расщепления дают сведения о распределении спиновой плотности в молекуле. [c.234]

Живые организмы выработали процесс фотосинтеза, в ходе которого энергия солнца использовалась для образования АТФ, а АТФ в свою очередь расходовалась для проведения реакций восстановления. Первая стадия процесса фотосинтеза — поглощение солнечного света — осуществляется при помощи молекулы, называемой хлорофиллом, являющейся производным порфирина. [c.37]

СОН И Льюис сравнили эффективность света различных длин волн, чтобы охарактеризовать фотосинтез количественно (т. е. определили относительный квантовый выход фотосинтеза), они обнаружили, что, хотя квантовый выход в максимуме поглощения вспомогательных пигментов столь же высок,-как и в максимуме поглощения хлорофилла а при 675 ммк, при больших длинах волн (- 700 ммк) он заметно снижается ( красное снижение ), несмотря на то что поглощение света хлорофиллом в этой области остается еще достаточно высоким. [c.322]

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]

К. А. Тимирязев доказал, что кривая фотосинтеза соответствует спектральной кривой поглощения света хлорофиллом с максимумом в красных и синих лучах. Эти работы К. А. Тимирязева сопровождались тщательными исследованиями спектральных свойств хлорофилла, его производных - и сопутствующих пигментов, а также разработкой чрезвычайно точней оптической аппаратуры и приборов для газовых анализов. В результате этих исследований К. А. Тимирязев доказал, что хлорофилл является сенсибилизатором процесса фотосинтеза экспериментально доказал приложимость закона сохранения энергии к процессу фотосинтеза показал приспособительный характер процесса фотосинтеза и оптических свойств пигментов к условиям солнечного освещения наметил возможные пути участия хлорофилла в фотосинтезе как окислительно-восстановительном процессе. [c.33]

Затруднения этой гипотезы проявляются с особенной ясностью, если сопоставить, что на слабом свету достаточно восьми или десяти квант для восстановления одной молекулы двуокиси углерода. Но если каждый квант поглощенного света создает одну молекулу богатого энергией фосфата, то накопленная энергия составит всего 80— 100 ккал на 1 Эйнштейн. Известно, однако, что фотосинтез требует не менее 112 ккал/моль, а вероятно и больше, вследствие потерь на необратимые частные реакции. Конечно, квант света имеет достаточно энергии, чтобы образовать две или более молекул богатых энергией фосфатов, но такой результат вряд ли возможен, если фосфорилирование является первичным фотохимическим процессом, как предполагают Эмерсон и его сотрудники. [c.238]

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]

Этот цша доказывает, что каротиноиды способны к обратимым фотохимическим реакциям — свойство, которое может быть полезным при участии их в фотосинтезе. Это участие, долгое время отрицавшееся, недавно подтверждено сравнительными опытами по выходу фотосинтеза на свету, поглощенном только хлорофиллом, и на свету, поглощенном хлорофиллом и каротиноидами. [c.529]

Характерная особенность многих работ по кинетике фотосинтеза заключается в том, что в них по изменению начальных (поглощение СО2, поглощение света) и конечных (выделение О , накопление энер- [c.6]

Энгельман [12] сконструировал микроскоп, который позволял освещать небольшими пучками света различные части фотосинтезирующих клеток. Освещая отдельные участки клеток и проверяя их способность к фотосинтезу, он мог -судить о том, какая часть клетки действует в качестве светового рецептора фотосинтеза. Для анализа фотосинтетической активности он использовал бактерии, которые подвижны только в аэробных условиях и движутся по направлению к области с повышенной концентрацией кислорода. Смешивая эти бактерии с фотосинтезирующими клетками водоросли Spirogyra, Энгельман наблюдал, что только при освещении хлоропластов происходило выделение кислорода и что именно хлоропласты являются местом выделения кислорода. Тем самым было показано, что связанное с фотосинтезом поглощение света и выделение кислорода происходят в хлоропластах. Кроме того, эти данные указывали на то, что по крайней мере световые реакции фотосинтеза локализованы в хлоропластах. [c.77]

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]

Предлагаемый вниманию читателя учебник написан известным американским биохимиком Д. Мецлером. Автор поставил перед собой цель дать анализ структур, функций и процессов, характерных для живой клетки, с позиций современной биоорганической химии и молекулярной физики. Он концентрирует внимание на всестороннем рассмотрении протекающих в клетках химических реакций, на ферментах, катализирующих эти реакции, основных принципах обмена веществ и энергии. Впервые приведена классификация химических механизмов ферментативных реакций (нуклеофильное замещение, реакции присоединения, реакции элиминирования, реакции изомеризации и др.). В этом наиболее наглядно проявилась особенность рассмотрения биохимических проблем с позиций биоорганика. Обстоятельно изложены многие вопросы, которым прежде не уделяли должного внимания в курсе биохимии. Это касается в частности количественной оценки сил межмолекулярно-го взаимодействия, принципов упаковки молекул в надмолекулярных структурах (самосборка), кооперативных структурных изменений макромолекул и их комплексов. Приведены основные сведения о структуре и функциях клеточных мембран, об антигенах и рецепторах клеточных поверхностей. Весьма подробно рассмотрены также вопросы фотосинтеза, зрения и ряда других биологических процессов, связанных с поглощением света при этом охарактеризована природа некоторых физических явлений, наблюдаемых при взаимодействии света и вещества. [c.5]

Два образца одного и того же вещества, находящиеся в разных условиях, могут иметь несколько разные максимумы поглощения, а также несколько разные интенсивности поглощения, но эта разница столь мала, что ее трудно заметить при изучении этих спектров по отдельности. Однако вариации в этих величинах гораздо легче уловить, если один из образцов использовать в качестве стандарта, против которого снимается спектр другого образца. Получаемые при этом дифференциальные спектры являются очень высокочувствительным средством, с помощью которого обнаруживают небольшие изменения в светопоглощающих свойствах. Например, дифференциальные спектры свет — темнота , в которых сравнивают поглощение света освещенным образцом и образцом, содержащимся в темноте, оказались чрезвычайно ценными при выявлении незначительных изменений этой величины, которые имеют место при освещении фотосинтезирующих тканей или частиц. Дифференциальные спектры окисленных и восстановленных форм были использованы для получения информации об участии цито-хромов в цепи переноса электронов и об окислительно-восстановительном состоянии отдельных цитохромов в определенных условиях. С помощью этого основного метода и многих его изощренных модификаций мы узнали очень много нового о физических состояниях пигментов и их функционировании в фотосинтезе и транспорте электронов. [c.26]

Система тилакоидных мембран хлоропласта превраш,а-ет энергию света в форму, которая может быть использована для осушествления химических реакций. Целиком процесс фотосинтеза был схематически представлен на рис. 10.1. В приводимом ниже обсуждении фотосинтеза рассматриваются три стадии. Первая стадия представляет собой световую реакцию — первичный процесс, с помош,ью которого энергия света поглощается светособирающими пигментами и переносится на фотохимические реакционные центры. На второй стадии поглощенная энергия света используется для осуществления транспорта электронов от воды до NADP+. В ходе электронного транспорта устанавливается градиент заряда, или концентрации протонов, через функциональные везикулы мембраны. Третья стадия представляет собой путь, по которому NADPH, образованный электронтранспортной системой, и АТР, генерируемый за счет различий электрохимического потенциала протонного градиента, используются для фиксации СО2 и синтеза углеводов. Хотя в целях упрощения процесс фотосинтеза разбит на три стадии, необходимо помнить, что поглощение света, транспорт электронов и генерация электрохимического градиента в действительности очень тесно сопряжены. [c.333]

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]

Эубактерий, фотосинтез которых сопровождается выделением молекулярного кислорода (цианобактерии и прохлорофиты), содержат хлорофиллы, характерные для фотосинтезирующих эукариотных организмов. У цианобактерии — это хлорофилл а, единственный вид хлорофилла, обнаруженный в этой фуппе в клетках прохлорофит — хлорофиллы й и А. Присутствие этих пигментов обеспечивает поглощение света до 750 нм. [c.266]

К прокариотам, фотосинтез у которых сопровождается выделением О2, относятся цианобактерии (сине-зеленые водоросли) и про-хлорофиты. Цианобактерии (сине-зеленые водоросли) содержат хлорофиллы а . Прохлорофиты подобно эукариотам содержат хлорофиллы > и Ь . Эти пигменты обеспечивают поглощение света до 750 нм. [c.188]

Свет может повысить СР, направляя реакцию по механизму с меньшей энергией активации (фотоактивируемые реакции) или смещая равновесие реакции, причем световая энергия аккумулируется в форме внутренней энергии образующихся веществ (реакции фотосинтеза). Чтобы свет мог стать фотохимически активным, он должен поглощаться атомами или молекулами (первичная реакция). Если энергия излучения достаточно велика, то атомы или молекулы переходят при этом в богатое энергией возбужденное состояние. Первоначально образовавшиеся путем поглощения света возбужденные частицы претерпевают последующие превращения (вторичные реакции). [c.476]

Рис. 23-10. Спектр поглощения и фотохимический спектр действия зеленого листа. Спектр поглощения характеризует долю энергии поглощенного света в зависимости от длины волны. Фотохимический спектр действия показывает зависимость отнбсительйой эффективности фотосинтеза от длины волны. Стимулировать фотосинтез может, вообще говоря, видимый свет любой длины волны, однако наибольшую эффективность фотосинтеза обеспечивают длины волн 400-500 и 600-700 вм. Для сравнения показан спектр поглощения чистого хлорофилла а, который в области 500-600 нм поглощает сравнительно слабо. В некоторых фотосинтезирующих клетках имеются вспомогательные пигменты, интенсивно поглощающие в этой области и, таким образом, дополняющие собой хлорофиллы.

В главе XIV мы увидим доказательства в пользу существования хлорофилл-белкового комплекса. Сохранность этого комплекса может быть необходима для фотосинтетической способности хлорофилла. Были разработаны различные методы экстрагирования этого комплекса из листьев, и оказалось, что такие экстракты имеют некоторые из свойств хлорофилла в листе (например, абсорбционный спектр, химическая устойчивость и флуоресценция). Однако и у них отсутствовала фотосинтетическая активность. Эйслер и Порт-гейм [21] сообщили, что искусственные хлорофилл-белковые комплексы, приготовленные добавлением лошадиного серума к хлоро-фильным растворам, могут восстанавливать двуокись углерода и выделять кислород на свету однако методы этих исследователей были грубы и отсутствовало детальное изложение опытов. Нет ничего удивительного в том, что хлорофилл-белковые комплексы неспособны к фотосинтезу, если вспомнить, что изолированные хлоропласты в лучшем случае сохраняют лишь часть своей нормальной фото-синтетической активности. Речь идет не о том, способны ли хлорофильные препараты к полному фотосинтезу, а о том, сохраняются ли в них какие-либо свойства, связанные с ролью хлорофилла в фотосинтезе. Как указано в главе Ш, эта роль сводится к утилизации световой энергии для переноса водородных атомов против градиента химического потенциала. Хлорофилл может это осуществлять или путем чисто физического переноса энергии к клеточной окислительно-восстановительной системе, или же, что более вероятно, прямым химическим участием в этой системе. Отсюда, следовательно, и возникает вопрос, образует ли хлорофилл in vitro окислительно-восстановительную систему, а если это происходит, то увеличивается ли при поглощении света окислительная способность окисленной формы или восстановительная способность восстановленной формы (или и то и другое). [c.73]

Водный дефицит может влиять на фотосинтез, изменяя состояние устьиц. Крейслер [48] показал, что устьица закрываются в сухом воздухе. Это указывает на их первичную функцию — регулировку транспирации. Огромная листовая поверхность, приспособленная для поглощения света и двуокиси углерода, представляет опасность для [c.341]

Например, красные водоросли в изобидин растут на значительной глубине в сине-годубом свету , тогда как зеленые преобладают на поверхности. Виды с высоким содержанием хлорофилла предпочитают затененные местообитания, а виды со сравнительно бледными листьями растут на прямом солнечном свету. Эти различия обычно трактуются как явления адаптации считают, что каждый класс иди вид в своем филогенетическом развитии приобрел пигменты, наиболее пригодные для своих потребностей и, в частности, для наиболее эффективного поглощения света для фотосинтеза. [c.422]

Дополнительный аргумент в пользу окислительно-восстановительной гипотезы [реакция (16.9)] дает действие света на реакцию между хлорофиллом и хлорным железом, что будет рассматриваться в главе ХУШ. Реакция окисления хлорофилла должна, вероятно, ускоряться при поглощении света, тогда как влияние освещения на равновесие алломеризации (см. формулу на стр. 464) гораздо менее вероятно. Ввиду важности окончательного доказательства обратимого окисления хлорофилла для объяснения роли этого пигмента в фотосинтезе, реакция хлорофилла с хлорным железом, безусловно, заслуживает дальнейшего изучения. Необходимо доказать, например, что эта реакция оставляет нетронутым магний в молекуле хлорофилла и не вызывает замещения этого металла на железо или водород . [c.471]

На фиг. 57 в качестве примера приведены кривые спектрального пропускания и отражения трех разновидностей ory lus avellana нормальной, золотистой и красной. Кривые I vi II иллюстрируют эффект поглощения света при крайних изменениях концентрации хлорофилла (см. стр. 87), тогда как кривая III показывает значительное увеличение поглощения (особенно в зеленой части), обусловленное присутствием антоцианинов в пурпурных листьях поглощение света в золотистых и красных листьях будет рассматриваться также в гл. XXVni и XXX по отношению к выходу фотосинтеза. [c.92]