Первичный фотохимический процесс в воде

В главе III фотосинтез зеленых растений рассматривается как перенос водорода от воды к двуокиси углерода в главе V бактериальный фотосинтез характеризуется как перенос водорода к тому же акцептору, но не от воды, а от других восстановителей. Эти переносы водорода могут связываться с реакциями различного типа, например карбоксилированием, гидратацией, фосфорилированием или дисмутацией. Несмотря на это, мы можем с уверенностью допустить, что первичный фотохимический процесс является стадией основного окислительно-восстановительного процесса. [c.155]

Опыты, которые будут описаны в главе XI, показывают, что замена обычной воды тяжелой влияет на скорость нефотохимической реакции фотосинтеза. Однако это не является аргументом против участия воды в первичном фотохимическом процессе, потому что атомы водорода (или дейтерия), переносимые светом от воды к промежуточному акцептору, могут затем принять участие в ряде каталитических реакций. В действительности от введения тяжелой воды вместо обычной не изменяется, повидимому, скорость только одной частной реакции фотосинтеза — фиксации двуокиси уг.терода в комплексы СО2). [c.162]

Тем не менее можно связывать первичный фотохимический процесс фотосинтеза с превращением двуокиси углерода, если этот процесс рассматривать скорее как фотохимическое гидрирование, а не разложение этого соединения (см. фиг. 15). Если вода не участвует в первичном процессе непосредственно, фотохимическое восстановление двуокиси углерода должно происходить за счет промежуточного водородного донора, обозначенного на фиг. 15 через НХ. [c.163]

При отсутствии решающих аргументов в пользу прямой связи первичного фотохимического процесса с двуокисью углерода или водой представляется полезным привести также менее специальную схему. В этой схеме восстановление двуокиси углерода и окисление воды относятся к вторичным каталитическим реакциям пер- [c.165]

Однако возможно еще более простое истолкование тех же самых фактов, если допустить, как это мы делали выше, что первичный фотохимический процесс состоит в окис.тении промежуточного восстановителя Н7 и что во время нормального фотосинтеза окисленный продукт Z получает вновь водород от воды при нефотохимической реакции. [c.175]

В главе XI мы. рассмотрим возможность того, что соединения закисного железа могут являться восстановителями в первичном фотохимическом процессе. Такие соединения должны иметь исключительно отрицательные потенциалы (даже ниже, чем у свободных Fe " ), для того чтобы они могли получить обратно свои электроны от воды. Такая роль железных комплексов более подходит для их дыхательной функции, чем для предположенной выше роли окислителей в первичном фотохимическом процессе. Возможно также, что фотохимический процесс фотосинтеза заключается в переносе электронов от железного или иного металлического комплекса, имеющего исключительно отрицательный потенциал, к другому подобному комплексу с исключительно положительным потенциалом. Гипотеза такого рода была предложена Вейссом [8]. [c.249]

Одной из причин большего расходования квантов может служить обращение части первичных фотохимических процессов, связанное с обратной реакцией активных продуктов, образующихся в результате фотодиссоциации воды. Эта реакция также связана с потерей (рассеянием) энергии поглощенных квантов. Часть квантов расходуется хлорофиллом в виде флуоресценции. [c.152]

ВОДОЙ или водными растворами, наиболее существенной задачей является установление связи между непосредственным следствием поглощения излучения (ср. первичный акт в фотохимических процессах) и конечным наблюдаемым эффектом. К решению этой задачи можно подойти с двух сторон. Первый метод заключается в теоретическом рассмотрении вероятной судьбы частиц, возникающих при первичном радиационно-химическом акте, и возможных химических следствий этого акта. Согласно второму методу, число и природа первичных частиц выводится из наблюдаемых химических превращений и характера реакции. Такие доказательства становятся особенно убедительными, если аналогичные превращения могут быть вызваны в водных растворах хорошо исследованными процессами, протекающими без участия ионизирующего излучения, например фотохимическими процессами. Оба подхода использованы в настоящей статье. При изложении результатов, полученных по второму методу исследования, особенное внимание уделяется некоторым предварительным данным, касающимся полимеризации виниловых соединений в разбавленных водных растворах под действием излучения. [c.98]

Уже давно в теориях фотосинтеза предполагалось участие окислительно-восстановительных реакций в этом процессе. Однако в ранних теориях в основном внимание уделялось постулированному первичному акту переноса атомов водорода от воды к углекислоте. В 1941 г. в результате блистательного сравнительного анализа биохимии фотосинтетических процессов в самых разнообразных организмах Ван Ниль [426] высказал предположение, что первичный фотохимический акт включает образование первичного окислителя и первичного восстановителя. [c.413]

Наблюдения над изолированными хлоропластами, бактериями, адаптированными к водороду водорослями, описанные в главах IV, V, VI, а также кинетические измерения указывают, что фотосинтез — не прямая реакция между двуокисью углерода и водой, а сложная цепь физических, химических и фотохимических процессов. Одна из наболее важных проблем в изучении механизма фотосинтеза — установление первичной фотохимической реакции (или реакций) и выделение ее из нефотохимических процессов последние могут предшествовать фотохимической реакции или следовать за ней. [c.155]

Перспективную и со временем, вероятно, даже самую дешевую возможность использования солнечной энергии можно будет реализовать только тогда, когда мы овладеем процессами фотосинтеза. Первичная фаза этого процесса, т.е. фотохимическое разложение воды на элементы, уже осуществлена в лаборатории вне растительной клетки. Образующийся водород считается превосходным энергоносителем из всех веществ он имеет самую высокую плотность энергии, равную 33 кВт/кг (плотность энергии углерода 9,1 кВт/кг), и может без окольных путей вырабатывать электрическую энергию в топливных элементах (см. с. ООО). В связи с этим уже обсуждаются пространные проекты строительства магистральных водородных линий как одного из вариантов линий электропередачи будущего. [c.63]

Если перенос атомов воды к промежуточному акцептору является первичным процессом фотосинтеза, то восстановление двуокиси углерода может быть или второй фотохимической реакцией, или темповой энзиматической реакцией с восстановленным первым водородным акцептором (глава VII), Поэтому в настоящей главе мы рассмотрим как фотохимическое, так и нефотохимическое восстановления двуокиси углерода. [c.83]

Фотохимические реакции фотосинтеза. Общие представления о фотосистемах. Фотохимический этап фотосинтеза включает в себя ряд последовательно протекающих процессов, локализованных в тилакоидных мембранах. Пигменты, специфически связанные с белками фотосинтетических мембран, и другие компоненты, необходимые для протекания реакций поглощения света и транспорта электронов, образуют надмолекулярные комплексы — фотосистему I (ФС I) и фотосистему II (ФС II). В составе каждой фотосистемы различают реакционный центр, в котором протекают очень быстрые реакции первичного разделения зарядов комплекс компонентов, передающих электрон от реакционного центра (электрон-транспортная цепь) комплекс компонентов, осуществляющих работу по фотоокислению воды и восстановлению реакционного центра. [c.420]

В настоящей главе мы не считаемся с этими гипотезами и рассматриваем первичный фотохимический процесс как стадию в основной окислителъно-восстановвтельной реакции между водой (или заменяющим ее восстановителем) и двуокисью углерода. [c.156]

Франк [18] и 1Птоль [21] высказали мысль, что первичным фотохимическим процессом в фотосинтезе может быть обмен водорода на гидроксил (см. главу XIX). Однако допущение переноса гидроксильных радикалов от угольной кислоты к воде равноценно допущению, что одна часть выделяющегося кислорода происходит из двуокиси углерода, а это противоречит данным эксперимента (глава III). [c.156]

Прежние определения квантовых выходов, казалось, подтверждали это заключение, но новейшие определения доказали его неправильность . Несмотря на это, полезно начать наш разбор с рассмотрения четырехквантовых теорий , так как позднее они могут быть использованы как основа теорий, допускающих большее число квант для восстановления одной молекулы двуокиси углерода. Мы начинаем наш разбор с четырехквантовых теорий, рассматривающих первичный фотохимический процесс как дегидрирование воды (фиг. 16). Далее мы рассмотрим аналогичные теории, отождествляющие этот процесс с гидрированием двуокиси углерода (см. фиг. 17), и затем сделаем наиболее общее допущение, что первичный процесс есть обмен водорода между двумя промежуточными продуктами. [c.159]

Начнем с рассмотрения второй возможности, когда фотокатали-затором служит У. В данном случае и вода и двуокись углерода устраняются от прямого участия в первичном фотохимическом процессе, и поэтому эта реакция может считаться наименее специфичной (наиболее общей). Система главных реакций (7.11), представленная на фиг. 19, является логическим обобщением системы (7.10) и фиг. 18 [c.167]

Аналогичную схему можно построить, предиоложив дисмутацию энергии на окислительной стороне первичного фотохимического процесса таким образом, перегруппировка четырех пар первичных продуктов должна дать возможность четырем другим окисленным продуктам окислить воду по реакции (7.14г). [c.171]

По различным соображениям, Накамура [22], ван Ниль [27], Франк н Гаффрон [25] и Гаффрон [29, 30] считают, что восстановители-заменители воды не участвуют в первичном фотохимическом процессе. Один из аргументов ван Ниля основан на наблюдении (см. главу V), что органические восстановители используются Spirillum rubrum с одинаковой скоростью и в темноте и на свету. Это указывает на предварительное энзиматическое превращение восстановителей, например на перенос водорода к гидрогеназной системе [см. главу VI, уравнение (6.6<Г)], который им приходится совершать и при дыхании и при фоторедукцин. [c.174]

Ван Ниль и Гаффрон считают, что окисление воды представляет собой одну (или даже единственную) из первичных фотохимических реакций обычного фотосинтеза (как в схеме на фиг. 16). Таким об-pa30i[, предположение о неучастии восстановителей-заменителей воды в фотохимическом процессе не исключает логического вывода, что и в бактериальном фотосинтезе первичным фотохимическим процессом является окисление воды. Отсюда отсутствие выделения кислорода на свету пурпурными бактериями можно объяснить двояким образом. Согласно одной гипотезе, предложенной Гаффроном, промелсуточный продукт окисления воды ОН может восстанавливаться у бактерий восстановите.мми-заменителями — водородом, сероводородом и т. д., так как эти организмы содержат активную гидрогеназную систему и не содержат энзима Eq, выделяющего кислород. Вторая гипотеза, предложенная ван Нилем, предполагает, что первичный продукт, получающийся при окислении воды у бактерий ОН , несколько отличен от продукта, получающегося у зеленых растений ОН - , и поэтому он не может превратиться в [c.174]

В главе VII говорилось о том, что один, и, может быть, единственный, первичный фотохимический процесс фотосинтеза заключается в прямом окислении воды или в окислении промежуточного восстановителя HZ (который затем окисляет воду) промежуточным окислителем X (который затем восстанавливает двуокись углерода). В главах VIII и IX мы рассматривали каталитический механизм восстановления двуокиси углерода первичным восстановленным продуктом НХ. Теперь нам предстоит заняться рассмотрением каталитического механизма окисления воды , т. е. выделения кислорода из первичного продукта окисления , обозначенного в г.таве VII через ОН или Z. [c.290]

Вальтер считает, что осмотическое торможение фотосинтеза является следствием сжатия протоплазмы. Фотосинтез, повидимому, более чувствителен к изменениям в коллоидальном состоянии протоплазмы, чем все иные метаболические процессы, например дыхание. Чрелашвили [72] нашла, что удаление некоторого количества воды осмотическими методами может оказывать влияние на фотосинтез, отличаюш ееся не только по величине, но иногда даже и по знаку от влияния, вызванного прямым подсушиванием до такого же состояния. Гринфильд [74, 75] отмечает, что осмотические влияния могут наблюдаться лишь на сильном свету. Это показывает, что высыхание действует нз эффективность энзиматических реакций, а не на первичный фотохимический процесс. Данилов [67, 68, 69, 71] утверждает, что влияние обезвоживания различно для света различных длин волн. [c.343]

Вместе с ван Нилем и другими исследователями мы объясняли разложение или окисление воды как вероятный первичный фотохимический процесс в фотосинтезе (глава УП). Концепция Хэнсона хлорофилл-водного комплекса, очевидно, входит в рамки этой теории. Впрочем, гигроскопичность является столь общим свойством многих органических соединений, что гигроскопичность хлорофилла вряд ли можно считать существенным аргументом в пользу именно этой теории фотосинтеза. Если гигроскопичность хлорофилла в клетке не выше гигроскопичности твердого хлорофилла 1п т11го, то и тогда при комнатной температуре будет гидратировано меньше половины молекул хлорофилла в хлоропласте. Если это так, то возникает вопрос — каким образом световые кванты, поглощаемые всеми молекулами хлорофилла, могут быть использованы для фотосинтеза Это замечание не следует рассматривать как аргумент против [c.455]

Фотохимическое окисление и нефотохнинческое восстановление хлорофилла. Вейгерт [66] считает, что первичный фотохимический процесс в фотосиптезе — передача электронов от хлорофилла Е воде, за которой следует окисление воды окисленным хлорофиллом и восстановление двуокиси углерода восстановленной водой [c.560]

Мы можем, например, считать скорость фотосинтеза пропорциональной концентрации первичного субстрата окисления, такого, как гипотетическая связанная вода A HgO или, в более общем виде, A HR вместо концентрации первичного субстрата восстановления A Og, как мы делали до сих пор. Однако мы воздерживаемся от детального обсуждения этих возможностей, потому что для зеленых растений еще не имеется положительного доказательства того, что темновая реакция гидратации действительно необходима, чтобы сделать воду доступной для фотохимического процесса. Даже если она и требуется, то изобилие воды в клетках делает эту реакцию практически мгновенной. Известно, что при фотосинтезе пурпурных бактерий происходят предварительные превращения восстановителей, но еще не имеется определенного доказательства, что эти превращения должны рассматриваться как подготовительные реакции (т. е. реакции, обеспечивающие фотохимический процесс субстратом окисления), а не как завершающие реакции, удаляющие первичные продукты, образующиеся при фотохимическом окислении воды (ко второй альтернативе склоняются Ван-Ниль, Гаффрон и Франк см. т. I, стр. 174). Обычно в большинстве дискуссий по кинетике фотосинтеза довольно детально рассматривают подготовительные процессы на восстановительной стороне и в значительной мере пренебрегают аналогичными процессами на окислительной стороне первичного фотохимического процесса. Тем не менее следует помнить, что подобный подход не является оправданным и объясняется исключительно нашей неспособностью изучать судьбу воды перед ее окислением при фотосинтезе и недостаточным знанием начальных превращений водорода и других восстановителей, используемых бактериями. [c.450]

В этом случае продукты обратной реакции увеличивают запас свободной двуокиси углерода и воды, а не количество субстратов для первичного фотохимического процесса, A Og и А НдО, которые могут быть немедленно использованы. [c.510]

Хорошо известно, что скорость выцветания красителя зависит от природы субстрата (см. Бенкрофт, 1814 г. [84]), влажности воздуха [397—399], температуры [400—401] и спектральной характеристики источника света 402, 403]. Несмотря на многообразие различных факторов, воздействующих на реакцию выцветания, по-видимому, нет сомнения в том, что первичные фотохимические процессы в случае окрашенных материалов будут аналогичны процессам для модельных систем. Механизмы этих процессов изучены детально и с помощью их можно ясно продемонстрировать не только значение структуры красителя, но и влияние восстановителей, окц-слителей, кислорода и воды. [c.426]

Не все стадии в процессе фотосинтеза являются выясненными и строго доказанными. Однако несомненно, что возбужденный светом хлорофилл является донором электронов, восстанавливая при участии атомов водорода из воды НАДФ до НАДФ-Нг, и, с другой стороны,— акцептором электронов, которые от ОН-ионов воды через цитохром возвращаются на хлорофилл или расходуются на образование АТФ. В то время как первичные фотофизические процессы при фотосинтезе заключаются в поглощении и переносе энергии квантов света, первичные фотохимические процессы заключаются прежде всего в образовании трех веществ молекулярного кислорода, восстановленного НАД или НАДФ и АТФ. Именно в реакциях [c.338]

Некоторые из этих реакций в настоящее время изучают с помощью радиоактивных изотопов. Нас интересует судьба трех видов атомов — водорода, углерода и кислорода. Тяжелый , нерадиоактивный водород, дейтерий (Н ), имелся в распоряжении исследователей еще до войны. Слаборадиоактивный тритий (Н ) не всегда бывает легко получить и сейчас. Из изотопов углерода пользуются быстро распадающимся С , медленно распадающимся и стабильным (нерадиоактивным) С . Наиболее широко используется С , который можно теперь легко получать из атомного котла в Окридже. К нашему великому сожалению, радиоактивные изотопы кислорода неизвестны. Единственным средством изучения судьбы этого важного элемента служит применение стабильного изотопа О . Меченый углерод — удобное средство для изучения восстановления углекислоты до углевода. Меченый кислород можно с успехом использовать для изучения окисления воды до кислорода. Меченый водород может оказать помощь в выяснении тех процессов, которые символизируются мостиком между двумя группами реакций, в том числе и первичного фотохимического процесса. [c.49]

При описании фотохимического разложения воды мы начади с прямого действия ультрафиолетового света теперь мы также начнем с несенсибидизированного фотохимического разложения двуокиси углерода ультрафиолетовым светом. Спектр молекулы СОд состоит из дискретных полос от 200 до 103 м >-. Таким образом, первичным процессом будет скорее электронное возбуждение, чем фотохимическое разложение. Фиг. 2 показывает кривые экстинкции ионов СО — и НСО " в воде. В этом случае первичный процесс, вероятно, состоит в переносе одного электрона от иона к воде, т. е. в окислении карбоната и восстановлении воды согласно реакции [c.86]

В присутствии фенилуретана скорость восстановления нитратов на свету не уменьшается, но вместо кислорода выделяется чистая двуокись углерода (как в темноте). Можно полагать, что это — аргумент в пользу двухступенчатого механизма восстановления нитратов. Первая ступень — стимулированное светом нитратное дыхание — может быть так же нечувствительной к уретану, как соответственная темновая реакция, а вторая ступень — угнетаемый уретаном обычный фотосинтез. Однако действие уретана объяснимо также и на основе прямого нитратного фотосинтеза . Для этого необходимо допустить, что уретан тормозит последнюю стадию реакции (19.2)—выделение кислорода, направляя, таким образом, процесс по второму возможному пути, где первичный фотохимический продукт окисления, обозначаемый ОН или Z (глава VII), восстанавливается налижными органическими водородными донорами вместо того, чтобы выделять кислород из воды. Другими словами, уретан может превращать нитратный фотосинтез в нитратное фотоокисдение совершенно таким же образом, как он превращает обычный фотосинтез в обычное фотоокиеление (см. опыты Ноака, описалные на стр. 535). [c.547]

Процесс Ф. состоит пз реакций двух типов — фотолиза воды (разложения ее под действием света) и восстановления углекислого газа. Свет необходим лишь для первой реакции, а реакции восстановления СОг — темповые , т. е. идут без доступа света. В настоящее время принимается, что первым продуктом фотосинтеза является фосфоглицериновая кислота, которая затем превращается в сахарозу, крахмал и другие углеводы. Процессы образования углеводов при Ф. состоят пз большого числа реакций, идущих при участии многочисленных ферментов. Наряду с углеводами в процессе Ф. образуются и другие соединения, в частности аминокислоты. Результатом первичной фотохимической реакции Ф. является фосфорилирование адепозиндифосфорной кислоты с образованием аденозинтрифосфорной кислоты (АТФ), богатой энергией. В ходе этой реакции используется только часть поглощенной световой энергии, а другая ее часть расходуется на образование фермента — восстановителя — п на выделение кислорода. Углеводы же синтезируются из СОг за счет энергии АТФ при участии восстановителя. [c.329]

По фотофосфорилированию у растений выполнено огромное число научных работ [1707, 1870]. Сравнительная роль нециклического и циклического фотофосфорилирования была установлена исследователями школы Арнона [1338]. Было показано, что в противоположность бактериям, у которых преобладает циклический процесс, у растений в фотосинтезе доминирующим фотохимическим процессом, по-видимому, является нециклическое фотофосфорилирование, поскольку, кроме того что оно поставляет АТФ, оно также представляет собой единственный механизм, выполняющий перенос водорода (через ТПН) от воды к СОг. Таким образом, циклическое фотофосфорилирование у растений, вероятно, удовлетворяет потребность в АТФ для ассимилирования углерода, которая не удовлетворяется полностью нециклическим фотофосфорилированием . Гест [685, 686], не соглашающийся с мнением о роли циклических процессов у бактерий, считает нециклический поток электронов и фотофосфорилирование высокоусовершенствованным и уникальным процессом — фо-тофитотрофией. Первый сравнительно устойчивый акцептор электронов в нециклическом потоке у растений — ферредоксин [76—78, 81, 82, 88], но поиск первичного акцептора элек- [c.126]

Первичные и вторичные алкилгидропероксиды в щелочных условиях реакции обычно отщепляют воду и превращаются в карбонильные соединения. В индуцируемом основанием аутоокислении флуорена перенос электрона от промежуточно образующегося флуоренил-аниона обычно является стадией, лимитирующей скорость всего процесса, однако в случае трифенилметана медленной стадией является образование карбаниона, а перенос электрона от менее устойчивого аниона происходит очень быстро [69]. Медленную стадию переноса электрона в случае флуоренил-анионов можно устранить, используя синглетный ( Ag) молекулярный кислород, с которым они реагируют очень быстро [70]. Ароматические нитросоединения могут конкурировать с кислородом в качестве акцепторов электронов образующиеся радикалы далее димеризуются [например, уравнение (31)] [71]. Димерные радикальные продукты образуются также при фотохимическом возбуждении карбанионов [c.562]

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]

Хлорофилл — вещество, ответственное за зеленый цвет в растениях, является комплексным соединением, в котором четыре пиррольных цикла связаны в виде комплекса с магнием. Основное значение хлорофилла в природе — его участие в процессе фотосинтеза, в преобразовании световой энергии в химическую [8]. Хотя механизм фотохимического превращения двуокиси углерода и воды в углеводы и кислород еще не совсем ясен, первичной реакцией должно быть фотовозбуждение хлорофилла с последующим использованием этой энергии для окисления воды и восстановления двуокиси углерода. Известны два хлорофилла а и 6 (XII, XIII), которые мало отличаются по структуре, причем главным образом ответствен за фотосинтез первый из них. Полный синтез XII и XIII был осуществлен в 1960 г. [9] (схема 4). [c.318]

Фотохимическое восстановление хлорофилла, его аналогов и производных органическими восстановителями (аскорбиновой кислотой, цистеином и др.) с образованием продуктов, имеющих повышенную энергию за счет поглощенных квантов света, обнаружил А. А. Красновский [1349] спектральным путем и по изменению окислительно-восстановительного потенциала. В темноте происходит без участия кислорода обратный процесс окисления, возвращающий систему в теормодинамически устойчивое состояние. А. А. Красновский предполагает, что фотовосстановление хлорофилла происходит путем перехода на его бирадикал - X электрона от восстановителя НА, после чего последний уже без участия света передает протон окислителю В. Аналогично должны проходить первые стадии фотосинтеза в растениях, где НА — вода или первичные продукты ее восстановления и В — восстанавливающаяся Og или первичные продукты ее фиксации. Таким образом, перенос водорода совершается двумя сопряженными процессами переносом электрона к хлорофиллу и переносом протона к нему же или, что более вероятно, непосредственно к дальнейшим промежуточным продуктам цепи реакций, ведущих к восстановлению СОо. Упрощенная схема участия хлорофилла в фотосинтезе согласно этим представлениям имеет вид [c.476]