Фотохимические окислительно-восстановительные реакции хлорофилла

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]

Фотореакции. Фотореакции относятся к первичным процессам любого фотосинтеза. Местом, где протекают эти фотохимические окислительно-восстановительные реакции, являются реакционные центры. Реакционный центр состоит из ряда компонентов, наиболее важные из которых первичный донор электронов (особый комплекс из хлорофилла и белка) и первичный акцептор электронов. Эти два компонента представляют собой окислительно-восстановительные системы. Система донора (Р/Р" ) обладает положительным, а система акцептора (Х/Х )-отрицательным потенциалом. Под воздействием энергии света происходит перенос одного электрона [c.385]

Световая энергия, поглощаемая хлорофиллом, используется для осуществления фотосинтеза, что предохраняет биологическую систему от фотохимического разрушения [8]. Фотон, попадая в молекулу хлорофилла, обеспечивает ее энергией для проведения последовательных окислительно-восстановительных реакций (рис. 18.4). Система / вырабатывает относительно сильные восстановители и слабые окислители, в системе II образуются сильные окислители и слабые восстановители. [c.573]

Хлорофилл, как известно, принимает непосредственное химическое участие в процессе фотосинтеза, являясь одним из звеньев "в цепи окислительно-восстановительных реакций, приводящих к отнятию водорода от воды и присоединению его к СО2. Роль бактериохлорофилла у фотосинтезирующих бактерий, очевидно, такая же, как хлорофилла а У растений. Эти пигменты в растворе способны также сенсибилизировать реакпию фотохимического переноса водорода, как и хлорофилл (Красновский, Войновская,1951 Красновский, Пакшна, 1959). [c.147]

Аналогичные результаты были получены в реакциях фотопереноса электрона для пигментов (хлорофиллы, феофитин и др.) в присутствии акцепторов (хиноны, метилвиологен, нитросоединения) и доноров (аскорбиновая кислота, фенилгидразин, гидрохинон, Fe +) электрона. Образование ион-радикалов красителей при фотохимических окислительно-восстановительных реакциях протекает через ряд промежуточных стадий, включающих образование возбужденного комплекса донорно-акцепторного типа и ион-ра-дикальных пар. Донорно-акцепторный комплекс с триплетным состоянием красителя был обнаружен в реакции фотоокисления хлорофилла я-бензохиноном в толуоле. Вероятность дезактивации эксиплекса в направлении образования ион-радикальной пары зависит от степени переноса заряда внутри возбужденного комплекса. В свою очередь степень переноса заряда определяется сродством к электрону и потенциалом ионизации как триплетной молекулы красителя, так и невозбужденной молекулы донора или акцептора электрона. [c.178]

Научное предположение К. А. Тимирязева о роли хлорофилла подтверждено исследованиями А. Н. Теренина, который прямыми опытами доказал (1951) участие хлорофилла в фотохимических окислительно-восстановительных реакциях. Хлорофилл вступает в реакцию после поглощения им солнечной энергии, которая переводит его в активированное состояние. [c.66]

До сих -пор неясно, что собой представляет реакционной центр. Вероятно, это одна из наиболее длинноволновых форм хлорофилла а, которая очень эффективно расходует энергию электронного возбуждения на осуществление фотохимической реакции. Скорость фотохимической окислительно-восстановительной реакции превышает скорость расходования энергии возбуждения на люминесценцию на два порядка величин у бактерий и почти на три порядка величин у высших растений. [c.148]

Понятие о фотосинтетической единице было введено для учета числа молекул хлорофилла в фотосинтезирующем организме, необходимого для преобразования одного кванта энергии света в химическую энергию. Для восстановления одной молекулы СОг необходимо 8—10 квантов света с другой стороны, з этом процессе участвует 2000—2500 молекул хлорофилла. Отсюда фотосинтетическая единица составляет 200—300 молекул хлорофилла на квант при квантовом выходе первичного фотоокисления хлорофилла, равном 1, с учетом 80% эффективности переноса энергии при све-тосборе хлорофиллом, оказывается, что на одну молекулу хлорофилла в реакционном центре приходится 250—400 молекул хлорофилла, поглощающих и эстафетно передающих кванты света в реакционные центры. Хлорофилл реакционного центра принимает только один из переданных квантов и переходит в электронно-возбужденное состояние, начиная путь последовательных окислительно-восстановительных реакций. Естественно, что значение фотосинтетической единицы может меняться у разных растений в зависимости от очень многих факторов. Концентрация фотохимически активного хлорофилла у бактерий в целом выше, и фотосинтетическая единица равна у них 40. [c.20]

Таким образом, в схеме, представленной на фиг. 21, первичным фотохимическим процессом является окислительно-восстановительная реакция между восемью молекулами катализатора X и восемью молекулами другого катализатора Z (одним из них может быть хлорофилл). [c.170]

Выше уже отмечалось, что хлорофилл, принимающий участие в фотохимических реакциях у бактерий, обладает более низким значением окислительно-восстановительного потенциала (Е о = +0.4)1 чем хлорофилл фотосистемы 2 у водорослей и высших растений (Е о = = + 1,0). Это может играть решающую роль в обеспечении окисления ионов гидроксила. [c.177]

Путь электрона от молекулы хлорофилла на первичный акцептор происходит против градиента окислительно-восстановительного потенциала. В реакционных центрах пурпурных бактерий за счет поглощенной энергии света электрон поднимается приблизительно от +500 до —200 мВ, зеленых бактерий — от +250 до —450 мВ. В обоих случаях подъем составляет около 700 мВ. У фотосинтезирующих прокариот, имеющих два типа фотохимических реакционных центров, движение электрона в реакционном центре II фотосистемы происходит от +УОи до порядка —200 мВ, а в I фотосистеме — от -+-500 до —500 мВ. Диапазон перемещения электрона в этом случае превышает или равен 1000 мВ. Эти значения отражают величину энергии, запасенной в процессе фотохимического акта в реакционном центре. Итог фотохимической реакции — перенос электрона за счет энергии поглощенного кванта света против градиента окислительно-восстановительного потенциала и акцептирование его соединением, выполняющим функцию первичного акцептора электронов. Это соединение в восстановленной форме является первым химическим продуктом, в котором аккумулируется энергия поглощенного кванта света. [c.239]

Почему именно красные лучи наиболее эффективны для фотосинтеза Во-первых, потому, что энергия 1 кванта красного света (176 кДж/моль = 42 ккал/моль) вполне достаточна для перехода молекулы хлорофилла на первый синглетный уровень возбуждения (см. рис. 3.4). Затем эта энергия целиком может быть использована на фотохимические реакции. Энергия же 1 кванта синего света выше (293 кДж/моль = = 70 ккал/моль). Поглотив квант синего света, молекула хлорофилла переходит на более высокий уровень синглетного возбуждения 8, и эта излишняя энергия превращается в теплоту при переходе молекулы в состояние 5. Энергия 1 кванта красного света примерно эквивалентна энергии перехода окислительно-восстановительного потенциала системы от Е о= -Ь0,8 В до Е о= -0,8 В (см. рис. 3.10). Энергия 1 кванта инфракрасных лучей уже недостаточна для фотоокисления воды, но у фотосинтезирующих серных бактерий эта энергия [c.109]

Фотохимические окислительно-восстановительные реакции хлорофилла in Titro [c.508]

Тилакоидные мембраны и светособирающие пигменты (пигменты антенн). Тилакоидная мембрана содержит в себе пигментные молекулы (хлорофи Гл а, хлорофилл Ь и каротиноиды), переносчики электронов и фермейты. Подавляющее большинство молекул хлорофилла ( 99,5%), а также дополнительные пигменты (каротиноиды, фикобилипротеины) ответственны за поглощение света и распределение энергии они образуют систему антенны. Лишь незначительная часть хлорофилла а выполняет роль фотохимического реакционного центра, в котором цротекает собственно фотохимическая окислительно-восстановительная реакция. Пигменты антенн (светособирающие пигменты) улавливают свет и передают энергию хлорофиллу реакционного центра (Каротиноид Каротиноид Хлорофилл - - Каротиноид - Хлорофилл + Каротиноид). Каротиноиды выполняют также защитную функцию при очень ярком солнечном освещении они отдают избыточную энергию в окружающую среду и тем самым защищают молекулы хлорофилла от фотоокисления. Система светособирающих пигментов и реакционный центр объединены в так называемую фотосинтетиче-скую единицу. [c.385]

Соображение, высказанное на стр. 488—490, предполагает следующую модификацию схемы Гаффрона. Во-нервых, роль акцептора А может играть растворитель во-вторых, вряд ли реакция между хлорофиллом и акцептором или растворителем является простой передачей энергии, изображ аемой реакцией (18.22а). Наиболее вероятным первичным процессом является окислительно-восстановительная реакция хлорофилла с растворителем, или с примесью, или со второй молекулой хлорофилла. Все схемы реакции, рассмотренные в разделе Первичный фотохимический процесс , например реакции (18.11) или (18.15), предполагающие обратимое образование окисленного хлорофилла (оСЫ), могут объяснить небольшое остаточное фотоокисление для этого необходимо допустить, что полной обратимости мешают побочные реакции, отнимающие некоторые окисленные молекулы хлорофилла у партнеров для обратной реакции. [c.505]

Хлорофилла в растениях около 1% от массы сухого вещества. Он содержится в хлорофилловых зернах, или хлоропластах, участвует в сложной цепи окислительно-восстановительных реакций и фотохимический процессов, происходящих при фотосинтезе. Световая энергия, поглощенная хлорофиллом, расходуется на фотохимическую реакцию, при которой водород воды восс ганавливает углекислый таз до органических соединений. По одной из теорий первым продуктом фотосинтеза являетея какое-то двууглеродное (содержащее два атома углерода) соединение, обозначаемое С2. Из него образуется сначала фосфоглицериновая кислота, а затем углеводы. Изучение промежуточных продуктов с помощью меченых атомов привело к следующей схеме процессов фотосинтеза [c.394]

В нашу задачу не входит обсуждение вопроса о появлении и эволюции протобиологических систем. На этот счет имеется несколько точек зрения. Наиболее привлекательной из них можно считать гй потезу Опарина, который придает большое значение появлению коацерватов и в последнее время — фотохимическим окислительновосстановительным реакциям в них, протекающим с участием порфиринов. Возможность осуществления в коацерватных каплях окислительно-восстановительных реакций с участием хлорофилла, восстановленной формы аскорбиновой кислоты и красителя (метиловый красный), выступающего в роли окислителя, была доказана [c.15]

В оолее новых работах В.Б.Евстигнеева с сотрудниками показано, что фикобилины - и фикоцианин, и фикоэритрин, а также выделенные из них хромофорные группы - фикоэритробилин и фи-коцианооилин - способны в определенных условиях сенсибилизировать в модельных опытах на свету некоторые окислительно-восстановительные реакции, в частности, фотовосстановление метилового красного аскорбиновой кислотой. Авторы высказывают предположение о возможном непосредственном участии фикобилинов в фотохимических реакциях фотосинтеза 1п у1то помимо их роли как передатчиков поглощенной ивд энергии хлорофиллу (Евстигнеев, Гаврилова, 1964 Евстигнеев, Бекасова, 1966, 1968, 1969). [c.147]

Вероятно, во многих случаях фотопроцессы протекают через триплетное состояние молекул хлорофилла, как это было показано с помощью импульсной спектроскопии [743—745]. В исследованиях ряда Красителей, включая хлорофиллин а [232, 248], обнаружено, что фотохимическая активность может возрасти при связывании красителя в полимерах. Интересно отметить, что существует возможность инициирования сенсибилизируемых хлорофиллом окислительно-восстановительных реакций в процессе фотосинтеза. Среди них, например, фотовосстановление цитохрома с [746], фотоокисление восстановленного цитохрома с убихиноном [743, 747] или фотовосстановление пиридиннуклеотида в водной среде [748—750]. Сравнительно недавно сенсибилизируемый хлорофиллом окислительно-восстановительный фотолиз кристаллов хлористого серебра [c.464]

Недавно А. Н. Терениным [291] была дана новая теория фотохимических реакций красителей, предполагаюш ая в качестве первичного фотохимического процесса превращение сенсибилизирующего красителя в состояние малоустойчивого бирадикала с двумя изолированными электронами. Такой, обладающий высокой активностью, бирадикал вступает затем во вторичные окислительно-восстановительные реакции. Эта теория приводит к новым точкам зрения на роль и судьбу хлорофилла при фотосинтезе. [c.310]

Крупнейшим достижением в области фотобиологии явилось открытие А. А. Красновским в 1948 г. реакции обратимого фотовосстановления хлорофилла в эвакуированном пиридиновом растворе в присутствии доноров водорода (аскорбиновая кислота) с образованием розовой формы пигмента с максимумом поглощения при 525 нм. В настоящее время считается общепризнанным, что первичная фотохимическая реакция фотосинтеза — это обратимое окислительно-восстановительное превращение хлорофилла. Квантовый выход реакции фотовосстановления хлорофилла составляет 2 10-2 3 этанол-водно-пиридино-вых и 7 10-2 3 водно-пиридиновых растворах. Реакция Красновского протекает в несколько стадий [c.62]

Отсутствие у пурпурных и зеленых нитчатых бактерий светозависимого восстановления НАД или ферредоксина связано с тем, что электроны, отрывающиеся от молекулы хлорофилла, в результате фотохимической реакции акцептируются на хиноновых соединениях, окислительно-восстановительный потенциал которых недостаточно отрицателен для непосредственного восстановления НАД или ферредоксина (см. табл. 11). В этих группах фотосинтезирующих эубактерий восстановитель образуется в результате темнового переноса электронов от экзогенных доноров (сульфид, тиосульфат, органические соединения) против электрохимического градиента — обратного переноса электронов (рис. 75, А). Последний осуществляется с участием электронтранепортной цепи, в состав которой входят флавопротеины, за счет энергии, генерируемой в процессе циклического электронного транспорта. [c.284]

Мы, знаем, что хлорофилл сенсибилизирует восстановление двуокиси углерода водой. Выполняя эту функцию, он входит, веро- ятно, в обратимые реакции с фотосинтетическими субстратами глава XIX). Можно представить два тина таких реакций — ком-плексообразование и окисление—восстановление. В первом случае хлорофилл служил бы акцептором либо для двуокиси углерода (глава VIII), либо для воды (глава XI), либо для обоих. Во втором случае хлорофилл должен играть роль окислительно-восстановительного катализатора, т. е. акцептора водородных атомов или электронов. Гипотетическое комплексообразованне хлорофилла с водой или двуокисью углерода должно быть темновой реакцией, а обратимое окисление — восстановление хлорофилла должно быть фотохимической реакцией, где свет активирует прямую или обратную ступень, или и ту и другую. [c.454]

Ноак [41] в 1922 г. наблюдал фотохимическое превращение флавонов в антоцианины in vivo и интерпретировал эту реакцию как окисление — восстановление, сенсибилизированное хлорофиллом (см. гл. XIX, т. I). Он предположил, что флавоны и антоцианины образуют окислительно-восстановительную систему, которая может играть каталитическую роль в фотосинтезе. Сен [102] утверждал, что листья, содержащие антоцианин, имеют более высокую фотосинтетическую активность, чем обычные листья, несмотря на более низкое содержание хлорофилла. [c.607]

Основы правильного понимания этой важнейшей для живой природы реакции были даны в классических исследованиях К. А. Тимирязева [286], начатых еще в 1868 г. В них было доказано, что при фотосинтезе активны те участки солнечного спектра, которые поглощаются хлорофиллом, и что выход продуктов фотосинтеза прогюрционален количеству поглощенной световой энергии. Б этих же работах было показано, что хлорофилл участвует, как сенсибилизатор фотохимического процесса, в его промежуточных окислительно-восстановительных ступенях вместе с водой и Oj. [c.306]

В связи со значением окислительно-восстановительных процессов для фотосинтеза представлялось интересным исследовать фотоэлектрохимическое поведение нерастворимых в воде хлорофилла и родственных ему соединений — феофитина, фталоцианина и его магниевого комплекса, фотохимические реакции которых составляют предмет разностороннего изучения в лаборатории фотобиохимии Института биохимии им. А. Н. Баха [2]. [c.402]

Ценная информация о кинетике окислительно-восстановительных превращений в реакционных центрах фотосинтезирующих объектов была получена с помощью лазерной техники. Было обнаружено, например, что скорость переноса электрона в системе донор -v фотохимически активный хлорофилл -v акцептор лежит в микросе-кундном интервале. Так, для пурпурных бактерий время переноса электрона от пигмента к акцептору равно 0,5, а для высших растений — 2 мкс. С такой скоростью перенос электрона от хлорофилла к акцептору осуществляется даже при температуре жидкого азота ( -196 С), что указывает на его физическую природу. Реакция восстановления фотохимически активного хлорофилла (донорпигмент) протекает с более низкой скоростью 2 и 15 мкс для бактерий и высших растений соответственно. В реакции восстановления удалось вычленить два параллельных пути, один из которых зависит, а другой не зависит от температуры. Предполагается, что восстановление фотохимически активного хлорофилла происходит преимущественно в ходе второй реакции. [c.65]