Фотохимический окислительно-восстановительный процесс в фотосинтезе

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]

Марганец входит в состав ферментов оксидаз. Исследованиями установлено, что он является наиболее существенным фактором в дыхательной системе растений. При нитратном азоте марганец действует как восстановитель, а при аммиачном — как сильный окислитель. Но в обоих случаях при наличии марганца интенсивность окислительно-восстановительных процессов, и синтез органических веществ в растении значительно возрастают. В процессе фотосинтеза марганец играет специфическую роль в гидрировании кислорода в перекись водорода. Считают, что в реакции фотохимического расщепления воды, в которой выделяется водород (НгО- Н + ОН), марганец играет активную роль соединяясь с гидроксилом, он препятствует образованию воды, [c.302]

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]

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]

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]

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]

Окислительно-восстановительные процессы играют особую роль в жизнедеятельности клетки и биосферы, так как именно они лежат в основе клеточного биосинтеза и биоэнергетики. Фотосинтез — процесс фотохимического восстановления. Он состоит из большого числа стадий ключевыми среди них являются окислительно-восстановительные стадии. Результат этих реак- [c.211]

Рассмотрим теперь различные специфические объяснения фотохимического окислительно-восстановительного процесса в фотосинтезе. [c.158]

Особо необходимо отметить работы (кад. А. И. Теренина и А. А. Ерасновского по изучению окислительно-восстановительных фотохимических превращений хлорофилла, указывающих на возможный механизм участия этого пигмента в процессе фотосинтеза. [c.13]

За последние десятилетия в СССР и за рубежом выполнены новые важные исследования механизма фотосинтеза. Установлено, что выделяющийся при фотосинтезе кислород получается из воды, а не из двуокиси углерода, как считали ранее. Таким образом, фотосинтез есть окислительно-восстановительный процесс, в ходе которого вода разлагается, выделяя кислород. Фотохимическая стадия фотосинтеза заключается в поглощении молекулой хлорофилла ( СЫ) одного кванта света, в результате чего хлорофилл переходит в восстановленное состояние (работы советских ученых А. Н. Теренина, А. А.Красновского) [c.121]

Фиг. 19. Фотосинтез с двумя первичными фотохимическими процессами в виде окислительно-восстановительной реакции между тремя промежуточными катализаторами.

В основе процессов фотохимического разложения воды лежат реакции межмолекулярного переноса электронов, т. е. электронные окислительно-восстановительные реакции. Молекулы поглощающего свет красителя, переходя в электронно-возбужденное состояние, становятся одновременно и очень хорошими донорами, и очень хорошими акцепторами кислорода. В результате этого энергия кванта света вначале переходит в энергию электронного возбуждения молекулы красителя, а затем в энергию разделенных электрических зарядов. Именно превращение энергии кванта света в энергию разделения зарядов обеспечивает фотосинтез и фоторазложение воды. [c.336]

Химические реакции, влекущие за собой дисмутацию энергии , несомненно, встречаются и у хемосинтезирующих бактерий, у которых несколько молекул сравнительно слабого восстановителя используется для образования молекулы (или радикала), способного реагировать с двуокисью углерода. Эта аналогия с хемосинтезом и является главным основанием для введения понятия дисмутация энергии в обсуждение механизма фотосинтеза. Эта концепция делает возможным принять только один тип первичного фотохимического процесса, даже если число таких процессов больше числа элементарных окислительно-восстановительных актов (водородные переносы или электронные переносы), требующихся для завершения основной реакции. [c.171]

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]

Такие окислительно-восстановительные процессы представляют большой интерес, поскольку они, безусловно, играют роль в процессе фотосинтеза [59] и Р1меют техническое значение в связи с выцветанием красителей. Не-входя в подробности этого вопроса, отметим, что выцветание большинства красителей, очевидно, включает фотоипдуцируемую реакцию с субстратом, на который они нанесены, так как скорости выцветания залгетпо меняются па различных тканях (а также в зависимости от влажности), причем многие красители вызывают таюке заметное фотохимическое разрушение молекул волокна. [c.441]

В теории Франка и Херцфельда (а также и в некоторых других теориях первичного процесса) один из участников фотохимического окисления — восстановления отождествляется с хлорофиллом. Мы устранили всякие ссылки на хлорофилл из схем этой главы, чтобы не нарушать их общности. Химическая функция хлорофилла в фотосинтезе и его возможное отождествление с промежуточными окислительно-восстановительными катализаторами в схеме, представленной на фиг. 15, будут обсуждены в главе XIX. [c.160]

К ресинтезу углеводов, или это чисто окислительный процесс. Если признать правильность теории, доказывающей, что все восстановительные ступени фотосинтеза между комплексами СО ) и Н СО должны быть фотохимическими (см. фиг. 20), то темновое превращение яблочной или лимонной кислоты в углеводы кажется невозможным. Уровни восстановленности этих кислот меньше единицы, т. е. они не могут превращаться в углеводы без доступа энергии. Но мы уже рассматривали в главе VH схемы реакций, в которых лишь первая ступень восстановления двуокиси углерода использует световую энергию, а энергия, нужная для последующих ступеней восстановления, доставляется дисмутациями. Таким образом, яблочная и лимонная кислоты могли бы восстанавливаться до углеводов и без помощи света, если часть их будет одновременно окисляться. Подобная энзиматическая дисмутация считается возможной [179] она поддерживается фактом, что дыхательный коэффициент суккулентов во время темнового разрушения кислот часто значительно выше чем 1,33, т. е. величины,. соответствующей сжиганию яблочной кислоты 1212J. В случае чистой дисмутации этот коэффициент должен обратиться в бесконечность. В связи с этими рассуждениями можно привести и другие экспериментальные данные. На стр. 271 указывалось, что в опытах по образованию водорослями крахмала в темноте могли использоваться, как правило, только вещества с i >-1 однако оказалось, что существуют некоторые исключения. [c.276]

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]

Изучение компонентов фотосинтетической цепи транспорта электронов так же, как и первичных продуктов фотохимической реакции, проводится с помощью обладающих высокой чувствительностью спектральных методов (абсорбционная дифференциальная спектрофотометрия, импульсная спектрофотометрия). Многие уча-ствуицие в процессе фотосинтеза переносчики электронов при окислении или восстановлении меняют спектр поглощения. Вышеуказанные методы позволяют определять вызванные светом небольшие обратимые изменения в поглощении света организмами in vivo которым можно судить о наличии, состоянии и характере индуцированных светом окислительно-восстановительных превращений данного соединения. Некоторые интермедиаты определяют по изменениям в спектре флуоресценции. [c.172]

По существу первичный фотохимический процесс фотосинтеза можно отнести к окислительно восстановительной реакции с переносом электронов (или водородных атомов) от донора (НгО) к акцептору— ТФПН, который выступает в качестве переносчика водорода к СОг- Так как разность между редокс-потенциалами пар [c.464]

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]

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]

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]

Энергия, поглощенная системой II, используется для синтеза АТФ. Система I расходует энергию солнечного света для обеспечения окислительно-восстановительных синтезов. При взаимодействии этих двух фотохимических систем при фотосинтезе протекают следующие процессы синтез АТФ и синтез глюкозы из СО2 и Н2О с выделением кислорода [7, 9, 12, 16, 25, 26] (рис. 29). Фотосистемы I и II объединены в агрегат. Предполагают, что полный набор пигментов и переносчиков электронов систем I и II и связанные с ними липиды объединены в структурно-функ-циональный комплекс, названный квантосомой [3]. Такого рода комплексы обнаружены в мембранах хлоропластов. [c.427]

С точки зрения окислительно-восстановительных потенциалов, процесс фотосинтеза сводится, следовательно, к фотопереносу электрона воды с потенциалом о=+0,8 v на молекулу НАДФ с потенциалом Ео— —0,35 V. Механизм фотохимической реакции фотолиза воды остается еще невыясненным, однако уже сейчас можно считать, что он включает несколько последовательных окислительно-восстановительных реакций и обязательное участие ионов марганца. Так, например, было установлено, что потребность водорослей в марганце при автотрофном (световом) питании Б 100—1000 раз выше, чем при гетеротрофном (тем-новом). [c.155]

Фотосинтез потребовался бактериям, когда были израсходованы имевшиеся сначала запасы окислительно-восстановительных соединений, нужных для энергетического метаболизма (8, А). Нарастала необходимость <в пополнении запасов полезных восстановителей и окислителей фотохимическим путем либо из бесполезных веществ, имевшихся в среде с самого начала, либо ИЗ отходов, оставшихся после экзергонических окислительно-восстановительных реакций. Тогда фотопродукты могли бы снова реагировать и давать лри этом высокоэнергетичеокие соединения типа АТФ. Это происходило, видимо, в процессах, включающих фосфорилирование на уровне субстрата на этой стадии не было других способов синтеза АТФ. [c.101]

Восстановительный пентозофосфатный цикл является основным механизмом автотрофной ассимиляции углекислоты. Последняя у большинства фотосинтезируюших эубактерий восстанавливается с помощью фотохимически образованной ассимиляционной силы — АТФ и восстановителя. Однако и АТФ, и восстановитель (НАДФ Н2 или НАД Н2) образуются в разных метаболических путях. Поэтому нельзя рассматривать восстановительный пентозофосфатный цикл ассимиляции СО2 строго привязанным только к фотосинтезу. У большой группы хемоавтотрофных эубактерий этот путь фиксации СО2 сочетается с темповыми окислительными процессами получения энергии. Важно отметить только, что это основной путь ассимиляции СО2, если последняя служит единственным или главным источником углерода. [c.296]

Уравнение (6.12) показывает, что хемосинтетическое восстановление двуокиси углерода у адаптированных водорослей требует наличия энзиматической связи между системой гидрогеааза — оксидаза на окислительном конце первичного фотохимического процесса и каталитической системой на восстановительном конце первичного процесса, которая осуществляет восстановление двуокиси углерода при фотосинтезе. [c.148]

В этих восьмиквантовых схемах первичный фотохимический процесс можно тоже помещать или на окислительном , или на восстановительном конце (или и там и тут), или же где-либо посредине. На фиг. 19 и 21 представлен последний вариант как наиболее общий. Мы считаем эти схемы наиболее удобной отправной точкой для поисков истинного химического механизма фотосинтеза. Схема, изображенная на фиг. 19, предложенная ФранкоА и Херцфельдом [26], представляет возможное развитие схемы, изображенной на фиг. 15. [c.160]

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]

Положение упрощается, если мы опять используем механизм Франка и Герцфельда (т. I, фиг. 20), в котором окислитель A Og и восстановитель A HgO принадлежат к светочувствительному комплексу и участвуют в первичном фотохимическом процессе, например так, как указано в уравнении (28.15). В этом случае сама первичная обратная реакция (детаутомеризация) становится конкурентом завершающим темновым реакциям, и поэтому можно принять, что роль катализатора Ев заключается в том, чтобы помешать этой реакции разрушить фотопродукты. Эта точка зрения была использована Франком и Герцфельдом [104] при разработке и уточнении кинетических уравнений фотосинтеза. Их вывод был усложнен предположением о наличии четырех последовательных (различных) фотохимических стадий на восстановительной стороне и альтернативных четырех (одинаковых) фотохимических стадий на окислительной стороне . Предполагалось, что продукт каждой из этих стадий требует стабилизации тем же катализатором В для предохранения от обратного превращения путем темновой реакции. Не пытаясь представить здесь вывода Франка и Герцфельда, мы используем более простой механизм, позволяющий применить ту же основную концепцию о первичной обратной реакции как причине светового насыщения. Этот механизм похож на приведенный в уравнении (7.13) в т. 1, но более прост, благодаря замене двух стадий (7.13а) и (7.136) на единственную первичную фотохимическую стадию. Схема реакций будет следующей [c.468]