Пигменты перенос энергии

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]

Кванты, поглощенные пигментами антенны, переходят от молекулы к молекуле путем резонансного переноса энергии [c.337]

Рассмотренные выше процессы представляют собой внутримолекулярный перенос энергии. Возможен также и межмолекулярный перенос, когда энергия, поглощенная одним соединением (донором), передается другому соединению (акцептору). На переносе энергии возбуждения от донора к акцептору основано применение смесовых композиций люминофоров в дневных флуоресцентных пигментах и красках, люминесцентных красителях для полимерных материалов, в жидких и пластмассовых сцинтилляторах и оптических квантовых генераторах. [c.12]

Для того чтобы достичь этой цели, необходимо оценить относительную важность различных факторов, ограничивающих фотосинтез. Действие этих факторов определяется как внутренними фотобиологическими и физиологическими ограничениями,, так и теми характеристиками окружающей среды, которые сказываются на проявлении этих лимитирующих факторов. К числу таких важнейших факторов относятся индекс урожайности,, свет, СОг, вода, температура, питательные вещества, вредители и болезни, влияние кислорода и фотодыхание, темновое дыхание, ограничение скорости переноса электронов, содержание ферментов карбоксилирования, светособирающих пигментов,, диссипация энергии в побочных реакциях и скорость переноса веществ из хлоропластов. [c.49]

Первой стадией после поглощения видимого света фотосинтезирующей клеткой, которая содержит несколько форм хлорофилла, различающихся боковыми группами, каротиноиды и другие пигменты, является перенос энергии на два реакционных центра. Заслуга в обнаружении и доказательстве таких, содержащих хлорофилл, реакционных центров принадлежит Эмерсону, Коку, Витту и другим авторам [720—726]. Первый центр — система I — поглощает в далекой красной области спектра (Я, < 730 нм), а второй— система И — при более коротких длинах волн (Ж 700 нм). Перенос энергии возбуждения на эти центры был выведен на основе измерений квантового выхода [711] или поляризованных спектров флуоресценции [546, 712—714] и обсуждается в работах [6, 715-719]. [c.463]

Наиболее важной областью переноса энергии является перенос энергии в органических молекулах в ориентированных слоистых решетках, таких, как кристаллический пигмент хлорофилл. Эта область, которая включает в себя и фотопроводимость органических соединений, выходит за рамки настоящей книги. Недавние обзоры по этому вопросу можно найти в опубликованных трудах ряда симпозиумов. [c.258]

Фотоэффект в ZnO, сенсибилизованный хлорофиллом, его производными и фталоцианинами, составляет 30—50% от собственного фотоэффекта полупроводника, наблюдаемого в ультрафиолетовой области, что доказывает значительную эффективность переноса энергии от пигмента к полупроводнику. Очевидно, фотоэффект последнего локализован на поверхности. Спектр фотоэффекта в ZnO, сенсибилизованного бактериохлорофиллом (рис. 5, 1), содержит три максимума (780, 680 и 580 нм) и соответствует спектру поглощения раствора (рис. 5, 2), измеренного ранее [16]. Заметное изменение спектра сенсибилизации бактериохлорофиллом наблюдается после продолжительного пребывания образца на воздухе (рис. 5, 3) и вызвано, очевидно, окислением пигмента. [c.225]

К аналогичному выводу приводят наши измерения фотоэлектрических свойств конденсированных слоев тех же пигментов [17]. Эти измерения показывают, что при поглощении света появляется электронная вакансия, так называемая электронная дырка, перемещающаяся в слое от молекулы к молекуле путем обмена электроном между нижними уровнями. Оба механизма распространения — миграция кванта энергии по возбужденным им бирадикальным уровням и миграция электронной вакансии по нижним уровням путем своего рода эстафетного бега — должны учитываться в вопросах переноса энергии в агрегированных слоях органических пигментов. [c.427]

Эффективность и направленность миграции энергии по фотосинтетической пигментной матрице зависит как от характера локализации молекул пигмента в пределах данного пигмент-белкового комплекса (ПБК) (т. е. от расстояния между молекулами и их ориентации), так и от взаиморасположения различных ПБК в фотосинтетической мембране. Эти факторы в сочетании с различными условиями светового возбуждения могут привести к тому, что перенос энергии между разными группами пигментов будет происходить по разным физическим механизмам (см. 9-11 гл. ХП1) в пределах одной ФСЕ. Физические механизмы и пути миграции энергии связаны с особенностями молекулярной организации ПБК в фотосинтетических мембранах. Прогресс в изучении этих механизмов был достигнут на пути совершенствования препаративных методов выделения таких комплексов. [c.292]

Остается однако открытым вопрос, насколько велик вклад этого рекомбинационного свечения в общий выход флуоресценции при закрытых центрах. Поскольку квантовый выход разделения зарядов в состоянии PIQ мал из-за электростатического отталкивания электронов на 1 и Q , возможен также обратный перенос энергия от Р в антенну с испусканием флуоресценции. В целом считается, что затухание флуоресценции антенны ФС I характеризуется временем т 100 пс, а для ФС П это составляет т 300 пс. Обнаруживаемая короткоживущая компонента т 10 ПС отражает процесс миграции экситона в пределах одного пигмент-белкового комплекса. [c.300]

Между следующими донор-акцепторными партнерами (фикоэритрин — фикоцианин — хлорофилл, хлорофилл Ь — хлорофилл а, одна форма хлорофилла а или бактериохлорофилла а — другая) миграция энергии осуществляется по индуктивно-резонансному механизму при соблюдении правил Ферстера, обязательных для переноса этого типа. В то же время перенос энергии каротиноид -> хлорофилл а происходит, по-видимому, не по индуктивно-резонансному механизму, поскольку донор энергии практически не флуоресцирует, а по типу экситона или комплекса с переносом заряда. Миграция энергии с каротина на хлорофилл (50%-ная эффективность) воспроизводится в монослоях и пленках пигментов при достаточно тесном контакте молекул. [c.59]

Оказалось, что эффективность этого процесса одинакова в случае, когда свет поглощался гемом 410 нм) или белком (> 280 нм). Это говорит о миграции энергии возбуждения от белка на гем. Впоследствии были обнаружены многочисленные случаи переноса энергии между ароматическими аминокислотами в белках нуклеотидными основаниями, а также от белка на присоединенные к нему хромофорные люминесцирующие молекулы красителей. Примером миграции энергии, имеющей важнейшее биологическое значение, может служить перенос возбуждения от светособирающих молекул пигментов (хлорофилла) к реакционному центру в фотосинтетических мембранах. [c.117]

Разумеется, на пути к максимальной краткости нельзя обойтись без жертв, возможно не всегда оправданных. Некоторые аспекты проблемы хотелось бы видеть более полно и глубоко орвещенными. На наш взгляд, это в первую очередь касается первичных процессов фотосинтеза и в особенности вопроса о реакционных центрах фотосинтеза и механизме их действия. Фотосинтез как специфический фотоэнергетический процесс отличается от других биохимических темновых процессов прежде всего теми первоначальными звеньями, благодаря которым энергия кванта трансформируется в энергию химической связи. Это — поглощение квантов молекулами. пигмента, перенос энергии электронного возбуждения в фотосинтетической единице, разделение зарядов и первичная стабилизация энергии в реакционных центрах. Именно здесь, в этих звеньях, преодолеваются наибольшие и специфические для фотосинтеза трудности, связанные с необходимостью сопряжения столь различных процессов, как поглощение электромагнитного излучения и биохимические реакции. И современные исследования шаг за шагом вскрывают механизм этих процессов, показывая, каким образом природа преодолела эти трудности и, создав уникальную молекулярную организацию фотосинтетических единиц реакционных центров, обеспечила высокую скорость и эффективность запасания энергии света (увы, пока еще не достигнутые в искусственных фотохимических системах ). Неудивительно поэтому, что изучение первичных процессов и в особенности реакционных центров фотосинтеза — одно из наиболее быстро развивающихся направлений, успехи которого основаны на использовании самых современных физических методов исследования (в частности, сверхбыстрой (пикосекундной) лазерной спектроскопии) и па объединении идей целого ряда наук от молекулярной биологии до квантовой механики. Несомненно этим достижениям должно быть уделено большее внимание несмотря на те очевидные трудности, которые возникают при изложении физических аспектов фотосинтеза в кни- [c.6]

В качестве С., влияющих на первичные фотохим. процессы, используют в-ва, сильно поглощающие свет [напр., УФ абсорберы типа 2-гидроксибензофенонов, 2-(2-гидроксифе-нил)бензотриазолов и орг. пигменты-азосоединения, фталоцианины, тиоиндиго] или экранирующие добавки-непрозрачные для света белые и ли окрашенные вгва (напр., сажа, TiOj, MgO, ВаО, ZnO, F jOj, Сг Оз). Эти же процессы тормозят в-ва, способные тушить возбужденные состояния хромофорных групп в молекулах осн. в-ва или примесей по механизму переноса энергии ила электрона (напр., комплексы переходных металлов). С. этого класса эффективны, как правило, в ароматич. системах, в к-рых возбужденные частицы имеют большое время жнзни и где возможен перенос энергии на значит, расстояние. [c.298]

Фотосинтетические пигменты используют энергию света для переноса электронов и протонов от молекул воды к молекулам НАДФ и образования его восстановленной формы (НАДФН). Перенос электронов при этом сопровождается фосфори- [c.328]

В хлоросомах зеленых бактерий содержится весь бактериохлорофилл с, с1 или е (в зависимости от вида), а также небольшие количества бактериохлорофилла а, служащего промежуточным звеном при переносе энергии света от основного светособирающего бактериохлорофилла к бактериохлорофиллу а, локализованному в ЦПМ. С этой формы пигмента энергия света передается на модифицированную форму бактериохлорофилла а реакционного центра. Локализованные в хлоросомах светособирающие бактериохлорофиллы организованы в виде палочковидных структур диаметром 5 — 10 нм, расположенных параллельно длинной оси [c.274]

Перенос энергии возбуждения между люминофорами в МТСФ-смоле, но с участием 3-метоксибензантрона не в качестве акцептора, а как донора энергии, имеет место в растворах его смесей с родамином С и родамином 6Ж [25] — красителями, широко применяемыми при получении ДФП [1, И]. Оранжевокрасные пигменты, содержащие смесь 3-метоксибензантрона с родаминами С и 6Ш, обладают большой яркостью и служат для получения эмалевых [26 ], гуашевых [27] и темперных ДФК [28]. [c.203]

Сильный красный сдвиг полос каротиноидов, особенно фук0ксан-тола, ясно показывает, что эти пигменты образуют часть некоторого комплекса в хлоропласте и что связь становится особенно сильной, когда молекулы каротиноидов находятся в электронном возбуждении. Это обстоятельство может иметь отношение к переносу энергии электронного возбуждения от каротиноидов (особенно фукоксантола) к хлорофиллу. Вследствие этого в присутствии фукоксантола обнаруживается сенсибилизированная флуоресценция хлорофилла п vivo (см. гл. XXIV, стр. 225), и, вероятно, этим объясняется участие каротиноидов в сенсибилизации фотосинтеза (см. гл. XXX). [c.115]

В конце предыдущей главы мы упоминали о наблюдениях Арнольда и Оппенгеймера [73], которые обнаружили возрастание флуоресценции фикобилина при разрушении клеток hroo o us под водой, и объяснили этот эффект уменьшением вероятности переноса энергии от возбужденных молекул фикобилина к молекулам хлорофилла вследствие разбавления пигментов в растворе. [c.228]

Подробное обсуждение механизма переноса энергии между молекулами пигмента в хлоропластах выходит за пределы данной книги. Однако некоторые понятия, широко используемые в литературе по фотосинтезу, заслуживают разъяснения. Б начале 1950-х годов такой перенос энергии связывали обычно с индуктивным резонансом. Считалось, что этот относительно медленный перенос может происходить между слабо связанными друг с другом молекулами в растворе, например между молекулами хлорофилла Ь и хлорофилла а [259] (см. стр. 31). Позже, с развитием физики твердого тела, некоторые исследователи пришли к выводу, что молекулы хлорофилла расположены в двумерной молекулярной кристаллической решетке и ведут себя подобно полупроводнику. В таком случае соседние молекулы должны взаимодействовать так сильно, что их орбитали будут перекрываться. Миграция экситона (представляемого как электрон и положительно заряженная дырка, движущиеся вместе по решетке [187]) должна при этом происходить столь быстро, что приписать этот экситон в любой данный момент какой-либо определенной молекуле не представляется возможным. Арнольд и Шервуд [4] показали, что если высушенные хлоропласты сначала осветить при комнатной температуре, а затем нагреть до 140° С, то они будут излучать свет. Такого рода результаты подтверждают представление о том, что хлоропласты— это система, обладающая свойствами твердого тела. Описанные процессы происходили бы в полупроводнике, если бы часть возбужденных электронов захватывалась дефектами кристаллической решетки, а затем в результате поглощения кванта дальнего красного света освобождалась и попадала обратно в дырки. Аналогичные явления наблюдались в опытах со све-. жими суспензиями hlorella и листьями (по техническим причинам, однако, их не удалось исследовать количественно). Было высказано предположение, что такой же механизм лежит в основе очень слабого послесвечения, наблюдаемого в темноте при нормальной температуре после освещения зеленых тканей [285]. [c.49]

Вопрос о мультиплетности реакционноспособного электронновозбужденного состояния фотохимически активных форм пигментов (хлорофилла и бактериохлорофилла) до сих пор не решен. Времена жизни синглетного состояния хлорофилла в растворах находятся в пределах 10 — 10" с, а для триплетного составляют 10 с [35]. Часть исследователей придерживается мнения, что благодаря существенно большему времени жизни в фотохимической реакции принимает участие хлорофилл (бактериохлорофилл) в триплетном состоянии. По мнению других, уменьшение времени жизни синглетного состояния хлорофилла (бактериохлорофилла) 1п vivo по сравнению со временем жизни в растворе свидетельствует об участии именно этого состояния в фотореакции,. хотя при этом нельзя исключать в качестве альтернативного объяснения участие указанного состояния в синглет-синглетном переноса энергии. [c.24]

Данные, подтверждающие концепцию о существовании двух различных фотосистем, еще не позволяют оценить относительный вклад каждой фотореакции в общий процесс. Одно из слабых мест в схеме переноса электронов, представленной на фиг. 219,— допущение равного участия обеих фотосистем по одному фотону на эквивалент. Тогда возникает вопрос, как поглощенные кванты распределяются между двумя фотореакциями, так чтобы обеспечить образование первичных фотопродуктов в нужном соотношении Были выдвинуты две гипотезы. Согласно первой из них — так называемой гипотезе раздельной упаковки ( separate pa kage ), существуют две полностью раздельные фотосистемы, причем каждая из них имеет свой собственный набор пигментов. Передача энергии может происходить между пигментами данной системы, но не от одной системы к другой. По этой гипотезе выход может быть максимальным (т. е. усиление отсутствует) именно при тех длинах волн, при которых поглощение каждой пигментной системы и выходы отдельных фотореакций равны. Тогда анализ спектров действия, приведенных на фиг. 226 и 227, наводит на мысль, что вспомогательные пигменты, которые сенсибилизируют фотосинтез очень эффективно, почти поровну разделены между двумя системами (с фотосистемой II связано несколько больше пигмента). Обе системы содержат также одну или более форм хлорофилла а. У зеленых растений эти системы содержат примерно равное количество хлорофилла а, за исключением длинноволнового компонента, который сенсибилизирует только систему I. У сине-зеленых и красных водорослей система I содержит значительно больше хлорофилла а, чем система II. Такое несоответствие приводит к тому, что не все фотопродукты системы I находят партнеров по реакции из системы II, и, следовательно, общая эффективность в той области, в которой в основном поглощает хлорофилл, будет низкой. [c.570]

Гетерогенный перенос энергии наблюдается в случае сенсибилизированной флуоресценции, когда квант света, поглощенного одним пигментом, излучается в виде флуоресценции другого пигмента, легко различимого по его иному положению в спектре. Сенсибилизированная флуоресценция в фотосинтезирующих клетках была впервые открыта Дут-тоном (1943) в диатомовых водорослях Nitzs hia, где квант света, абсорбированный каротиноидом-фукоксантолом, был способен вызывать флуоресценцию хлорофилла а почти с таким же выходом, как при поглощении света самим хлорофиллом. [c.318]

Компактные слои хлорофилла, хлорофиллидов, феофитина и фталоцианинов показывают внутренний фотоэффект, обязанный движению положительных дырок в слое. Все эти пигменты, так же как бактериохлорофилл, гематопорфирин, гематин, адсорбированные в дисперсной, мономолекулярной форме на электронных полупроводниках (ге), таких как ZnO, HgO, SnO и т. д., сенсибилизуют последние к длинноволновому излучению, поглощаемому пигментом. Этот эффект приписан переносу энергии к электронным ловушкам на поверхности полупроводника. [c.221]

Тот факт, что пигмент-сенсибилизатор в коллоидальном состоянии, обладающий дырочной фотопроводимостью, может сенсиби-лизовать и-полупроводник (как, например, ZnO) с чисто электронной проводимостью, представляется нам аргументом в пользу переноса энергии экситонами к электронам, захваченным на поверхности полупроводника. Трудно представить, как при недостатке подвижных электронов в сенсибилизаторе могут возникнуть электроны в зоне проводимости ZnO. Напротив, перенос энергии экситонами в коллоидальной частице фталоцианина Mg находится в согласии с известной миграцией экситонов в органических кристаллах и фотографических пигментах-сенсибилизаторах, осажденных на AgBr [15]. [c.225]

Весьма важно, что если хлорофилл адсорбируется в агрегированной форме из его коллоидного раствора, го спектр действия воспроизводит спектр поглощения коллоидной частицы. Это означает, что квант энергии возбуждения, поглощенный какой-либо из молекул в агрегате, доходит до носителя коллоидной частицы — полупроводника—без деградации. Для фталоцианина магния, адсорбированного из концентрированного ацетонового раствора, как было показано ранее Пуцейко и автором [21 ], эффект переноса энергии от агрегата молекулы полупроводнику еще более значителен. А именно, если увлажнить адсорбат, то появляется интенсивный максимум поглощения и фотоэффекта у 800 нд1, образующийся за счет понижения максимума 680 нм мономерной формы пигмента. Этот максимум обязан агрегатам или ассоциатам молекул адсорбированного пигмента с участием молекул воды. Он наблюдается и в концентрированном ацетоновом растворе фталоцианина магния при его незначительном увлажнении. [c.428]

Структурная организация пигмент-белковых комплексов антенны. Структурная организация светособирающих пигмент-белковых комплексов (ССПБК) определяет их функционирование в фотосинтетической мембране. Эти комплексы являются основными компонентами, обеспечивающими перенос энергии к РЦ фотосинтеза и ее перераспределение между фотосистемами. [c.286]

Совокупность полученных экспериментальных данных показывает, что во всех случаях свет поглощается большой массой антенных пигментов и энергия возбуждения быстро передается на реакционные центры. Перенос энергии возбуждения между ближайшими молекулами пигментов антенны происходит за 0,2-5 пс. Процесс несколько замедляется при переносе энергии между различными ПБК, отличающимися взаиморасположением. Время между поглощением фотонов антенной и фотохимическим захватом энергии составляет для фотосистемы I и бактериальных комплексов 50-100 пс, в то время как для ФС П — около 300 пс. Такая разница во времени связана со структурной организацией фотосистем, благодаря которой ФС П обладает более мелкой энергетической ловушкой по сравнению с ФС I. Это означает, что первичный донор ФС П Р 680 (см. 4, гл. ХХУП) энергетически ближе к антенным компонентам, донирующим энергию непосредственно на РЦ, чем первичный донор ФС I Р 700. Расчеты показывают, что энергетический зазор между Р 680 и максимумом поглощения антенных компонентов ФС П составляет около 0,5 кТ, в то время как для ФС I — около 2,5 кТ. Кроме того, процесс захвата энергии РЦ ФС П в отличии от РЦ ФС I обратим и таким образом необходимое для такого захвата время 300 пс оказывается больше, чем время для первого попадания энергии возбуждения в РЦ ФС П и больше, чем требуется для захвата возбуждения РЦ ФС I. Это может означать, что энергия возбуждения достигает первичного донора обеих фотосистем примерно с одинаковой скоростью (за 50-100 пс). [c.293]

Возможность регистрировать быстрые изменения абсорбции (т < 50 фс) используется для непосредственного изучения миграции энергии возбуждения между пигментами светособирающей антенны. Рассмотрим, например, перенос энергии в ССК П пурпурных бактерий Бхлзоо Бхл85о. Нри возбуждении и образовании Бхлдоо происходит обеднение основного уровня этой формы и, как следствие, уменьшение поглощения (выцветание) ее полосы при 800 нм. Но мере миграции [c.345]

Таким стразом, в комплексе В8Ю—850 перенос энергии между триплетными уровнями каротиноида н бактериохлорофилла практически не зависит от типа каротиноида и контролируется в основном пигмент-бе- шовым взаимодействием. Иная ситуация имеет место в случае синглетного переноса энергии в реакционных центрах, вьщеленных из R. тЬтт [1581. который зависит от типа присутствующего в реакционном центре каротиноида. [c.300]

В последние годы широко обсуждается вопрос об эк-ситонном и полупроводниковом механизмах миграции энергии между молекулами хлорофилла а в пределах одной фотосинтетической единицы. Кроме теоретических предпосылок, стимулом к этому явилось обнаружение у изолированных пигментов фотопроводимости и полупроводниковой фототермолюминесценции, а также эффекта фотопроводимости у пленок сухих хлоропластов. Однако низкие значения квантового выхода фотопроводимости сухих хлоропластов (10 —10 ) ставят под сомнение биологическую значимость переноса энергии по полупроводниковому механизму. Хотя эта величина возрастает до 10 —10-2 после учета малого времени жизни носителей заряда, отсутствие фотопроводимости во влажных пленках хлоропластов оставляет вопрос о полупроводниковой миграции энергии in vivo открытым. [c.60]

Наряду с рассмотренными внутримолекулярными процессами миграции энергии белковым системам свойствен также межмолекулярный перенос энергии. Такой перенос может осуществляться между ароматическими аминокислотами белков и простетическими группами НАДНг, ФАДом, гемом, ретиналем, билитрие-нами, витаминами, пигментами, хлорофиллом, каротиноидами и т. д. [c.256]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология