Хлорофилл, возбуждение свето

Механизм защитного действия каротиноидов у фотосинтезирующих организмов заключается в следующем (рис. 88). Молекула хлорофилла, поглотившая свет, быстро (10 с) переносит энергию синглетного возбужденного состояния в реакционный центр. Из Ю поглощенных квантов света приблизительно 4 приводят к переходу молекулы хлорофилла в возбужденное триплетное состояние. Возникает возможность фотодинамического поражения. Каротиноиды могут участвовать в трех защитных реакциях 1) непосредственно тушить триплетное состояние хлорофилла, переводя его в основное состояние (рис. 88, А) возникающая при этом триплетная молекула каротиноида отдает избыточную энергию в виде тепла и возвращается в основное состояние 2) триплетный хлорофилл не гасится каротиноидами происходит его взаимодействие с О2, переводящее последний в возбужденное синглетное состояние синглетный кислород гасится каротиноидами (рис. 88, Б) 3) синглетный кислород, не подвергшийся гашению каротиноидами по физическому механизму, может взаимодействовать с ними в химической реакции, приводящей к окислению каротиноидов. Участие каротиноидов в любой из трех описанных выше реакций будет снижать уровень образования в клетке 0 . [c.339]

Действительно, общий цикл обмена веществом и энергией для живых организмов можно упрощенно представить как инициирующее этот цикл образование сложных молекул типа углеводов из СО2 и воды в ходе фотосинтеза растений с последующей деградацией продуктов фотосинтеза вновь до СО2 и воды в процессах дыхания в рассматриваемом организме. При этом уменьшение энтропии происходит только в момент электронного возбуждения молекулы хлорофилла за счет поглощения фотосинтезирующими организмами носителей чистой свободной энергии — квантов солнечного света, в результате чего становится возможным протекание первичных фотосинтетических реакций образования энергоемких веществ. Все происходящие далее биохимические процессы носят необратимый характер и идут только с увеличением [c.297]

В световой стадии хлорофилл, поглотив квант света, переходит в возбужден- [c.177]

Эти два соединения, хлорофилл и гем, играют важнейшую роль в сложном механизме поглощения солнечной энергии и ее превращении для использования живыми организмами. Мы уже знаем, что характерным свойством комплексов переходных металлов является наличие нескольких близко расположенных -уровней, что позволяет им поглощать свет в видимой области спектра и придает окраску. Порфириновый цикл вокруг иона Mg в молекуле хлорофилла выполняет такую же роль. Хлорофилл в растениях поглощает фотоны видимого света и переходит в возбужденное электронное состояние (рис. 20-22). Эта энергия возбуждения может инициировать цепь химических реакций, приводящих в конце концов к образованию сахаров из диоксида углерода и воды [c.255]

Ф. Перрен [18] впервые измерил поляризацию красной флуоресценции хлорофилла при возбуждении светом разных длин волп и определил углы между осциллятором излучения и различными осцилляторами поглощения. Поляризация, в частности, получилась положительной при всех длинах волн возбуждения. [c.345]

А == 436 мц или 450 мц, т. е. светом, поглощаемым только хлорофиллом и каротиноидами, флуоресцирует только один хлорофилл. Полосы фикобилина появляются при возбуждении светом Х==.470, 490 и 546 мц однако несмотря на то, что большая часть падающего света в этом случае поглощается фикоэритрином, флуоресценция хлорофилла остается интенсивной. [c.222]

Когда молекула хлорофилла или другого фотосинтетического пигмента поглощает свет, говорят, что она перешла в возбужденное состояние. Энергия света используется для перевода электронов на более высокий энергетический уровень. Энергия света улавливается хлорофиллом и преобразуется в химическую энергию. Возбужденное состояние хлорофилла неустойчиво, и его молекулы стремятся вернуться в обычное (устойчивое) состояние. Например, если через раствор хлорофилла пропустить свет, а затем понаблюдать за ним в темноте, то мы увидим, что [c.261]

Дыхательная цепь — это последовательная цепь ферментов,, осуществляющая перенос атомов водорода и электронов от окисляемых субстратов к молекулярному кислороду. В дыхательной цепи реализуется электрохимическая разность потенциалов, созданная на мембране первичными генераторами ДцН+, в синтез АТФ из АДФ и неорганического фосфата. У животных этот процесс осуществляется в результате окисления субстратов белками дыхательной цепи, у растений — при переносе электрона хлорофилла, возбужденного квантом света, к воде. [c.127]

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]

За счет поглощаемой энергии солнечного света проходит важнейший на нашей планете фотохимический процесс — синтез углеводов и образование молекулярного кислорода из СО и HjO. Свет поглощается специальным пигментом — хлорофиллом. Последний переходит в электронно возбужденное состояние и отдает свой электрон, который с помощью сложной цепочки биохимических превращений восстанавливает СО j [c.288]

За счет поглощаемой энергии солнечного света проходит важнейший на нашей планете фотохимический процесс — синтез углеводов и образование молекулярного кислорода из СОа и НгО. Свет поглощается специальным пигментом — хлорофиллом, который переходит в электронно-возбужденное состояние, и с этого начинается цепочка реакций, приводящая в конечном итоге к восстановлению углекислого газа до глюкозы. Суммарное уравнение реакции можно записать в виде [c.370]

Для образования одной молекулы глюкозы, согласно этому уравнению, 24 раза должно произойти поглощение света хлорофиллом, и каждый раз хлорофилл отдает свой возбужденный электрон на восстановление СОг. Отдав свой электрон, хлорофилл приобретает свойства окислителя и стремится получить электрон обратно. Получает он электрон от молекулы воды с помощью сложной цепочки реакций, рассматриваемых в специальных курсах биохимии. Итоговое уравнение этой цепочки можно записать [c.370]

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]

Железо-серные ферменты-это еще один важный класс железосодержащих ферментов, участвующих в переносе электронов в клетках животных, растений и бактерий. Железоч ерные ферменты не содержат гемогрупп они характеризуются тем, что в их молекулах присутствует равное число атомов железа и серы, которые находятся в особой лабильной форме, расщепляющейся под действием кислот. К железо-серным ферментам относится, например, ферредок-син хлоропластов, осуществляющий перенос электронов от возбужденного светом хлорофилла на разнообразные акцепторы электронов (гл. 23). Дальше (разд. 17.8) мы увидим, что в реакциях переноса электронов в митохондриях участвуют другие железо-серные ферменты. [c.295]

Тушение флуоресценции хлорофилла посредством кинетических встреч с окислителями с большой вероятностью можно объяснить окислением (обратимым) возбужденной молекулы хлорофилла тушителем, повидимому путем той же реакции, которая имеет место в случае обратимого выцветания хлорофилла на свету (см. т. I, стр. 490, и гл. XXXV). Таким образом, опыты с тушением подтверждают неоднократно упоминавшуюся нами способность хлорофилла выступать в роли фотохимического восстановителя (в гл. XXXV будут представлены доказательства того, что он может также действовать и как фотохимический окислитель). [c.198]

Дайсенс в 1952 году обнаружил люминесценцию хлорофилла а у красных и сине-зеленых водорослей за счет миграции энергии от фикобилинов. Интересно, что квантовый выход люминесценции в этом случае был даже больше, чем при непосредственном возбуждении светом самих молекул хлорофилла а. По-видимому, имеются молекулы хлорофилла а, расположенные вблизи от молекул фикобилинов и удаленные от них (слабо флуоресцирующие). [c.147]

В IOTOреакции I электрон, удаленный от возбужденной светом молекулы хлорофилла, приводит к восстановлению ферредоксина, образованию HAHi.Hg. Положительно заряженная молекула хлорофилла воспринимает электрон от близлежащих доноров, первым из которых предполагается цитохром t (по некоторым работам, пластоцианин), [c.167]

Ассимиляция солнечной энергии, т.е. превращение световой энергии в химическую, стартует с поглощения кванта света светособирающими молекулами (антеннами) на поверхности мембраны. Электронное возбуждение безизлучательно передается специальным молекулам внутри мембраны - димерам хлорофилла. Эти димеры хлорофилла входят в состав молекулярных образований, которые называются РЦ фотосинтеза. РЦ фотосинтеза - это достаточно жесткий молекулярный комплекс (молекулярный аппарат). Далее в РЦ происходит процесс разделения зарядов возбужденный димер хлорофилла отдает электрон первичному акцептору электрона. Этот процесс происходит в пикосекундном диапазоне времен. Например, в РЦ пурпурной бактерии в качестве первичного акцептора выступает бактериофеофитин, электрон живет сотни пикосекунд на фео-фитине и переносится на первичный хинон Рд. [c.106]

Недавние исследования показали, что хлорофилл а находится в живой клетке по меньщей мере в трех различных формах, имеющих различные фотохимические функции. Уже давно было замечено, что ширина красной полосы хлорофилла 11 vivo говорит о его комплексной структуре. Абсорбционные кривые зеленых клеток или суспензий хлоропластов часто кажутся имеющими несколько максимумов. Эмерсон и другие показали, что поглощаемый в пределах спектра зеленых водорослей, т. е. в длинных волнах ( 700 ммк) хлорофилла а, свет дает понижение выхода фотосинтеза, но эффективность повыщается, если длинноволновая часть спектра сопровождается более короткими волнами. Из этого эффекта они заключили, что в фотосинтезе принимают участие две различные фотохимические реакции одна — сенсибилизованная хлорофиллом а, другая — хлорофиллом Ь (при 650 ммк). Были предложены различные гипотезы для объяснения того, как происходит кооперирование двух световых реакций при фотосинтезе. Действительный спектр этого второго эффекта Эмерсона был найден соответствующим кривой, показывающей процент всего абсорбированного света некоторыми добавочными пигментами. Было сделано заключение, что в дополнение к возбуждению хлорофилла а фотосинтез нуждается в возбуждении одного из добавочных пигментов если хлорофилл а становится единственным абсорбентом, то понижается выход фотосинтеза. [c.320]

Несмотря на большое значение, которое представляет знание длительности возбужденного светом состояния молекулы хлорофилла для изучения первичных фотохимических процессов при фотосинтезе, до настояш его времени не было проведено измерений этого времени наиболее надежными прямыми методами [1]. Время жизни х возбужденных молекул хлорофилла было оценено Перреном [2] и Ступпом и Куном [3] с помоп1 ью измерений относительной степени поляризации флуоресценции в растворителях различной вязкости. Полученные значения (3-10 и 1.5 X Х10 сек.), деленные на известный квантовый выход (приблизительно 0.25) позволяют оценить верхний предел естественного времени жизни 0 хлорофилла в растворах. Это последнее может [c.414]

Как уже указывалось, пространственное разделение восстановленных и окисленных при непосредственном участии возбужденного светом хлорофилла веществ имеет актуальное значение для осуществления процесса фотосинтеза. Это оказывается возможным лищь при наличии определенных биологических структурных компонентов — хлоропластов. Именно при помощи хлоропластов оказалось возможным проведение внеклеточного фотосинтеза. [c.337]

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]

Столь же велика роль железа в процессах фотосинтеза и дыхания растений. В ферредоксинах, белках хлоропластов, содержащих кубические кластеры типа Ге484 (см. рис 20.7), железо, благодаря легкости превращения Ге + в Ге + служит электрическим мостом, по которому электрон переходит от возбужденного светом хлорофилла к окислителям. [c.556]

Но кроме таких радикалов с одним непарным электроном, выяснилось огромное значение, которое приобретают для химии сложных органических систем радикалы иного типа, обладающие не одним непарным электроном, а двумя неспаренными свободными электронами, или так называемые бирадикалы. На это указывает ряд фактов, начиная от общеизвестного явления фосфоресценции, т. е. длительного свечения органических соединений при низких температурах, и кончая парадоксальными фактами, показывающими, что возбужденные светом и флуоресцирующие молекулы красителей не являются фотохимически-активными. В частности, хотя испускание света флуоресценции хлорофиллом в растворе имеет ничтожный выход, тем не менее он проявляет большую фотохимическую активность. В опытах Э. В. Шполь-ского был установлен факт отсутствия параллелизма между тушением флуоресценции красителей и их фотохимической активностью. Оказалось, что именно те молекулы, которые поглотили свет, но не испускают его, являются наиболее активными-Под действием кванта поглощенного света молекула красителя переходит в возбужденное состояние, из которого она может вернуться обратно с испусканием кванта света флуоресценции. Эт верхнее состояние есть обычное возбужденное состояние, с которым до сих пор всегда оперировали, когда говорили о фотоактивировании красителей. Однако это возбужденное состояние-весьма кратковременно, оно имеет нормально длительность порядка 1/100000000 сек. Теперь мы знаем, что из этого возбужденного состояния молекула красителя в конденсированной фазе охотно переходит в более низкое электронное состояние, в котором два спаренных валентных электрона распариваются , т. е. молекула делается двухвалентным радикалом, иначе говоря — бирадикалом, существующим в течение времени уже порядка 1 сек., т. е. переходит в состояние, в 100 ООО ООО раз более длительное, чем обычное возбужденное состояние, с сохранением значительной доли поглощенной первоначально энергии света. [c.350]

Рассмотрев реакции связывания углерода, вернемся теперь к вопросу о том, как в процессе фотосинтетического переноса электронов, протекающем в хлоропласте, образуются АТР и NADH, необходимые для синтеза углевода из СО2 и Н2О (см. рис. 7-41). Необходимая энергия извлекается из солнечного света, поглощаемого молекулами хлорофилла (рис. 7-46). Процесс преобразования энергии начинается с возбуждения молекулы хлорофилла квантом света (фотоном), сопровождающегося переходом электрона на более высокий энергетический уровень. Такая возбужденная молекула нестабильна и стремится вернуться к исходному состоянию одним из трех способов 1) в результате превращения избыточной энергии в тепло ( в молекулярное движение), либо в тепло и свет с большей длиной волны ( флуоресценция) в том случае, когда лучистая энергия поглощается отдельной молекулой хлорофилла в растворе 2) в результате передачи энергии (но не электрона) непосредственно соседней молекуле хлорофилла при помощи процесса, называемого резонансной передачей энергии или 3) путем передачи высокоэнергетического электрона одной из ближайших молекул (акцептору электрона) и возвращения в первоначальное состояние в результате принятия низкоэнергетического электрона от какой-то другой молекулы (донора электрона, рис. 7-47). Последние два механизма играют ключевую роль в фотосинтезе. [c.467]

СОг ДО уровня углевода. АТР и NADPH представляют собой продукты световых реакций фотосинтеза все остальные соединения образуются в ходе темновых реакций. Молекула воды быстро разлагается, когда возникший в результате ионизации ион ОН" переносит электрон на возбужденную светом молекулу хлорофилла фотосистемы II, отдавшую один из своих собственных электронов образовавшийся свободный радикал, ОН, распадается с выделением кислорода. [c.139]

В состав молекулярного комплекса входят порфирнн (по своему составу родствен хлорофиллу), поглощающий свет хинон, захватывающий возбужденные в порфирине электроны р-каротин, который пополняет электронами дырки , образующиеся в порфирине в результате захвата хиноном возбужденных электронов, а также расширяет область длин воли в корот- [c.191]

Энергия восьми молей квантов фотонов красного света при 680 нм равна 8-42 = 336 ккал, При сжатии в калориметре одной грамм-молекулы СЯгО выделяется 672/6=112 ккал. Следовательно, превращение энергии света в тепловую энергию осуществляется с эффективностью 112/336, или 337о- Это максималь-гю возможная эффективность фотосинтеза иа молекулярном уровне. Наибольшее количество энергии теряется при прев раще-нии световой энергии в ассимиляционную силу (АТР-ЬНАОРНг). Можно считать, что при возбуждении хлорофилла энергия света не теряется или почти не теряется (разд. 4.16), и, как было показано выше (разд. 2.12), полагать, что на генерацию ассимиляционной силы расходуется 125 ккал. Реальная эффективность фотосинтеза иа молекуля рном уровне значительно ниже, чем приведенная максимальная величина. Квантовый расход может быть равен восьми, однако скорее всего он равеи все-таки 10. Кроме того, квантовый расход примерно одинаков для разных участков спектра, что связано с малым временем жизни хлорофилла в возбужденном состоянии при освещении его синим светом (разд. 4.16). Соответственно фотосинтез при синем свете с большой энергией квантов значительно менее эффективен. Даже если принять среднее значение энергии фотона в видимой области спектра равным 3,5-10 2 эрг-фотон ( = 50 ккал) (ср., разд. 3.5) и квантовый расход равным 10, то эффективность уменьшается от 33 до 22%. Если считать, что на долю ФАР приходится 50% всего солнечного света (видимый свет- -Уф- -ИК ИТ. д.), то эта величина составит лишь 11%. [c.44]

Движущей силой цикла Кальвина - Бенсона являются световые реакции. Солнечный свет поглощается молекулами хлорофилла (см. рис. 20-21), в которых имеется кольцо сопряженных атомов углерода с делокализованными электронами, окружающее атом магния. Молекула хлорофилла одного типа расположена в фотоцентре, или в ловушке, где и осуществляется химическая реакция, а другие хлорофиллы и родственные сопряженные молекулы окружают фотоцентр и играют роль антенн , поглощающих фотоны света и передающих электронное возбуждение к молекулам фотоцентра. [c.336]

Опыт показывает, что иногда фотохимические процессы осуществляются под действием излучения, хотя оно совершенно не поглощается реагирующими веществами. Казалось бы, в данном случае имеет место отступление от закона Гроттуса. Однако исследования показали, что эти реакции происходят только тогда, когда п реагирующим веществам примешиваются некоторые посторонние примеси, которые, поглощая световую энергию, передают ее затем реагирующим веществам. Эти примесные вещества получили лазванпе сенсибилизаторов. Механизм действия сенсибилизаторов состоит в том, что молекула сенсибилизатора при поглощении фотона переходит в возбужденное состояние, а затем, столкнувшись с молекулой реагирующего вещества, передает ей избыток своей энергии, вызывая тем самым химическое превращение. Примеров сенсибилизированных реакций можно привести очень много. Так, путем добавления к фотоэмульсии некоторых веществ, выполняющих роль сенсибилизатора, можно значительно повысить ее чувствительность к красным лучам света. Известный всем хлорофилл также является сенсибилизатором фотохимических реакций образования органических веществ в зеленых растениях. [c.175]

Для эффективного протекания процесса фотосинтеза необходимо возбуждение более чем одного фотосинтетически активного пигмента. Этот результат предполагает возможность участия двух главных процессов в реакции преобразования энергии при фотосинтезе. Квантовый выход фотосинтеза падает при длинах волн света больше, чем длина волны максимума поглощения в красной области (эффект Эмерсона, или красное падение ), хотя поглощение в этой области (675—720 нм) продолжает приводить к заселению уровня Si" хлорофилла а. Однако если к возбуждающему световому пучку добавляется более коротковолновый свет (Ж670 нм), то квантовый выход фотосинтеза существенно возрастает. Низкие квантовые выходы фотосинтеза, получаемые при длинноволновом освещении, могут быть подняты до нормальных значений одновременным освещением коротковолновым светом. [c.233]

ФОТОСИНТЕЗ в природе, образование организмами (высшими растениями, водорослями, нек-рыми бактериями) в-в клеток благодаря энергии света. У большинства организмов происходит при участии хлорофиллов. Первыми стабильными продуктами Ф., образующимися в результате передачи электронов от возбужденных под действием света молекул хлорофилла по электронотранспортной цепи, являются НАД(Ф)Н (см. Никотинамид ные коферменты) и АТФ, Они используются при ассимиляции СО2 и в др. биосинт. процессах. Ф., при к-ром происходит ассимиляция СО2, выражается суммарно ур-нием [c.632]

Неравновесные электронно-возбужденные состояния молекул играют решающую роль в первичных актах фотосинтеза. Кванты света поглощаются системой молекул хлорофилла, затем по экситонному механизму энергия возбуждения передается димеру хлорофилла с послед, фотохим. разделением заряда. Порождаемые внеш. воздействием (светом, хим. превращениями в среде) неравновесно возбужденные атомы, молекулы, сложные мол. комплексы обусловливают высокую избирательность биохим. р-ций, управление и самоорганизацию хим., биол. и физиол. процессов, характерных для живой природы (см. Самоорганизация в неравновесных процессах). [c.219]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология