Фотосинтез С3 и С4 растений механизмы и регуляция - Эдвардс Дж.
Скачать (прямая ссылка):
4.15. Поглощение света молекулами
Молекула содержит несколько ядер, которые участвуют в колебательном и вращательном движении. Электроны распределяются между ядрами таким образом, что занимают самые низкие молекулярные орбитали, т. е. обладают наименьшей энергией. При образовании из атомов молекулы выделяется энергия (гл 2). В основном и возбужденном состояниях электрон в молекуле может находиться на нескольких разных колебательных подуровнях. И в этом случае энергия кванта должна точно соответствовать энергии, необходимой для перевода электрона с одного из основных подуровней на один из возбужденных, но, поскольку существует много различных подуровней, диапазон квантов, способных осуществлять такой переход, расширяется.
В связи с этим вместо четких линий, характерных для спектров поглощения атомов, в спектрах поглощения молекул на-бюдается набор линий, которые сливаются, образуя относительно широкие полосы поглощения. Каждая индивидуальная линия в полосе соответствует поглощению кванта с определенной длиной волны, а вся совокупность линий — распределению энергии вблизи максимума поглощения. (Эта картина еще больше усложняется из-за того, что пол нм о электронных переходов происходят колебательные движения в самих молекулах, и это приводит к размыванию энергетических уровней. При очень низких температурах наблюдаются более узкие полосы поглощения, так как уменьшается число подуровней, на которых может находиться электрон.)
4.16. Переход хлорофилла
в возбужденное состояние
Хлорофилл может находиться в двух возбужденных состояниях, соответствующих полосам поглощения в красной и синей областях. Эти полосы частично .перекрываются, что свидетельствует о перекрывании колебательных подуровней. Возбужденное состояние 1 является низкоэнергетическим, переход в него
Бсзыз л у читальный
пириход
\ Возбуждонноэ f состояние 2
Возбужденное систопмиу 1
Химические реакции
h v
• Флуоресценции
• Ochouhuu состяние
Рис. 4.11. Электронные переходы в молекуле хлорофилла. Параллельные линии отвечают разным энергетическим подуровням, или электронным орбиталям. Энергия, полученная системой при поглощении «синего» фотона (слева), достаточна для перехода электрона в возбужденное состояние 2, из которого он быстро спускается путем безызлучатслышх переходов с одного подуровня на другой до возбужденного состояния 1. Фотон красного света (в центре) обладает энергией, достаточной только для перехода электрона в возбужденное состояние 1, но это состояние достаточно стабильно для совершения полезной химической работы и служит исходной точкой для всех остальных событий фотосинтеза. В органических растворителях энергия электрона, находящегося в состоянии 1, может быть израсходована па флуоресценцию в дальней красной области.
осуществляется при поглощении «красного» фотона с энергией около 40 вкал/эйнштейн (рис. 4.11). Возбужденное состояние 2 более высокоэнергетическое, переход в него связан с поглощением «синего» фотоиа с энергией около 50 ккал/эйиштейн. Так как колебательные подуровни перекрываются, может происходить быстрый переход из состояния 2 в состоящие 1 (за время порядка 10~13 с), сопровождающийся тепловой диссипацией энергии (безызлучателы-юй потерей возбуждения); он состоит из ряда последовательных переходов с одного колебательного подуровня на другой. Этот процесс осуществляется так быстро, что избыточная энергия состояния 2 не успевает израсходоваться на совершение полезной работы (фотохимической реакции) и даже на испускание света (флуоресценцию), которое происходит за время порядка 10-9 с. Таким образом, отправной точкой для фотосинтетического процесса служит возбужденное состояние 1; даже если хлорофилл переходит в него непрямым путем, после поглощения «синего» фотона, избыточная энергия теряется прежде, чем она успевает использоваться на совершение полезной работы.
4.17. Снятие возбуждения
Итак, энергия возбуждения может рассеиваться в виде тепла, причем это рассеяние происходит очень быстро путем последовательных переходов с одного колебательного уровня на другой. Энергия может быть израсходована и да испускание кванта видимого света, хотя хлорофилл, как и многие другие молекулы, флуоресцирует только при переходе в основное состояние из более стабильного возбужденного состояния 1. Однако, даже находясь в состоянии 1, молекула хлорофилла частично теряет энергию в результате тепловой диссипации, так как флуоресценция происходит при переходе с самого «изко-энергетического подуровня, которому соответствует большая (более «красная») длина волны (стоксов сдвиг). Экстрагированный из листьев хлорофилл (в водном растворе ацетона) на просвет выглядит зеленым, поскольку он поглощает «красные» и «синие» фотоны. «Зеленые» фотоны проходят через раствор, а кроме того, человеческий глаз к ним более чувствителен. В органических растворителях снятие возбуждения хлорофилла не может осуществляться с помощью тех же механизмов, что и в хлоропласте. Возбужденное состояние 2 легко переходит в состояние 1, и значительная часть энергии возбуждения высвечивается в виде флуоресценции. Из-за стоксова сдвига этот свет более длинноволновый, чем падающий. Если смотреть на освещенный сосуд с раствором хлорофилла под прямым углом к направлению падающего пучка света, он будет выглядеть -кроваво-красным.
