Фотобиология - Конев С.В.
Скачать (прямая ссылка):
выполняются. Расчет показывает, что при концентрации хлорофилла в гране
0,1-1 моль/л среднее
at
расстояние между его молекулами составляет 10-20 А,
О;
а в ассоциатах пигмента in vitro еще меньше - 6-10 А. Однако в
эксперименте (флеш-фотолиз) не удалось обнаружить заселенности триплетных
уровней хлорофилла в растительных объектах не только при физиологических
условиях, но и после почти полного (95%) окисления реакционных центров,
являющихся "стоком" энергии возбуждения. Вполне понятно, что после
перекрытия каналов к реакционным центрам, являющимся ловушками энергии,
создаются благоприятные условия для спектрального выявления триплетных
состояний пигмента.
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 (10~5-
10~7) ставят под сомнение биологическую значимость переноса энергии по
полупроводниковому механизму. Хотя эта величина возрастает до 1(Н-10~2
после учета малого времени жизни носителей заряда, отсутствие
фотопроводимости во влажных пленках хлоропластов оставляет вопрос о
полупроводниковой миграции энергии in vivo открытым.
Таким образом, миграция энергии обеспечивает эффективный сбор квантов
света и транспорт поглощенной энергии к молекулам хлорофилла, которые
непосредственно связаны с аппаратом, осуществляющим темновые стадии
фотосинтеза. Иными словами, обнаруживается четкое разделение функций
между молекулами хлорофилла, причем наряду со сборщиками энергии -
простыми физическими сенсибилизаторами - формируется не-
5. Фотофизические стадии фотосинтеза 61
большая доля (около 1%) "избранных" молекул (реакционные центры).
Испытывая обратимые фотохимические окислительно-восстановительные
превращения, эти молекулы запускают цепь транспорта электронов,
представляющую собой стартовый акт химизма фотосинтеза.
Независимо от физической предыстории возникновения электронно-
возбужденных состояний "избранных" молекул их стыковка с окислительно-
восстанрвительными реакциями может идти либо через нижний" синглетный,
либо через нижний триплетный возбужденный уровень.
Согласно теоретическим квантовомеханическим расчетам, для хлорофилла
характерна обычная схема расположения электронно-колебательных синглетных
и триплетных уровней. Действительно, в многочисленных экспериментах были
выявлены синглетные и триплетные состояния хлорофилла in vitro.
Возникновение синглетного возбужденного состояния следует из способности
хлорофилла поглощать видимый свет и флуоресцировать. Различными методами
было выявлено и триплетное состояние хлорофилла: зарегистрированы
фосфоресценция и характерные спектры ЭПР триплетных состояний хлорофилла
Ь при низких температурах (77 К). Для хлорофиллов а и Ь, феофитина а и
бактериохлорофилла триплетное состояние выявляется по спектрам триплет-
три-плетного поглощения, полученным с помощью флеш-фотолиза. Детальная
характеристика синглетного и триплетного состояний и различных
электронно-колебательных переходов в молекулах хлорофилла и родственных
ему соединений дана в книге Г. П. Гуриновича, К. Н. Соловьева и А. Н.
Севченко (см. литературу).
Какова роль синглетных и триплетных возбужденных состояний в фотохимии
хлорофилла? Этот вопрос изучался на примере реакции фотовосстановления
хлорофилла и родственных ему соединений в растворе. Можно привести ряд
доказательств протекания этой реакции через триплетные состояния
хлорофилла. Так, тетрапиррольные пигменты, у которых магний замещен на
парамагнитный металл, эффективно тушащий фосфоресценцию, практически не
фотовосстанавливаются. Реакция фотовосстановления ингибируется и
добавками тушителей триплет-но-возбужденных молекул - каротина или
кислорода.
Соотносительный анализ роли триплетных и синглет-
62
Глава IV. Фотосинтез
ных возбужденных состояний хлорофилла в осуществлении первичной
фотохимической реакции первой и второй фотосистем был проведен Ф. Ф.
Литвиным с сотр. На основании параметров длительного послесвечения и
низкотемпературной термолюминесценции листьев растений, расчетов констант
скоростей и величин энергий активации свечения при использовании
ингибиторов второй фотохимической системы (диурон) и дезактиваторов
триплетных и синглетных состояний (хинон, кислород) предполагается, что
первая фотохимическая реакция осуществляется через синглетное, а вторая -
через триплетное возбужденное состояние хлорофилла.
6. ФОТОХИМИЧЕСКИЕ СТАДИИ ФОТОСИНТЕЗА
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
