Практикум по физиологии растений - Третьяков Н.Н.
ISBN 5-10-001653-1
Скачать (прямая ссылка):
650.. .655 нм. Аналогичное смещение в сторону длинноволновой части характерно и для синего максимума. Указанные различия между спектрами поглощения хлорофиллов в растворе и листе обусловлены степенью агрегации молекул пигмента и характером их связи с липопротеиновым комплексом в ламеллах тилакоидов.
Каротины и ксантофиллы поглощают свет только сине-фиолетовой части спектра. Оптические свойства пигментов определяются особенностями их химической структуры. В молекулах хлорофиллов и каротиноидов существует система конъюгированных (сопряженных) двойных связей. Скелет системы составляют атомы углерода, соединенные между собой простыми (двухэлектронными)! ковалентными связями — сг-электранами. В образовании двойных связей, помимо а-электронов, участвуют два я-электрона. В подобных системах л-электроны не связаны с определенными атомами углерода, поэтому могут перемещаться по всей молекуле, образуя делокализоваипое электронное облако. Возбуждение л-электронов может осуществляться за счет квантов видимого света.
В молекулах хлорофилла и каротиноидов система
конъюгированных двойных связей определяет поглощение сине-фиолетовых лучей. Для хроматофорных свойств хлорофиллов большое значение имеет также гидрирование связи между атомами углерода в положении седьмого и восьмого атомов углерода четвёртого пиррольного кольца. В частности, оно приводит к появлению полосы поглощения в красной части спектра и ослабляет поглощение желто-зеленых лучей. И, наконец, присутствие магния в ядре обусловливает еще большее усиление поглощения в красной области и ослабление — в зеленой.
Для установления спектра поглощения пигментов используют спектроскоп. В него одновременно поступают два световых потока. Один идет непосредственно от источника света и проходит через кювету с пигментом, а потом разлагается призмой на составные части, другой отражается зеркалом в боковую щель, где попадает на грань второй призмы. В результате возникают два параллельных спектра, расположенных один над другим. Спектр отраженного от зеркала света служит контролем. По положению темных полос в опытном спектре определяют, какие лучи поглощаются исследуемым пигментом.
Порядок работы. Определение спектра поглощения хлорофилла. Спектроскоп устанавливают 'по отношению к свету так, что'бы все области спектра имели одинаковую яркость. В кювету наливают спиртовую вытяжку хлорофилла, помещают ее перед щелыо спектроскопа и определяют положение темных полос, которые соответствуют лучам, поглощаемым хлорофиллом.
Ширина полос зависит от концентрации пигмента или толщины слоя его раствора. Для наблюдения спектров поглощения растворов с разной концентрацией хлорофилла разбавляют вытяжку спиртом в отношениях 1:1, 1:2, 1:3, 1:4, 1 : 5 и т. д. и исследуют оптические свойства полученных растворов. По окончании опыта делают заключение о зависимости спектра поглощения хлорофилла от концентрации его раствора и объясняют установленный факт.
Спектры поглощения каротина и к с а н-т о ф и л л а. Для получения спектра поглощения каро-тнноыдов пипеткой осторожно берут бензиновый раствор, в который перешли каротин и ксантофилл после
омыления хлорофилла, переносят его в кювету и помещают перед щелью спектроскопа. Рассматривают спектр поглощения и сравнивают его со спектром 'поглощения хлорофилла. Зарисовывают оба спектра.
Флуоресценция х л ор'о^ф и л л а. Флуоресценция— испускание света возбужденной молекулой хлорофилла. Суть явления в следующем. При комнатной температуре и в темноте молекула хлорофилла находится в основном состоянии, т. е. энергия ее соответствует нижнему синглетному уровню (50). Поглощение кванта света сопровождается переходом одного из л-электронов на более высокий энергетический уровень. В результате возникает синглетное электронно-возбужденное состояние молекулы.
Синглетным называют такое возбужденное состояние, при котором переход электрона на более высокий энергетический уровень не сопровождается изменением знака спина. В спектрах поглощения ему соответствует одна линия. Если при этом поглощается квант красного света, то электрон переходит на первый синглет-ный уровень (Si) с энергией 1,7 эВ и временем жизни 10~8.. Л0~9 с. В случае захвата кванта синего света электрон оказывается на втором сииглетиом уровне (52) с энергией 2,9 эВ, а время жизни электрона в таком состоянии уменьшается до 10~12.. ЛО-13 с.
Независимо от того, в какое электронно-возбужденное состояние молекула была переведена поглощенным квантом, она в конечном счете переходит на низший колебательный подуровень первого синглетного возбужденного состояния (Si). Энергия этого состояния может использоваться на осуществление фотохимических процессов, мигрировать от одной молекулы хлорофилла к другой, растрачиваться в виде тепла или флуоресцентного излучения. В последнем случае электрон возвращается в исходное положение.
Таким образом, независимо от длины возбуждающего света хлорофилл флуоресцирует только в красной части спектра. Уменьшение энергии кванта, излученного возбужденной молекулой, по сравнению с энергией поглощенного кванта получило название стоксово-го сдвига.
