 |
АвтоАвтоматизацияАрхитектураАстрономияАудитБиологияБухгалтерияВоенное делоГенетикаГеографияГеологияГосударствоДомДругоеЖурналистика и СМИИзобретательствоИностранные языкиИнформатикаИскусствоИсторияКомпьютерыКулинарияКультураЛексикологияЛитератураЛогикаМаркетингМатематикаМашиностроениеМедицинаМенеджментМеталлы и СваркаМеханикаМузыкаНаселениеОбразованиеОхрана безопасности жизниОхрана ТрудаПедагогикаПолитикаПравоПриборостроениеПрограммированиеПроизводствоПромышленностьПсихологияРадиоРегилияСвязьСоциологияСпортСтандартизацияСтроительствоТехнологииТорговляТуризмФизикаФизиологияФилософияФинансыХимияХозяйствоЦеннообразованиеЧерчениеЭкологияЭконометрикаЭкономикаЭлектроникаЮриспунденкция
Хлорофилл. Структура и свойства, функции. Схема дезактивации возбужденного состояния хлорофилла
Хлорофиллы
Эмпирическая формула хлорофилла: MgN4O5H75C55. С химической точки зрения хлорофилл является сложным эфиром двух спиртов (метилового спирта и фитола) и дикарбоновой кислоты хлорофиллина:
| MgN4OH30C32 |
| С – OCH3 |
| С – OC20H39 |
| O |
| O |
Структурная формула хлорофилла была расшифрована в период с 1930 по 1940 гг. немецким ученым Фишером. Порфириновое ядро молекулы сформировано 4 пиррольными кольцами, которые соединены метиловыми мостиками. Каждое пиррольное кольцо имеет атом азота, который соединен с ионом магния. В составе молекулы есть пятое циклопентановое кольцо, считается, что оно повышает реакционную способность молекулы хлорофилла. Комплекс порфириного ядра и циклопентанового кольца называется форбином. Сопряженная система связей этой структуры образована чередованием одинарных и двойных связей и включает 18 π-электронов. Положение двойных связей не фиксировано, ввиду резонанса порфириновое ядро можно изобразить несколькими способами. Заряд иона магния +2 компенсируется двумя избыточными электронами атомов азота и распределяется по 4 атомам азота.
На самых ранних этапах возникновения фотосинтеза хлорофилл был рассчитан на синюю часть спектра, но эта часть спектра преобладает только в определенные часы дня. Красная же часть спектра в составе белого света присутствует весь освещенный период и ее энергии хватает для запуска фотосинтеза.
Хлорофилл способен поглощать энергию квантов света и при этом возбуждаться. Возбужденное состояние является короткоживущим. Для возвращения электронов на более низшую орбиталь используется энергия возбужденного хлорофилла.
| S2* (10-12 сек) S1* (10-9 сек) T* (10-4 сек) S0 |
| Рис. Схема утилизации энергии возбужденного состояния молекулы хлорофилла |
           |
Под миграцией энергии понимают то, что одна молекула пигмента может возбудить другие. Этот путь используется в работе светособирающего комплекса.
В результате отрыва электрона от молекулы хлорофилла образуется фотоокисленный продукт (окисленный хлорофилл) и фотовосстановленный продукт, который принял электрон от хлорофилла. В таких преобразованиях суть фотохимической работы.
Исходя из продолжительного времени нахождения хлорофилла в триплетном состоянии (Т*), его считают запускающим фотосинтез. Однако это достаточно редкое состояние и хлорофилл, испустивший электрон в триплетном состоянии, не восстанавливается. Триплетное состояние хлорофилла гасится, его могут брать на себя каротиноиды. Работающим является первое возбужденное синглетное состояние (S1*).
Благодаря своим свойствам молекула хлорофилла способна выполнять следующие функции:
7) избирательно поглощать часть света;
8) запасать поглощенный свет в виде энергии возбужденных электронов;
9) фотохимически преобразовывать энергию возбужденного состояния электронов в химическую энергию первичных фотоокисленных и фотовосстановленных соединений.
Роль фитольного хвоста хлорофилла состоит в заякоривании молекулы в тилакоидной мембране через образование связей с мембранными белками. Порфириновое ядро при таком фиксировании молекулы может менять свое положение с целью поглощения максимального количества квантов света.
Для процесса биосинтеза хлорофилла необходимы:
9) свет;
10) аминокислоты: глютаминовая кислота и аланин;
11) ацетилкофермент-А (источник фитола);
12) возможно также нужны α-кетоглутаровая кислота и глицин.
Известно 5 разных типов хлорофиллов: a, b, c1, c2, d. Структура порфиринового ядра у всех хлорофиллов одинакова, у хлорофиллов с отсутствует фитольный хвост. Хлорофилл а имеется у всех фотосинтезирующих организмов, у высших растений его концентрация наибольшая. Только хлорофилл а способен запускать фотохимическую работу, что было доказано в 40-х гг. ХХ в. ученым Красновским. Хлорофилл b есть у наземных растений, а также у хлорококковых и эвгленовых водорослей. Хлорофиллы c1 и c2 – у бурых, золотистых, диатомовых водорослей; у криптофитовых водорослей обнаружен только хлорофилл c2. Хлорофилл d есть у красных водорослей.
Поиск по сайту: