Возбужденная молекула - хлорофилл
Cтраница 2
Букач [256] предлагает следующую схему этого процесса. Возбужденные молекулы хлорофилла или окисляют воду до перекиси, или восстанавливают двуокись углерода до формальдегида. В присутствии вспомогательной окислительно-восстановительной системы аскорбиновая кислота - дегидроаскорбиновая кислота окисленный хлорофилл восстанавливается аскорбиновой кислотой или восстановленный - окисляется дегидроаскорбиновой кислотой; таким путем возобновляется исходное состояние, и система снова готова для следующего цикла. [16]
Это указывает, что половинное тушение должно обнаруживаться при давлении О2 около 2 атм, соответствуя концентрации 10 - 2 моль. Время жизни флуоресцентного состояния хлорофилла в этанольном растворе оценено в 8 10 сек. Среднее время, в течение которого возбужденная молекула хлорофилла может существовать до первой ее встречи с молекулой растворителя, концентрация которого составляет 10 - 2 моль / л, также имеет порядок 10 - 8 сек. Точной формулы для вычисления интервалов между соударениями в растворах не имеется, однако эти промежутки, повидимому, могут быть в 10 - 100 раз больше, чем в газах при тех же концентрациях. Поэтому можно считать, что возбужденные молекулы хлорофилла, находящиеся в состоянии А, испытывают тушение при первой же или при одной из первых встреч с молекулой кислорода. [17]
Восстановленный ферредоксин является первым обнаруживаемым стабильным восстандвителем, образовавшимся за счет световой энергии. Однако точно путь передачи электрона с фотовозбужденной молекулы хлорофилла на ферредоксин пока еще не выяснен. В первые годы после открытия ферредоксина предполагалось, что он является первым акцептором электрона от возбужденной молекулы хлорофилла. Поэтому высказываются предположения, что первым акцептором электрона от молекулы хлорофилла может быть соединение с потенциалом порядка - 0 6 - 0 7 в, переносящее электрон от молекулы пигмента к фер-редоксину. Однако переносчики с более отрицательным потенциалом, чем ферредоксин, из хлоропластов до сих пор не выделены. [18]
Эти изменения не легко поддаются интерпретации и свидетельствуют о сложных химических превращениях. Очевидно, и растворитель, и растворенные в нем газы принимают участие в химических реакциях с возбужденными молекулами хлорофилла. В некоторых системах эти реакции ведут к полному исчезновению флуоресценции уже после часового облучения. Одна из причин запутанности результатов Кнорра и Аль-берса состоит в том, что они применяли нефильтрованный свет мощной ртутной дуги. Интенсивное ультрафиолетовое излучение могло в данном случае вызвать реакцию хлорофилла с веществами, которые не действуют на него в видимом, особенно в красном, свете. [19]
Очень часто взаимоотношения между выходом фотосинтеза и выходом флуоресценции представляют себе как простое или-или. Выход флуоресценции можно рассматривать только как показатель того, на какую величину оба эти значительно более эффективных процесса сокращают время жизни возбужденной молекулы хлорофилла. [20]
Каутский, Гирш и Флеш [27] нашли и Франк и Ливингстон [56] подтвердили, что некоторые вещества, фотоокисление которых сенсибилизируется хлорофиллом, например изоамиламин и аллилтиомочевина, не вызывают никакого ослабления флуоресценции хлорофилла. По сообщению Каутского, растворы хлорофилла в ацетоне, насыщенном изоамиламином, ярко флуоресцируют; растворы хлорофилла в чистом изоамиламине не только флуоресцируют, но также обнаруживают красное послесвечение, длящееся до 0 01 сек. Это говорит о том, что сенсибилизация реакции между аллилтиомочевиной ( или другими подобными ей окисляющимися субстратами) и кислородом не может быть приписана взаимодействию возбужденной молекулы хлорофилла во флуоресцирующем состоянии с кислородом или субстратом окисления. [21]
Из этого уравнения видно, что для образования одного моля кислорода требуется разложение четырех молей воды, хотя только в двух из них фактически выделяется кислород, а остальные два возвращаются как продукты реакции. Условия образования комплексов переноса заряда определяются тем, что одному кванту поглощенной световой энергии соответствует одноэлектронный перенос. Большинство схем разложения воды принимает, что оно связано с двумя одноэлек-тронными переносами ( для разрядки Н и ОН - ионов), осуществляемыми при участии возбужденных молекул хлорофилла. [22]
Существенно здесь то, что флуоресценция иногда возрастает при высоких интенсивностях света. Простейшее объяснение тушащего действия, которое комплекс С02, вероятно, оказывает на флуоресценцию хлорофилла, заключается в допущении прямого фотохимического взаимодействия между этим комплексом и возбужденными молекулами хлорофилла. [23]
Если освещать раствор хлорофилла in vitro, то поглощенная энергия быстро вновь высвечивается в виде флуоресценции или рассеивается в виде тепла. Но если в возбужденное состояние переходит под действием видимого света хлорофилл в интактных листьях шпината, то флуоресценции не наблюдается. Вместо этого высокоэнергетические электроны покидают возбужденные молекулы хлорофилла и перескакивают на первый из переносчиков в цепи переноса электронов. Свет, таким образом, индуцирует поток электронов вдоль этой цепи. [25]
Это указывает, что половинное тушение должно обнаруживаться при давлении О2 около 2 атм, соответствуя концентрации 10 - 2 моль. Время жизни флуоресцентного состояния хлорофилла в этанольном растворе оценено в 8 10 сек. Среднее время, в течение которого возбужденная молекула хлорофилла может существовать до первой ее встречи с молекулой растворителя, концентрация которого составляет 10 - 2 моль / л, также имеет порядок 10 - 8 сек. Точной формулы для вычисления интервалов между соударениями в растворах не имеется, однако эти промежутки, повидимому, могут быть в 10 - 100 раз больше, чем в газах при тех же концентрациях. Поэтому можно считать, что возбужденные молекулы хлорофилла, находящиеся в состоянии А, испытывают тушение при первой же или при одной из первых встреч с молекулой кислорода. [26]
Изменения значений рКа функциональных групп при переходе в возбужденное состояние могут приводить к диссоциации протонов или к их присоединению. Диссоциация на ионы или радикалы иногда сопровождается разрывом связей. Могут протекать реакции фотоприсоединения и фотоотщепления, а также изомеризация молекул, играющая важную роль в функционировании зрительных рецепторов. Возбужденные молекулы могут стать сильными окислительными агентами, способными принимать атомы водорода или электроны от других молекул. Более важным с точки зрения биологии процессом является фотосинтез, в ходе которого возбужденные молекулы хлорофилла осуществляют фотовосстановление других молекул, временно оказываясь при этом в окисленном состоянии. [27]
Последнее особенно вероятно в тех случаях, когда тушителем является другой краситель с перекрывающейся полосой поглощения, так что условия близки к самотушению. При этом постоянная связь тушителя с флуоресцирующей молекулой также, повидимому, может иметь место ( аналогично постоянной диме-ризации, рассмотренной на стр. Изучение влияния тушителя на спектр поглощения флуоресцирующего вещества и зависимости тушения от концентрации тушителя может помочь отличить тушение вследствие комплексообразования от тушения, происходящего при кинетических встречах; однако в настоящее время для растворов хлорофилла таких данных очень мало. Тушение будет происходить путем передачи энергии возбуждения на расстояния, значительно большие, чем диаметры соударения. Если молекулы тушителя не флуоресцируют, то они будут служить ловушками так же, как это было постулировано Ферстером для димеров. Вавилов и его сотрудники [75, 87, 88] нашли соответствующие примеры этого типа тушения флуоресценции красителей другими нефлуоресцирующими веществами, способными к резонансу с ними. Однако сильные тушители, перечисленные в табл. 30, обязаны своей эффективностью, конечно, не резонансному механизму передачи. Все они являются окислителями, и это указывает скорее на химическое взаимодействие, нежели на физический перенос энергии. Кроме того, они не имеют полос поглощения в красной области спектра и поэтому не могут находиться в резонансе с возбужденными молекулами хлорофилла. Их самые низкие возбужденные уровни должны лежать значительно выше флуоресцентного уровня А хлорофилла. [28]
Страницы: 1 2