Молекулярные основы преобразования и запасания энергии света при фотосинтезе
Живая природа настолько рационально решает проблемы эффективного улавливания солнечной энергии, ее преобразования и запасания в удобной для биологического потребления форме, что до сих пор не удается воспроизвести основные этапы фотосинтеза в искусственных системах. Первичное улавливание и преобразование энергии света при фотосинтезе происходит с непременным участием хлорофилла, что было выявлено уже в классических работах К.А. Тимирязева, показавшего, что именно та часть солнечного света, которая поглощается хлорофиллом, эффективно инициирует процесс фотосинтеза.
Как показано на рис. 3а, молекула хлорофилла состоит из порфиринового ядра, образованного тетрапиррольным кольцом с расположенным в центре атомом магния, и фитольного хвоста. Хлорофилл относится к классу веществ, называемых пигментами, то есть сильноокрашенных соединений, характеризующихся интенсивным поглощением видимого света. Было установлено, что система "легко возбудимых" сопряженных связей порфиринового кольца обусловливает высокую способность хлорофилла к поглощению света (рис. 36). Так, миллиметровый слой 1 мМ раствора хлорофилла поглощает около 90% падающего на него красного или синего света (зеленый свет поглощается менее эффективно, что и определяет зеленый цвет растений). Для хлорофилла, как и для других пигментов, характерно относительно длительное время, около 1(Г8 сек, нахождения в возбужденном состоянии, что важно для участия хлорофилла в фотохимических реакциях. У многих других пигментов, например, у производных хлорофилла, у которых центральный атом магния заменен на медь или марганец, это время гораздо ниже вследствие чрезвычайно быстрого перехода энергии электронного возбуждения в тепло.
Для выяснения молекулярных основ участия хлорофилла в первичных процессах преобразования солнечной энергии при фотосинтезе важнейшее значение имело открытие, сделанное нашим соотечественником, академиком А.А. Красновским, который показал, что при переходе в возбужденное состояние в результате поглощения кванта света молекула хлорофилла приобретает свойство вступать в такие окислительно-восстановительные (то есть идущие с переносом электронов) реакции, к которым она не была способна в темноте. При этом молекула хлорофилла (Хл) может потерять свой электрон, то есть окислиться, отдав его другому веществу, называемому в данном случае акцептором (А) электрона, тогда как хлорофилл выступает в данной реакции как донор электрона. Эта реакция получила название реакции Красновского. Возбужденная молекула хлорофилла (Хл*) может также восстанавливаться, то есть принять "лишний" электрон, отобрав его у другого вещества, служащего в данном случае донором (Д) электрона. Если помимо Хл в системе присутствуют Д и А, то в результате сочетания процессов окисления Хл и его восстановления свет, поглощаемый хлорофиллом, будет индуцировать перенос электрона от Д к А с образованием Д+ (окисленного Д) и А- (восстановленного А). Хлорофилл при этом, несмотря на участие в двух ступенях переноса электрона, возвращается в исходное состояние готовности к новому фотохимическому циклу переноса электрона, согласно реакции
Дополнительно
Естественно-научные концепции развития микроэлектронных и лазерных технологий
Электроника - наука о взаимодействии электронов
с электромагнитными полями и о методах создания электронных приборов и
устройств (вакуумных, газоразрядных, полупроводниковых), используемых для
передачи, обработки и хранения информации. Возникла она в начале ХХ века. На ее
основе были созданы элект ...
Галактика как уровень мегамира
Актуальность,
цели и задачи ответа по настоящей контрольной работе будут обусловлены
следующими положениями. Нас интересует не только звездное население того дома,
в котором мы живем. Нас интересует и архитектура этого дома и его размеры;
интересует, как его обитатели расселены, где жилищная тесно ...