Фотобиология - Конев С.В.
Скачать (прямая ссылка):
другим физико-химическим свойствам, таким, как извлекаемость
органическими растворителями, устойчивость к действию света, ультразвука,
феофитинизации.
По данным низкотемпературной и производной спек-трофотометрии, в
хлоропластах представлено восемь нативных форм хлорофилла а, каждая из
которых характеризуется узкой полосой поглощения в красной области (661,
668, 675, 681, 686, 693, 700, 710 нм). Такая система форм универсальна
для организмов различных филогенетических групп. По мнению Ф. Ф. Литвина,
эти формы представляют собой термодинамически устойчивые типы агрегатов
пигмента. Ему удалось проследить самосборку агрегатов с аналогичными
спектральными свойствами в пленках, монослоях и растворах пигментов.
Миграция энергии между различными формами хло-
58
Глава IV. Фотосинтез
рофилла и бактериохлорофилла наблюдается как in vivo, так и in vitro.
Зарегистрированы, например, следующие донор-акцепторные пары: хлорофилл а
668 -> хлорофилл а 681; хлорофилл а 681 -> хлорофилл а 693; бакте-
риохлорофилл 800-> бактериохлорофилл 890; бактерио-хлорофилл 800->
бактериохлорофилл 850; бактериохлорофилл 850 -> бактериохлорофилл 890 *).
Эффективная миграция энергии между одними и теми же формами пигмента
хлорофилла а наблюдается также в модельных системах, содержащих агрегаты
пигментов нескольких типов.
Представление об эффективности миграции энергии дают следующие данные:
квантовые выходы миграции энергии от каротиноидов к хлорофиллу а, от
фикоэритри-на к хлорофиллу а, от хлорофилла Ъ к хлорофиллу а, от одной
формы хлорофилла а к другой составляют соответственно 20-50, 80-90, 100,
100%.
Приемы экспериментального доказательства миграции энергии между
фотосинтетическими пигментами in vivo и in vitro целесообразно объединить
в четыре группы.
1. Тушение собственной флуоресценции донора энергии и сенсибилизация
флуоресценции акцептора. Например, хлорофилл b флуоресцирует в растворе и
в мутантах, в которых хлорофиллы а и b пространственно разобщены, но не
флуоресцирует в нормальной клетке, где поглощенная энергия передается
хлорофиллу а (сенсибилизация). Наиболее корректным проявлением
сенсибилизированной флуоресценции являются спектры действия флуоресценции
акцептора, в которых обнаруживаются не только его собственные полосы
поглощения, но и полосы доноров энергии. Например, в спектрах действия
флуоресценции хлорофилла а зеленых растений представлена полоса
поглощения хлорофилла Ь, а в бурых, красных, сине-зеленых водорослях -
полосы поглощения фикоэри-трина (540-565 нм), фикоцианина (620-630 нм) и
каротиноидов (480-500 нм). Сопоставление спектров поглощения донора и
акцептора со спектрами возбуждения флуоресценции акцептора позволяет
оценить квантовые выходы (эффективность) миграции энергии.
. *> Положение длинноволнового максимума спектра поглощения в нанометрах
(нм).
5. Фотофизические стадии фотосинтеза 59
2. Проявление в спектрах действия самого фотосинтеза, оцениваемого по
выделению кислорода, максимумов, принадлежащих акцессорным пигментам
(рис. 13).
3. Увеличение времени жизни флуоресценции хлорофилла в клетках водорослей
при переходе- от прямого возбуждения в собственной полосе поглощения (680
нм) к монохроматическому возбуждению в полосах поглощения фикоэритрина и
фикоцианина (время миграции+
Рис. 13. Спектр поглощения (1) и спектр действия (2) красной водоросли
Porphyra nereocystis, а также спектр поглощения экстрагированного
фикоэритрина (3) (На-хо F., Blinks L., 1950)
время флуоресценции). На основании полученных временных характеристик
флуоресценции хлорофилла а при последовательности возбуждения хлорофилл
а, хлорофилл Ь, фикоцианин были рассчитаны времена миграции энергии. Они
оказались равными 0,3-10-9с (фикоэрит-рин-> фикоцианин), 0,5-10-(r) с
(фикоцианинхлорофилл а), 4-10-10 с (хлорофилл а-> хлорофилл а).
4. Уменьшение степени поляризации флуоресценции по мере зеленения
этиолированных биологических объектов, свидетельствующее о миграции
энергии между химически идентичными молекулами хлорофилла а.
Между следующими донор-акцепторными партнерами (фикоэритрин - фикоцианин
- хлорофилл, хлорофилл b - хлорофилл а, одна форма хлорофилла а или
бактериохлорофилла а - другая) миграция энергии осуществляется по
индуктивно-резонансному механизму при соблюдении правил Ферстера,
обязательных для переноса этого типа. В то же время перенос энергии
каротино-ид -> хлорофилл а происходит, по-видимому, не по индуктивно-
резонансному механизму, поскольку донор энергии практически не
флуоресцирует, а по типу экситона или комплекса с переносом заряда.
Миграция энергии с каротина на хлорофилл (50%-ная эффективность)
воспроизводится в монослоях и пленках пигментов при достаточно тесном
контакте молекул.
60
Глава IV. Фотосинтез
Теоретически вероятен и обменно-резонансный три-плет-триплетный механизм
миграции энергии между пигментами, поскольку пространственные требования
(рас-
П"
стояние между молекулами порядка 10 А) для него в хлоропласте
