Фотобиология - Конев С.В.
Скачать (прямая ссылка):
пришли к предположению, что световая стадия биосинтеза включает две
последовательные фотохимические реакции. В первой из них происходит
разрыв двойной связи и образование промежуточного продукта, близкого по
своей природе к свободным радикалам семихинонного типа. И только в
результате поглощения второго кванта света образуется обычный
хлорофиллид.
Однако при обычных температурах процесс фотоконверсии вряд ли имеет
двухфотонную природу, поскольку это противоречит высоким значениям
квантового выхода реакции (В>0,5). В целом заключительные стадии
биосинтеза хлорофилла включают в себя как световые, так и темновые
реакции:
208
Глава XI. Фотобиосинтетические реакции
П
655
650
I
свет
у V ту ----
-100 рс 676
684 .
II
свет
III
IV
-100°с
Хл
690 ________,
680 Оос
t
¦Хл
695 I 685 I
¦Хл1
683
670
1 V
п
633
626
свет
Хл670
У
675 *
уп692
Лл685
и длинноволновые формы
протохлорофил-
лид
хлорофиллид
хлорофилл
Хотя фитолизация хлорофиллида может происходить и в темноте, свет, по
данным ряда авторов, способен стимулировать реакцию хлорофиллид-
>хлорофилл.
Необходимо отметить, что процесс биосинтеза пигментной системы не
заканчивается реакцией хлорофил-лид-кхлорофилл (см. схему). После
образования хлорофилла из предшественников в фотосинтетическом аппарате
происходит ряд сложных физико-химических превращений, внешне
проявляющихся в так называемом спектральном сдвиге Шибата. Сущность этих
реакций заключается в изменении степени агрегации пигментов и характера
межмолекулярных взаимодействий с белками и липидами в ходе их включения в
липопро-теидный матрикс тилакоидной мембраны.
Из зависимости скорости реакции превращения протохлорофиллида в
хлорофиллид от интенсивности света следует, что данная реакция протекает
по одноквантовому механизму скорее всего через триплетное возбужденное
состояние (последнее следует из данных Г. П. Гу-риновича и сотр.).
Согласно данным Бордмана, фотопревращение протохлорофиллида в хлорофиллид
не чувствительно к изменениям вязкости среды и мало зависит от
температуры. Энергия активации этого процесса в интервале температур от -
40 до + 20°С составляет 1,3 и несколько возрастает при более низких
температурах (от -40 до - 70 °С), принимая значение 5,2 ккал/моль.
Заметное торможение фотоконверсии наблюдается лишь при температуре ниже -
80 °С. Все эти факты означают, что для протекания реакции не требуются
межмолекуляр-ные активационные столкновения.
1. Хлорофилл
209
В связи с этим на первый взгляд кажется неожиданным, что кинетика реакции
по протохлорофиллиду - зависимость скорости реакции от исходной
концентрации протохлорофиллида - подчиняется уравнению реакции не
первого, а второго порядка. Этот вывод следует из опытов Смита, Бенитеза,
Виргина, Мадсена, Бордмана на этиолированных и А. А. Шлыка на зеленых
растениях. Подобная кинетическая закономерность как будто бы должна
предусматривать столкновение между двумя молекулами протохлорофиллида -
возбужденной и невозбужденной. Противоречие между "световой" и
концентрационной кинетикой давно привлекает внимание исследователей.
По мнению Мадсена, в действительности имеет место реакция первого
порядка, которая в условиях эксперимента проявляется как реакция второго
порядка. Это может быть обусловлено тем, что при малых оптических
плотностях количество поглощенного света (т. е. количество электронно-
возбужденных состояний) возрастает пропорционально концентрации (С)
протохлорофиллида, поскольку /погл=/о-/проп=h-he~hc=/о (1 -ег**). Для
малых оптических плотностей e~hc№ 1-kC и, следовательно, Jnora - kloC.
Учитывая пропорциональность скорости конверсии концентрации вещества (для
реакции первого порядка) и количеству поглощенной световой энергии, после
под-
dC
становки в уравнение = kCInorjI вместо /погл произведения kl0C получим
следующее выражение для скорости процесса:
~ = kCk' С/0 = Ы0Сг.
Однако интерпретация Мадсена не совсем правомочна. Действительно, если
столкновения между возбужденной и невозбужденной молекулами
протохлорофиллида не нужны, то скорость реакции должна определяться не
общим количеством молекул, как это предполагает Мадсен, а лишь
количеством электронновозбужденных состояний, которое линейно, но не
квадратично зависит от концентрации протохлорофиллида.
В последнее время исследователи, работающие в области биосинтеза
хлорофилловых пигментов, все бо-
210
Глава XI. Фотобиосинтетические реакции
лее склоняются к точке зрения о кажущемся характере кинетики реакции
второго порядка фотовосстановления протохлорофиллида.
Из опытов Сиронваля, например, следует, что порядок реакции
протохлорофиллид->хлорофиллид зависит от длины волны действующего
монохроматического света при длительности светового импульса от 1 мс до 1
с. Так, для монохроматического света с длиной волны больше 647 нм
фототрансформация протохлорофиллида в этиолированных листьях подчиняется
кинетике реакции первого порядка. Второй порядок реакции регистрируется
