Похожие презентации:
Фотосинтетические пигменты
1. Фотосинтетические Пигменты
А.И. Фазлутдинова, к.б.н., доценткафедры БиБО
2.
Вещества, поглощающие видимый свет изапускающие химические реакции
фотосинтеза называются пигментами.
Фотосинтетические пигменты составляют
10-15% сухой массы хлоропластов.
в 1903 году русский ученый М.С.Цвет
изобрел принципиально новый метод
адсорбционной хроматографии для
разделения пигментов, который позволил
ему выделить хлорофилл а и хлорофилл b
и получить три фракции желтых
пигментов.
3.
4.
Поглощениепигментом кванта света
определяется характером распределения
электронов в молекуле данного пигмента.
Какие именно длины волн будет поглощать
пигмент, зависит от числа и от
расположения двойных связей в его
молекуле, а также от присутствия в нем
ароматических колец.
Роль главного рецепторного пигмента в
фотосинтезе играет хлорофилл, одним из
лучших доказательств этого является
сходство «спектра поглощения»
хлорофилла и «спектра действия»
фотосинтеза.
5.
Впереносе электронов при фотосинтезе
вовлекается только небольшая часть
молекул хлорофилла. Прочие его
молекулы выполняют роль
светособирающего комплекса или
светособирающей антенны.
6.
Растительныеорганизмы содержат
несколько видов пигментов. Обычно в
пластидах высших растений и водорослей
встречаются все три класса пигментов –
хлорофиллы, каротиноиды и фикобилины.
Организмы
Хлорофилл
Каротиноиды
Фикобилипротеины
а
b
c
Семенные растения
+
+
-
+
-
Мхи, папортники
+
+
-
+
-
Зеленые водоросли
+
+
-
+
-
Эвгленовые водоросли
+
+
-
+
-
Диатомовые водоросли
+
-
+
+
-
Динофлагелляты
+
-
+
+
-
Бурые водоросли
+
-
+
+
-
Красные водоросли
+
-
-
+
+
Криптофиты
+
-
+
+
+
7. хлорофилл
Молекулахлорофилла состоит из
порфириновой «головки» и фитольного
«хвоста». При этом порфириновая часть
молекулы находится на поверхности
мембраны тилакоида и связана с белками,
а жирорастворимая фитольная цепь
погружена в липидный слой.
Хлорофилл – это сложный эфир
дикарбоновой кислоты хлорофиллина, у
которой одна карбоксильная группа
этерифицирована остатком метилового
спирта, а другая – остатком одноатомного
непредельного спирта – фитола.
8.
Структурахлорофилла, лишенная фитола,
называется хлорофиллидом. При замещении
атома магния протонами в молекуле
хлорофиллов образуются феофетины.
9. Синтез хлорофилла
10. Свойства хлорофилла
Резковыраженные максимумы поглощения
хлорофиллов находятся в синефиолетовой (430-460нм) и красной (650700нм) частях спектра
11.
Растворхлорофилла
отражает свет с
измененной длиной волны,
поэтому хлорофилл
приобретает вишневокрасную окраску. Это
явление носит название
флуоресценции.
Растворы хлорофиллов
способны также к
фосфоресценции, т.е.
длительному
послесвечению, максимум
которого лежит в
инфракрасной области.
12.
Воснове механизмов флуоресценции и
фосфоресценции лежит способность
пигментов находится в
электронновозбужденном состоянии.
13. Функции хлорофилла
Молекулахлорофилла благодаря своим
структурным и физико-химическим
особенностям способна выполнять три
важнейшие функции:
избирательно поглощать энергию света;
запасать ее в виде энергии электронного
возбуждения;
фотохимически преобразовывать энергию
возбужденного состояния в химическую
энергию соединений.
14. каротиноиды
Каротиноиды – это полиеновые соединения,имеющие систему сопряженных двойных
связей. Они образуют 40-углеродную цепь,
построенную из 8 остатков изопрена. Циклы на
концах молекул каротиноидов являются
производными ионона.
К каротиноидам относятся три группы
соединений: 1) оранжевые или красные
пигменты каротины (С40Н56); 2) желтые
ксантофиллы (С40Н56О2 и С40Н56О4); 3)
каротиноидные кислоты – продукты
окисления каротиноидов с укороченной
цепочкой и карбоксильными группами.
15.
16.
17.
Спектрыпоглощения каротиноидов
характеризуются двумя полосами в
фиолетово-синей и синей области от 400
до 500 нм.
18. Роль каротиноидов
Онивыполняют роль дополнительных
пигментов, которые передают энергию
поглощенных квантов хлорофиллу а для
совершения фотохимической работы.
Каротиноиды выполняют функции
фотопротекторов, предохраняя
хлорофилл от фотоокисления на слишком
ярком свету.
19. фикобилины
Фикобилиныотносятся к группе желчных
пигментов – билинов. Это тетрапирролы с
открытой цепью, имеющие систему
конъюгированных двойных и одинарных
связей.
20.
Фикобилиныпоглощают свет в желтой и
зеленой областях спектра между двумя
максимумами поглощения света
хлорофиллов
21.
Фикобилипротеиныделятся на три
основные группы:
фикоэритрины – белки красного цвета с
максимумом поглощения 498-568 нм;
фикоцианины – сине-голубые белки с
максимумами поглощения 585-630 нм;
аллофикоцианины – синие белки с
максимумами поглощения 585-659 нм. Все
они обладают флуоресценцией и
водорастворимы.
22. Роль фикобилинов
Фикобилипротеины агрегируют друг с другом,образуя специальные гранулы фикобилисомы.
У цианобактерий, красных водорослей и
криптофитов фикобилисомы играют роль
дополнительных пигментов, выполняющих
вместо хлорофилла b функции
светособирающего комплекса.
Хроматическая комплементарная
адаптация водорослей. У водорослей,
имеющих различные формы
фикобилипротеинов, это явление проявляется
при изменении спектрального состава света:
при выращивании на красном свету
преобладает фикоцианин, а на зеленом –
фикоэритрин.
23. Светособирающие (антенные) комплексы
24.
25.
Благодарятому, что расстояние между
пигментами в АК не превышает 10нм,
передача энергии в реакционный центр
возможна без флуоресценции и
поглощения в виде света. Скорость такой
передачи достигает 10-9-10-10с. Вокруг
возбужденной светом молекулы пигмента
имеется временное магнитное поле
определенной частоты. В том случае, если
расположенная рядом молекула другого
пигмента имеет близкие значения
собственной частоты колебаний
электромагнитного поля, энергия
возбуждения может быть передана
резонансным путем от молекулы-донора к
молекуле-акцептору
26.
Необходимымусловием для передачи
энергии является перекрывание спектра
флуоресценции молекулы-донора со
спектром поглощения молекулыакцептора.
В АК энергия передается от каротиноидов
к хлорофиллам b, далее к хлорофиллам а
и, наконец, в реакционный центр к
хлорофиллам Р680 или Р700. Причем
эффективность переноса между
молекулами хлорофилла достигает 100%, а
между молекулами каротина и хлорофилла
всего лишь 40%.
27.
ССКФСII содержит 40 молекул
хлорофиллов а с максимумами поглощения
670-683 нм на один П680 и b-каротин.
ССК ФСI состоит из хромопротеинов,
содержащих 110 молекул хлорофиллов а с
максимумами поглощения 675-695 нм на
один П700, из них 60 молекул – компоненты
ССК самой фотосистемы, а 50 входят в
состав комплекса, который можно
рассматривать как ССК ФСI. Антенный
комплекс ФСI также содержит b-каротин.
28.
29. Разделение зарядов в фотосистемах
Вреакционных центрах энергия
возбуждения фотосинтетических
пигментов используется для разделения
зарядов. Разделение зарядов в
реакционных центрах происходит между
молекулами хлорофилловой природы и
связано с транспортом электронов.
30.
Вреакционном центре ФСI первичный
донор электронов - Р700, а акцептор –
мономерная форма хлорофилла а695 (А1).
Рассмотрим процесс разделения зарядов
на примере ФСI:
31.
Процессразделения зарядов,
происходящий в реакционном центре
фотосистемы, условно можно разделить на
несколько этапов. На первом этапе
(первичное разделение зарядов) под
действием света П700 переходит в
окисленное состояние П700*. На втором
этапе электроны переносятся на
соответствующие акцепторы А1. При этом
хлорофилл переходит в окисленную форму
П700+, а А1 восстанавливается (А1-).
Появление неспаренного электрона в
молекуле хлорофилла (П700+) инициирует
переход на нее электронов из ФСII через
медьсодержащий белок – пластоцианин.
32.
На заключительном этапе (вторичноеразделение зарядов), которое в среднем
занимает около 200 пикосекунд, происходит
процесс генерации на мембране тилакоида
градиента протонов. Электрохимический
градиент ионов водорода, формируемый в
процессе разделения зарядов на тилакоидной
мембране, представляет собой уже
электрическую форму энергии, которая может
быть трансформирована в химическую энергию
макроэргической связи АТР.
33. Фотолиз воды
В ходе ионизации воды образуются протоны,которые накапливаются на внутренней стороне
мембраны тилакоидов, и два «свободных
радикала» (2ОН.). Последние, по-видимому,
объединяются в перекись водорода, которая, в
дальнейшем, распадается, что и приводит к
выделению кислорода.