Вопрос 13. Хлорофилл, его формы. Понятие о возбужденном хлорофилле. Флуоресценция.
Хлорофилл (от греч. chloros — зеленый и phyllon — лист), зеленый пигмент растений, с помощью которого они улавливают энергию солнечного света и осуществляют фотосинтез, т. е. превращают солнечную энергию в энергию химических связей органических соединений. Содержится и в фотосинтезирующих организмах других видов — водорослях и бактериях. С точки зрения химического строения хлорофилл неоднороден. Существуют различные типы хлорофиллов. Основой химического строения всех хлорофиллов является сложное циклическое соединение — порфирин, содержащий центральный атом Mg и многоатомный гидрофобный спиртовой остаток.
В высших растениях и водорослях хлорофилл локализован в особых клеточных структурах — хлоропластaх и связан с белками и липидами этих структур. Хлоропласты высших растений и зеленых водорослей содержат два типа хлорофиллов, близких по структуре молекул, — хлорофиллы a и b. До сих пор науке были известны четыре формы хлорофилла: a, b, c (точнее с1 и с2) и d. Они немного различаются по строению — по химическим группам, навешенным на атомы углерода порфиринового кольца.
Хлорофилл а Хлорофилл b
Большая часть молекул хлорофиллов поглощает энергию света (что сопровождается возбуждением молекул хлорофиллов, то есть запасанием энергии внутри молекул) и передаёт её реакционным центрам фотосинтеза (миграция энергии), меньшая же часть включена в состав реакционных центров фотосинтеза и непосредственно участвует в фотохимических реакциях. За счёт энергии поглощённого кванта хлорофилл реакционного центра осуществляет межмолекулярный перенос электрона — так называемый элементарный окислительно-восстановительный акт. В результате первичных процессов фотосинтеза образуются восстановленные продукты (НАД-Н, НАДФ-Н), а также АТФ. Энергия, запасённая в этих соединениях, используется затем для биохимических превращений углерода, входящих в цикл Кальвина. Таким образом, свет, поглощённый хлорофиллом, преобразуется в потенциальную химическую энергию органических продуктов фотосинтеза. У фототрофных бактерий в фотосинтезе участвуют аналоги хлорофиллов — бактериохлорофиллы.
Хлорофилл обладает способностью к флуоресценции. Флуоресценция представляет собой свечение тел, возбуждаемое освещением и продолжающееся очень короткий промежуток времени (10-8—10-9 с). Свет, испускаемый при флюоресценции, имеет всегда большую длину волны по сравнению с поглощенным. Это связано с тем, что часть поглощенной энергии выделяется в виде тепла. Хлорофилл обладает красной флуоресценцией.
Флуоресценцией обычно называют излучательный переход возбужденного состояния с самого нижнего синглетного колебательного уровня S1 в основное состояние S0. В общем случае флуоресценцией называют разрешенный по спину излучательный переход между двумя состояниями одинаковой мультиплетности: между синглетными уровнями S1→S0 или триплетными T1→T0. К флуоресценции способны многие органические вещества, как правило содержащие систему сопряженных π-связей. Наиболее известными являются хинин, POPOP, флуоресцеин, акридиновые красители (акридиновый оранжевый, акридиновый желтый), родамины (родамин 6ж, родамин B) и многие другие.