21. Поглощение света пигментами. Законы поглощения света.

Ответ. Все пигменты поглощают свет избирательно. В случае хлорофилла наиболее полно поглощаются красные и сине-фиолетовые лучи. Небольшая разница в строении молекулы хлорофиллов а и b обуславливает некоторую разницу в поглощении ими света. Хлорофилл а более полно поглощает свет с длиною волны 670, 680, 700 и 435 нм, а хлорофилл b – 650 и 480 нм. Желтые пигменты имеют основные полисы поглощения света в синей и фиолетовой частях спектра. Немного они поглощают и зеленые лучи. Пигменты зеленого листа поглощают свет. Известны следующие законы поглощения света. Только свет, который поглощается, может производить химическое действие. Каждый квант активирует только одну молекулу. Вся энергия кванта поглощается одним электроном, который подымается на более высокий энергетический уровень. Вероятность поглощения света зависит от длины волны и от относительной ориентации его электромагнитного поля по отношению к электронам в молекуле, которая поглощает этот свет. На поглощение света влияет взаимное размещение электронов в атоме или молекуле; это связано с тем, что электроны обладают так называемым спином. Фотохимическая работа представляет собой перенос электронов против градиента потенциала, от вещества с большим положительным потенциалом до вещества с более отрицательным потенциалом. Поглотив квант света, молекула пигмента переходит в короткоживущее возбужденное состояние, быстро выделяет энергию и переходит в основное состояние. Таким образом, первичные процессы дальнейших фотохимических реакций заключается в акте поглощения света с последующей потерей (дезактивацией) возбужденного состояния. Поглощение света является очень быстрым актом (10–15 с – синий свет). Дезактивация возбужденного состояния происходит за счет таких процессов, как фотохимическая работа, флуоресценция, фосфоресценция и безизлучательные переходы (в виде тепла). Последние переходы очень быстрые (10–12 с). Пигменты в хлоропластах образуют у высших растений две системы. Каждая пигментная система составляет фотосинтетическую единицу, которая входит в фотосистемы I и II. Каждая из этих единиц состоит из набора молекул вспомогательных пигментов, передающих энергию на одну молекулу головного пигмента (Р700 и Р680). Последние молекулы входят в состав реакционных центров. В реакционных центрах энергия используется для осуществления химической реакции, которая является центральным звеном фотосинтеза. Первой стадией фотосинтеза является поглощение света, затем идет перенос энергии возбуждения и дальше фотохимические стадии в виде химических реакций. Перенос электронного возбуждения происходит тогда, когда индуцируется колебание электрона в другой молекуле. Когда перенос возбуждения завершен, колебания электрона в первой молекуле прекращаются и возникают колебания электрона в другой молекуле, которая в свою очередь переходит в возбужденное состояние. Таким образом, резонансный перенос возбужденного состояния от одной молекулы к другой подобен механизму первичного поглощения света в том отношении, что колебания некоторого электрона в молекуле индуцируется локально изменяющимся электрическим полем. Световая энергия, поглощенная большим количеством молекул пигментов, используется одной химически активной системой, которая включает молекулу (или группу молекул) пигмента и связанные с ней доноры и акцепторы электронов. Это уницентральная (автономная) модель фотосинтетической единицы, где поглощаемая комплексом пигментов энергия может быть направлена только в свой реакционный центр. Физическая энергия уловленных фотонов должна быть видоизменена и переведена в «химическую» энергию. Энергия мигрирует до реакционных центров. В результате отдельные электроны получают достаточное количество энергии для того, чтобы они могли перейти от молекул хлорофилла Р700 или Р680 до молекул-переносчиков электронов. Переносчик поглощает определенную часть этой энергии активации и передает электрон следующему переносчику, где этот процесс повторяется. В хлоропластах разные переносчики электронов расположены на мембране или внутри мембран и образуют ряд, в пределах которого они располагаются в соответствии со способностью присоединять электроны (другими словами, с их окислительно-восстановительным потенциалом). Таким образом, электрон переходит от одного переносчика к другому, наподобие с тем, как движется по каскаду вода – с одного уступа на другой. Молекула, которая теряет электрон, окисляется, а которая получает – восстанавливается, то это окислительно-восстановительный процесс. Для транспорта электронов от одного переносчика ко второму, как и для передачи энергии между молекулами пигментов, необходима тщательная упаковка молекул и строгая упорядоченность в их размещении, поэтому световая стадия фотосинтеза связана с тилакоидными мембранами хлоропластов. Кроме этого, с помощью мембран происходит разобщение процессов образования кислорода и мощного восстановителя, в противном случае, они могли бы взаимодействовать. Физический смысл закона Бугера: при прохождении света через вещество его интенсивность уменьшается в результате поглощения энергии световой волны атомами или молекулами вещества. Степень поглощения света зависит от толщины слоя вещества, длины волны света и вида поглощающего вещества.