3. Фикобилины

Сине-зеленые и красные водоросли помимо хлорофилла а и каротиноидов содержат пигменты фикобилины. Их молекула состоит из 4 последовательных пиррольных колец (рис. 5.3). Фикобилины являются хромофорными группами глобулиновых белков фикобилипротеинов. Они делятся на 3 группы: 1) фикоэритрины – белки красного цвета, 2) фикоцианины – сине-голубые белки и 3) аллофикоцианины – синие белки. Все они обладают флуоресценцией и растворимы в воде.

Фикобилины имеют максимумы поглощения в оранжевой, желтой и зеленой частях спектра света. Это позволяет водорослям полнее использовать свет, проникающий в воду. Вода обладает светопоглощающей способностью. На глубине около 30 м полностью исчезают красные лучи, около 180 м – желтые, 320 м – зеленые, а на глубину более 500 м не проникают синие и фиолетовые лучи. Фикобилины – это дополнительные пигменты, участвующие в светособирающем комплексе. Около 90 % энергии света, поглощенного фикобилинами, передается на хлорофилл а.

У растений имеется фикобилин фитохром. Он не участвует в фотосинтезе, но является фоторецептором красного и дальнего красного света и выполняет регуляторные функции в клетках растений.

37. Хлорофилл, его строение, расположение в мембранах, свойства, спектры поглощения.

У всех высших растений, водорослей и цианобактерий содержится хлорофилл a, хлорофилл b имеется у высших растений и зеленых водорослей. Хлорофилл с, лишенный фитола, содержится в бурых и диатомовых водорослях, хлорофилл d – в красных водорослях. Фотосинтезирующие зеленые бактерии имеют бактериохлорофиллы c и d, пурпурные бактерии - бактериохлорофиллы a и b.

У хлорофилла а четыре пиррольных кольца соединены между собой метиновыми мостиками (=СН-), образуя порфириновое кольцо. Кроме того, атомы азота пиррольных колец связаны с атомом магния. С порфириновым ядром соединено циклопентановое кольцо, образованное остатком кетопропионовой кислоты и содержащее активные карбонильную (С=О) и метилированную карбоксильную (О=С-О-СН₃) группы. Структура, состоящая из порфиринового ядра и циклопентанового кольца, называется форбином. Боковая цепь, состоящая из пропионовой кислоты и непредельного спирта фитола, связана с атомом углерода IV пиррольного кольца (рис. 5.1). Хлорофилл, лишенный фитола, называется хлорофиллидом. Если атом магния замещен протоном, то такое соединение носит название феофитина. Активность хлорофиллов, также как и других пигментов, обусловлена наличием большого количества двойных связей с делокализованными электронами.

Хлорофилл— пигмент, окрашивающий растения в зеленый цвет. Это азотистое тело, не растворимое в воде, растворимое в спирте, эфире, сероуглероде и маслах. X. легко разлагается от действия света, кислот и щелочей. При падающем свете флуоресцирует вишнево-красным цветом. Для извлечения X. листья обрабатываются спиртом. Зеленая вытяжка кроме X. содержит другие пигменты и посторонние примеси. Для разделения пигментов существует несколько способов. Один изх них состоит в том, что спиртовая вытяжка осаждается баритовой водой, образовавшийся зеленый осадок собирается на фильтре и обрабатывается спиртом, который извлекает желтые пигменты — ксантофилл и каротин. Хорошо промытый спиртом зеленый осадок разлагается едким кали. На полученный зеленый раствор наливается слой эфира, и затем, для нейтрализации едкого кали, прибавляется по каплям слабая уксусная кислота. После нейтрализации и взбалтывания X. переходит в слой эфира. Но полученный по этому способу X. уже несколько изменен. Получить вполне чистый и неизмененный X. крайне трудно. Лучшие результаты дает следующий способ. Листья извлекаются 82-процентным спиртом. Экстракт взбалтывается с равным объемом сероуглерода. Сероуглеродный слой отделяется и еще несколько раз взбалтывается с равными объемами спирта прежней крепости. Затем сроуглеродный раствор выпаривается и осадок растворяется в спирте. Из всех свойств X. особенного внимания заслуживает его спектр поглощения.

В спектре X. слабой концентрации замечается одна резкая полоса между фрауенгоферовыми линиями В и С и поглощение лучей вправо от линии b (фиг. 1, I). При средней концентрации появляются еще три полосы между С и D, на D и немного влево от E (фиг. 1, II). При увеличении концентрации абсорбционные полосы делаются толще, сливаются, так что через концентрированный раствор X. проходят уже только красные лучи между А и В и часть зеленых лучей. Наконец, при еще большей концентрации и зеленые лучи поглощаются, проходят только одни красные лучи между А и В. Желтые пигменты дают сплошное поглощение всех лучей вправо от линии b (фиг. 1, III). Образование X. зависит от нескольких условий. Одно из них — свет. Выросшие в темноте листья всегда желтого цвета. Такие листья называются этиолированными; будучи выставлены на свет, они скоро зеленеют. Исключение представляют только ростки некоторых хвойных, молодые ваи папоротников, а также некоторые одноклеточные водоросли, зеленеющие в темноте. Для зеленения наиболее благоприятен свет средней напряженности. Если часть выросших в темноте растений выставить на прямой солнечный свет, другую же часть, также выставленную на свет, затенить вертикально повешенными листьями бумаги, то зеленеть постоянно начинают скорее затененные растения. Это объясняется тем, что одновременно с зеленением идет противоположный процесс разрушения X. На слабом и среднем свете разрушения X. почти не происходит. На ярком же свете одновременно с сильным образованием X. идет очень значительное разрушение его и в результате — более слабое зеленение, чем на рассеянном свете. Для зеленения достаточно очень слабого света. Различные лучи спектра неодинаково влияют на образование X. Для изолирования отдельных частей спектра пользуются методом цветных экранов: берутся стеклянные колокола с двойными стенками, наполненные цветными жидкостями. Один колокол наполняется раствором двухромокислого калия, другой — аммиачным раствором окиси меди. Первая жидкость при средней концентрации пропускает лучи первой менее преломляемой части спектра, т. е. красные, оранжевые, желтые и часть зеленых. Вторая жидкость пропускает лучи остальной половины спектра, т. е. вторую половину зеленых, голубые, синие и фиолетовые. Следовательно, при помощи двух названных растворов спектр делится на две половины. На слабом свете зеленение наступает ранее под желтыми колпаками, на ярком же свете — под синими колпаками. Образование X. зависит также от температуры. При очень низкой, как и при очень высокой температуре, нет зеленения.

В зависимости от света и температуры воздуха находится осенняя окраска листьев. Осенние лучи солнца разрушают X., низкая же температура препятствует его новообразованию.