ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Пигменты хлоропластов из "Фотосинтез" Вид сверху (над слоем хлорофилла). Б верхней части фигуры рамкой со стрелкой отмечен участок, который на фиг. 14, Б представлен в увеличенном виде. Б. Вертикальный разрез ламеллы в направлении аЬ (вид с точки р). [c.33] НИЗКИЙ оптический дихроизм хлоропластов может объясняться именно этой недостаточно строгой ориентацией. Парк и др. [251—253] определили молекулярный состав квантосом, исследуя разрушенные хлоропласты шпината. Для зеленых ламеллярных структур диаметром от 2000 до 80 нм, полученных центрифугированием при постепенно возрастающих скоростях, отношение хлорофилла к азоту было довольно постоянным. Крупные структуры были, по-видимому, лишены гран, тогда как фракция более мелких частиц содержала граны. Эти результаты служат доказательством равномерного распределения хлорофилла по всей ламеллярной структуре хлоропласта. Было высказано предположение, что обычно наблюдаемая флуоресценция одних только гран объясняется более высоким содержанием ламеллярных структур. В квантосомах были обнаружены небольшие количества трех переходных металлов — железа, марганца и меди, причём концентрация марганца оказалась наиболее низкой. Марганец необходим для выделения кислорода при фотосинтезе. Учитывая это. Парк и Пон [253] рассчитали молекулярный вес наименьшей единицы в ламелле, которая, очевидно, еще могла бы осуществлять фотосинтез, т. е. частицы, соответствующей одному атому марганца. Он оказался равным 9,6-10 . Позже [251] расчеты были проведены с учетом данных об объеме квантосом (полученных путем измерений на электронных микрофотографиях), а также результатов определений эффективной плавучей плотности разрушенных ламеллярных структур в ультрацентрифуге. Было обнаружено, что молекулярный вес квантосом равен 2-10 , что соответствует двум атомам марганца. Данные о молекулярном составе квантосом представлены в табл. 1. Мембрана толщиной 10 нм содержит 50% липида и 50% белка. Следовательно, с учетом разницы в плотности (1,0 1,4) можно считать, что на долю липида приходится около 6,5 нм толщины мембраны, а это согласуется с представлением о существовании двойного липидного слоя. [c.35] Для этих четырех видов средняя величина поглощения составляла 400—500 нм. 92 600-600 нм, 71И 600—700 нм, 84Х. / — среднее для четырех видов Я —фикуС Л/ —фасоль /К-капуста V-шпинат V/ —листовая свекла Г//-табак. [c.37] Треугольники — клетки hlorella, рассеяние измерялось под углом 90° 15° квадраты— клетки hlorella (данные других исследователей), рассеяние измерялось под углом 22—85° кружки — хлоропласты шпината, рассеяние измерялось под углом 5—49°. [c.40] ЛСнрная линия— экспериментальная кривая тонкие сплошные линиикривые, рассчитанные для четырех гипотетических компонентов прерывистая линия — сумма четырех расчетных кривых (кривые первой производной). [c.42] Возможно, именно этот метод следует считать наилучшим для получения спектров поглощения. [c.42] При дальнейшем освещении максимум снова перемещается в длинноволновую сторону, приближаясь в итоге к 680 нм одновременно наблюдается интенсивное образование хлорофилла [278]. [c.44] Источники ошибок при измерении флуоресценции еще более многочисленны, чем при измерении поглощения. Свет флуоресценции, который должен быть измерен, необходимо с помощью фильтров отделить от выходящего из клетки рассеянного возбуждающего света (часть этого света может иметь ту же или почти ту же длину волны см. фиг. 18 и фиг. 23). Еще одним источником ошибок является реабсорбция излучаемого света внутри самой клетки ее, однако, можно свести к минимуму, если использовать ткани с. очень низким содержанием хлорофилла. На фиг. 23 показан спектр флуоресценции белых участков листа пестролистной разновидности плюща видно, что он сильно напоминает спектр флуоресценции хлорофилла а в эфире (фиг. 8, Л), хотя и с некоторым смещением максимума в длинноволновую сторону (как это характерно также для спектра поглощения in vivo). В нормальном листе реабсорбция вблизи максимума поглощения хлорофилла а значительно уменьшает интенсивность флуоресценции и еще больше сдвигает максимум в длинноволновую сторону. В то же время дальний красный максимум флуоресценции при 740 нм, где хлорофилл поглощает совсем слабо, в нормальном листе оказывается значительно выше благодаря более высокому содержанию хлорофилла. Рассеяние и внутреннее отражение в листе, которые увеличивают реабсорбцию, удлинняя путь света, можно уменьшить, инфильтрируя межклетники водой [304]. Этот же метод можно использовать и для улучшения спектров поглощения. [c.45] В 1951 г. Дейзенс [64—66] обнаружил, что независимо от того, освещались ли клетки hlorella светом 420 нм (который поглощается в основном хлорофиллом а) или светом 480 нм (который поглощается главным образом хлорофиллом Ь), полученный спектр флуоресценции представлял собой спектр флуоресценции хлорофилла а хлорофилл Ь не флуоресцировал. [c.45] Числа на кривых —длины волн. [c.47] Подробное обсуждение механизма переноса энергии между молекулами пигмента в хлоропластах выходит за пределы данной книги. Однако некоторые понятия, широко используемые в литературе по фотосинтезу, заслуживают разъяснения. Б начале 1950-х годов такой перенос энергии связывали обычно с индуктивным резонансом. Считалось, что этот относительно медленный перенос может происходить между слабо связанными друг с другом молекулами в растворе, например между молекулами хлорофилла Ь и хлорофилла а [259] (см. стр. 31). Позже, с развитием физики твердого тела, некоторые исследователи пришли к выводу, что молекулы хлорофилла расположены в двумерной молекулярной кристаллической решетке и ведут себя подобно полупроводнику. В таком случае соседние молекулы должны взаимодействовать так сильно, что их орбитали будут перекрываться. Миграция экситона (представляемого как электрон и положительно заряженная дырка, движущиеся вместе по решетке [187]) должна при этом происходить столь быстро, что приписать этот экситон в любой данный момент какой-либо определенной молекуле не представляется возможным. Арнольд и Шервуд [4] показали, что если высушенные хлоропласты сначала осветить при комнатной температуре, а затем нагреть до 140° С, то они будут излучать свет. Такого рода результаты подтверждают представление о том, что хлоропласты— это система, обладающая свойствами твердого тела. Описанные процессы происходили бы в полупроводнике, если бы часть возбужденных электронов захватывалась дефектами кристаллической решетки, а затем в результате поглощения кванта дальнего красного света освобождалась и попадала обратно в дырки. Аналогичные явления наблюдались в опытах со све-. жими суспензиями hlorella и листьями (по техническим причинам, однако, их не удалось исследовать количественно). Было высказано предположение, что такой же механизм лежит в основе очень слабого послесвечения, наблюдаемого в темноте при нормальной температуре после освещения зеленых тканей [285]. [c.49] Для того чтобы мог происходить фотосинтез, в хлоропласты должна поступать двуокись углерода. Небольшое количество СО2 образуется в результате дыхания в митохондриях, нахо-ДЯШ.ИХСЯ по соседству с хлоропластами (сами хлоропласты, по-видимому, не дышат), но, разумеется, количество углерода в растении от этого не увеличивается. Главным поставщиком углерода служит внешняя среда, т. е. либо вода, в которую погружены листья водных растений и в которой растворен углекислый газ, либо воздух, окружающий листья наземных растений. Фотосинтезирующие растения поглощают СО2 из окружающей среды, вследствие чего концентрация СО2 вблизи растения снижается, т. е. возникает градиент концентрации. Благодаря этому градиенту происходит диффузия (обусловленная беспорядочным тепловым движением молекул) из области с более высокой концентрацией СО2 в область с более низкой концентрацией. В полностью неподвижной воде или в неподвижном воздухе этот градиент теоретически должен был бы простираться до бесконечности, т. е. стационарное состояние не могло бы установиться. На самом же деле в достаточно большом, но конечном объеме, содержащем СО2 и растение, стационарное состояние устанавливается довольно быстро. Кроме того, в присутствии транспирнрующего растения воздух не может быть полностью неподвижным (стр. 62), и даже в воде, по-видимому. всегда существуют хотя бы небольшие конвекционные токи, обусловленные местными разностями температуры. Однако, несмотря на эти неизбежные слабые движения в практически неподвижном воздухе или в воде, СО2 поступает в растение гораздо медленнее, чем в активно перемешиваемой среде. Следовательно, молекулы среды (воздуха или воды) препятствуют движению молекул СО2 иными словами, диффузионный ток, направленный к растению, встречает на своем пути определенное сопротивление. [c.52] Проблем при попытках культивировать хлореллу для пищевых целей. Действительно, даже при высокой концентрации СО2 в питательном растворе для получения большого урожая растительной массы приходится непрерывно и весьма энергично перемешивать раствор. [c.53] Можно измерять объем при нормальных условиях температуры и давления, но в этом случае необходимо градиент парциального давления также приводить к 273 К, так что конечный результат оказывается одинаковым. [c.54] Для СОг в воздухе при 20° С и давлении в 1 бар коэффициент диффузии равен 0,160 см -с соответствующая величина значения для СОг в воде равна 0,160-10 см -с . [c.54] Буква Ь с индексом или без него обозначает эффективную длину, или сопротивление, отнесенное к единице площади поверхности. [c.56] Сопротивление диффузии СО2 во внещней среде, вплоть до поверхности растения, мы будем называть внешним сопротивлением (Рехг) Перемещивание среды приводит как бы к снижению этого внещнего сопротивления, хотя, разумеется, в действительности такое уменьшение сопротивления обусловлено укорочением диффузионного пути (иными словами, уменьшением расстояния до той точки, в которой концентрация СО2 практически совпадает с концентрацией в основной массе среды). Внутренние пути диффузии СО2, от поверхности растения до хлоропластов, проходят либо частично через воздух и частично через воду (листья наземных растений), либо целиком в воде (листья водных растений). В обоих случаях принято считать, что среда неподвижна однако не исключено, что в фотосинтезирующей клетке вблизи хлоропласта, т. е. на конечном участке пути в воде, диффузия СО2 ускоряется благодаря движению цитоплазмы. [c.56] Вернуться к основной статье