Лабораторная работа № 5

ПИГМЕНТНЫЕ СИСТЕМЫ ФОТОСИНТЕТИЧЕСКОГО АППАРАТА

 

Цель:	познакомиться с методами выделения, химическими и спектральными свойствами основных групп пигментов растений.

Контрольные вопросы

 

1. Сущность и значение фотосинтеза. Общее уравнение фотосинтеза, его компоненты. Роль фотосинтеза в процессах энергетического и пластического обмена растительного организма. Фотосинтез как процесс трансформации энергии света в энергию химических связей. Масштабы фотосинтетической деятельности в биосфере.

2. Последовательность этапов в современной схеме фотосинтеза.

3. Структурная организация ФСА. Иерархия структур. Строение и функции листа, хлоропластов и элементов его ультраструктуры.

4. Пигментные системы фотосинтезирующего организма. Классификация пигментов, их соотношение и распространение.

5. Химическая природа, спектральные свойства и функции хлорофиллов.

6. Вспомогательные пигменты (фикобилины, каротиноиды). Распространение, химическое строение и спектральные свойства. Роль в фотосинтезе.

7. Первичные процессы фотосинтеза. Поглощение и запасание энергии света пигментами. Электронно-возбужденные состояния пигментов (синглетное, триплетное) и типы их релаксации.

8. Механизмы миграции энергии в системе фотосинтетических пигментов и ее преобразование в химический потенциал. Понятие реакционного центра и фотосинтетической единицы. Гетеро- и гомогенный перенос энергии.

9. Пигментбелковые комплексы аппарата фотосинтеза, их виды, функции, влияние на свойства пигментов.

10. Представление о фотосинтетической единице. Антенные комплексы. Реакционные центры, модели их структурной организации. Преобразование энергии в реакционном центре. Окислительно-восстановительные превращения хлорофилла реакционного центра. 

 

Пигменты фотосинтетического аппарата являются фотороцепторами, поскольку содержат в своем составе систему сопряженных двойных и одинарных химических связей, то есть делокализованные p-электроны, способные поглощать и временно запасать в форме возбужденного состояния энергию квантов видимой области солнечной радиации (300 - 700 нм), что и является одной из их функций.

По химической природе пигменты фотосинтеза относятся к двум классам: тетрапирролы и полиизопреноиды.

I. Тетрапирролы - продукты, образованные соединением четырех пиррольных колец метиновыми мостиками в циклические или линейные структуры. Циклические структуры с внедрением внутрь цикла металла (Mg) образуют группу пигментов:

1. Хлорофиллы (магнийпорфирины), различающиеся количеством и расположением радикалов у -углеродных атомов кольца. Универсальным пигментом для всех высших растений и водорослей является хлорофилл а (С₅₅Н₇₂О₅N₄Mg), входящий в состав реакционного центра - пигментбелкового комплекса, где энергия, поглощенная пигментом и затраченная на перенос электрона против градиента окислительно-восстановительного потенциала, преобразуется в химический потенциал восстановленного первичного акцептора. Хлорофиллы участвуют в преобразовании (хлорофилл «а») и переносе энергии (хлорофиллы «а» и «b»).

 

 

Линейные тетрапирролы образуют группу пигментов:

2. Фикобилины (билихромопротеиды) – вспомогательные пигменты фотосинтетического аппарата водорослей. Поглощают область спектра, обладающую хорошей проницаемостью в водной среде.

 

 

II. Полиизопреноиды, образующие группу пигментов – каротиноиды. Являются продуктами конденсации изопрена (СН₂=С(СН₃)–СН=СН₂), с образованием ациклических структур или, включающих циклы – иононновые кольца: моно- (-каротины), би- (кольца 2 типов: - и -иононновые). Различают:

1. Каротины, с общей формулой С₄₀Н₅₆ – не содержащие кислород.

 

 

2. Ксантофиллы – окисленные каротиноиды, включающие 1, 2, 3, 4, 6, 8 атомов кислорода. 

 

 

Функции каротиноидов: поглощение и перенос энергии, защитные и протекторные.