39. Дезактивация возбужденного состояния электрона. Физико-химическая природа фосфоресценции и флуоресценции. Фотохимическая работа.

Флуоресценция – явление, при котором вещество поглощает некоторые из падающих на него лучей и превращает их в лучи с более длинными волнами. Если источник света убрать, флуоресценция прекратиться.

Часть поглощаемой энергии может высвечиваться, например хлорофилл высвечивает в виде красного света, хлорофилл флуоресцирует вишневым цветом. Это доказывает, что часть поглощенной пигментом энергии не используется на фотосинтез, а выделяется снова с изменением длины волны. Флюоресценция тем сильнее, чем меньше поглощенной энергии света используется на фотосинтез.

Фосфоресценция в отличие от флюоресценции представляет собой выделение света с большим периодом времени затухания, что объясняется необходимостью поворота спина и вследствии этого большей протяженностью самого возбужденного состояния.

Поглотив квант синего света, электрон выделяет часть энергии в виде тепла, и переходит со второго в первое возбужденное синглетное состояние. Поэтому поглощение света в синей и красной областях спектра дает одинаковый спектр выделения флуоресценции (раствор флуоресцирует вишневым цветом независимо от того, какие кванты – синие или красные – поглотили пигменты) и выполняется одинаковое количество фотохимической работы.

Раствор пигментов флуоресцирует в 10 раз сильнее, чем живой лист, потому что в листе энергия растрачивается на фотохимическую работу, а в растворе нет.

Фотохимическая работа представляет собой перенос электронов против градиента потенциала, от вещества с большим положительным потенциалом до вещества с более отрицательным потенциалом. Перенос электронов от вещества с более положительным потенциалом к веществу с более отрицательным требует затраты энергии. Используется энергия поглощенного пигментом света. Для транспорта каждого электрона требуется два кванта. Этот перенос электронов против градиента окислительно-восстановительного потенциала и является фотохимической работой.

Дезактивация возбужденного состояния, как нами отмечалось, происходит за счет таких процессов, как фотохимическая работа, флуоресценция, фосфоресценция и безизлучательные переходы (в виде тепла). Последние переходы очень быстрые (10^–12 с), поэтому при переходе из одного возбужденного синглетного состояния к другому нет никакого шанса на выделение флуоресценции. Безизлучательные переходы характерны и для других состояний. Время жизни при флуоресценции для большинства органических молекул – ~ 10^–9 – 10^–8 с, для фосфоресценции – 10^–3 – 10^–2 с.

40. Природа резонансного переноса электронного возбуждения. Определение и примерный состав фотосистем.

Перенос или миграция энергии возбуждения происходит в направлении от вспомогательных пигментов к хлорофиллу а, а затем к специальному хлорофиллу (Р₇₀₀ и Р₆₈₀), где происходят фотохимические реакции. Следовательно, общим результатом стадии является сбор энергии возбуждения, вызванной светом, и передача ее на реакционный центр.

Наиболее общепризнанным механизмом передачи электронного возбуждения между молекулами пигментов является так называемый резонансный перенос. Для того чтобы произошел этот перенос энергии, возбужденная молекула должна индуцировать возбужденное состояние в другой молекуле, находящейся в непосредственной близости от нее.

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.

Надо же отметить, что для резонансного переноса электронного возбуждения необходимо, чтобы энергия, которую может передать возбужденная молекула, соответствовала энергии, которую может принять другая молекула.

Фотосистема – это совокупность светособирающего комплекса (ССК), фотохимического реакционного центра и связанных с ним молекул-переносчиков электрона.

По современным представлениям фотосистема является важнейшим структурно-функциональным звеном фотосинтетического аппарата.

Две пигментные фотосистемы – это две машины, движущие фотосинтез на световой стадии.

Каждой фотосистеме соответствует отдельный набор пигментов, а также связанных с ними переносчиков электронов, и в каждой фотосистеме происходят свои, только ей присущие, фотосинтетические реакции.