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. Более подробно о фотохимической работе мы поговорим позднее. Итак, поглотив квант света, молекула пигмента переходит в короткоживущее возбужденное состояние, быстро выделяет эту энергию перечисленными выше путями 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).

Время, необходимое для реакции дезактивации возбужденного состояния, обычно выражают через время жизни. Время жизни – это время, которое необходимо чтобы количество молекул в данном состоянии (в данном случае в возбужденном) уменьшалась на 63 %; для оценки времени жизни используется также период полуразрушения (когда количество уменьшается на 50 %).

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), 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.

Две пигментные фотосистемы – это две машины, движущие фотосинтез на световой стадии. Каждая состоит из реакционного центра и ансамбля молекул – светособирающих пигментов (пигмент-белковый комплекс – ПБК. Каждой фотосистеме соответствует свой отдельный набор пигментов, а также связанных с ними переносчиков электронов и в каждой фотосистеме происходят свои, только ей присущие фотосинтетические реакции.

В состав ФС I входят первая пигментная система с Р₇₀₀, мономерная форма Хл а₆₉₅, белки, содержащие железо и серу, 1–2 молекулы ферродоксина, по 1 молекуле цитохрома и пластицианина и 2 молекулы цитохрома b ₆;

В состав ФС II – вторая пигментная система с Р₆₈₀, 4 молекулы пластацианина, 2 молекулы цитохрома b₅₅₉ и 6 атомов марганца.

В ЭТЦ входит и пул пластахинонов – липидрастворимых переносчиков е^– и Н⁺.

В состав светособирающих пигментов (светособирающие антены) входят: каротин, Хл а₆₆₂, а₆₇₀, а₆₇₇, а₆₈₄, а₆₉₂ (ФС I) и ФС II: а₆₂₂, а₆₇₀, а₆₇₇. Кроме того, имеется еще светособирающий белковый комплекс (ССК)

Считают, что при низкой интенсивности света собственные антенны ФС I и ФС II поглощают мало квантов света и поэтому не могут поддерживать необходимой скорости фотосинтезирующих реакций, и нужен дополнительный приток энергии, который обеспечит ССК.

В состав ССК входят ксантофиллы, хлорофилл b, некоторое количество хлорофилла а. ССК передает поглощенную энергию на ПБК и затем на реакционный центр.