Спектры поглощения и спектры действия. Возбуждение хлорофилла светом.
Изучая такой процесс, как фотосинтез, который активируется светом, важно определить спектры действия данного процесса для идентификации вовлеченных в него пигментов. Спектр действия представляет собой график, показывающий зависимость эффективности изучаемого процесса от воздействия света с различными длинами волн.
Спектр поглощения представляет собой график зависимости относительного количества поглощенного пигментом света от различной длины волны. На рисунке показаны спектр действия фотосинтеза и спектр поглощения для комбинированных фотосинтетических пигментов.
Обратите внимание на большое сходство представленных графиков, а это значит, что за поглощение света при фотосинтезе ответственны пигменты, и в особенности хлорофилл.
Возбуждение хлорофилла светом
Когда молекула хлорофилла или другого фотосинтетического пигмента поглощает свет, говорят, что она перешла в возбужденное состояние. Энергия света используется для перевода электронов на более высокий энергетический уровень. Энергия света улавливается хлорофиллом и преобразуется в химическую энергию. Возбужденное состояние хлорофилла неустойчиво, и его молекулы стремятся вернуться в обычное (устойчивое) состояние. Например, если через раствор хлорофилла пропустить свет, а затем понаблюдать за ним в темноте, то мы увидим, что раствор флуоресцирует. Это происходит потому, что избыточная энергия возбуждения преобразуется в свет с большей длиной волны (и меньшей энергией), при этом остаток энергии теряется в виде тепла.
Возбужденные электроны возвращаются в свое обычное низкоэнергетическое состояние. В живом растении высвобождаемая энергия может переходить к другой молекуле хлорофилла (см. ниже). При этом возбужденный электрон может переходить от молекулы хлорофилла к другой молекуле, называемой акцептором электронов. Поскольку электрон отрицательно заряжен, то после его «ухода» в молекуле хлорофилла остается положительно заряженная «дырка».
Процесс отдачи электронов называется окислением, а процесс их приобретения — восстановлением. Следовательно, хлорофилл окисляется, а акцептор электронов восстанавливается. Хлорофилл замещает утраченные электроны за счет низко энергетических электронов других молекул, называемых донорами электронов.
Первые стадии процесса фотосинтеза включают в себя перемещение и энергии, и возбужденных электронов между молекулами в рамках фотосистем, описываемых ниже.
