Читайте также:
|
Пигменты можно классифицировать по функциональному значению:
1. Пигменты, принимающие участие в фотобиологических процессах, являющихся функционально значимыми в жизнедеятельности организма. К этой группе относятся фотосинтетические пигменты – хлорофилл зеленых растений, бактериохлорофиллы фотосинтетических бактерий, вспомогательные фотосинтетические пигменты— каротиноиды, ксантофиллы, фикобилины, зрительный пигмент — родопсин, регуляторные пигменты — фитохром и криптохромы.
2. Пигменты, биохимическая функция которых связана с функционально значимыми фотобиологическими процессами не непосредственно, а благодаря наличию в их молекулах хромофорных групп, избирательно поглощающих свет в видимой области спектра. К этой группе относятся пигменты, окрашенные в красный цвет (пигмент крови — гемоглобин, хромопротеид мышц — миоглобин, окислительно-восстановительные ферменты (каталаза, пероксидаза, цитохромы растительных и животных тканей), темно-голубые или зеленовато-синие гемоцианины и зеленый хлорокриарин (осуществляют у беспозвоночных функцию дыхательных пигментов), продукты распада гемоглобина (желчные пигменты) и др.
3. Пигменты, выполняющие функцию экранирования светочувствительных клеток и тканей. Наиболее распространенными пигментами этой группы у животных являются вещества ароматического строения — меланины. У растений во многих случаях экранирующую функцию выполняют каротиноиды и флавоноиды.
4. Пигменты морфолого-приспособнтельного значения. Придавая определенную окраску тем или иным частям организма, обеспечивают для животных маскировку, а для растений — привлечение насекомых-опылителей. К этой группе пигментов относятся флавины, птеридины, цианидины, меланины, встречающиеся в животном мире, антоцианы— у растений.
Для многих пигментов характерно близкое химическое строение пигментов. Например, основу фотосинтетических пигментов, дыхательных цитохромов, окислительно-восстановительных ферментов составляет порфирин — замкнутый цикл из четырех пиррольных колец. В филогенетическом плане многие пигменты являются очень древними компонентами клеток, в связи с чем одни и те же пигменты часто можно обнаружить у отдаленных друг от друга видов. Например, каротиноиды имеются у бактерий и высших растений, хлорофилл а — у высших растений и цианобактерий.
Общие закономерности фотобиологических процессов.
Фотобиологические процессы в основном сходны по своей общей схеме и состоят из нескольких этапов. Процесс начинается с поглощения кванта света веществами. Далее следует внутримолекулярный размен энергии — миграция электронно-возбужденного состояния по молекуле и локализация этого состояния в определенных участках молекулы. Этот процесс происходит очень быстро, и одновременно с ним осуществляется межмолекулярный перенос энергии электронно-возбужденного состояния — миграция от молекулы к молекуле. Этапы поглощения кванта света и миграции энергии электронного возбуждения составляют фотофизическую стадию фотобиологического процесса.
Фотофизическая стадия в соответствующих условиях может сопровождаться фотохимическими реакциями, химическими превращениями веществ, приводящими к возникновению первичных фотопродуктов. Эти фотопродукты обычно бывают нестабильными, в связи с чем продолжаются их превращения, завершающиеся образованием относительно стабильных молекул. Химические превращения, индуцированные фотофизической стадией процесса, составляют фотохимическую стадию.
Фотопродукты, принимая участие в биохимических или молекулярно-биологических явлениях, определяют биологическую реакцию клетки или многоклеточного организма на действие света.
Хотя фотобиологические процессы очень разнообразны, но любой из них можно разбить на ряд стадий:
1. Поглощение кванта света.
2. Внутримолекулярные процессы размена энергии.
3. Межмолекулярный перенос энергии возбужденного состояния (миграция энергии).
4. Первичный фотохимический акт.
5. Темновые превращения первичных фотохимических продуктов, заканчивающиеся образованием стабильных продуктов.
6. Биохимические реакции с участием фотопродуктов.
7. Общефизиологический ответ на действие света.
Фотобиологические процессы могут вызываться только такими квантами, энергия которых соизмерима с энергией связи электронов в молекуле, но не превышает ее. Такие кванты принадлежат сравнительно узкому участку спектра электромагнитных волн видимого света. При больших энергиях квантов может происходить ионизация и распад молекул, при меньших — не возникают электронно-возбужденные состояния.
В многоатомных молекулах электроны локализованы возле отдельных ядер, другие делокализованы между ядрами.
В поглощении молекулами света большое значение имеют π-электроны π-орбиталей. Если при поглощении кванта света возбуждению подвергается электрон π-орбитали, то говорят о (π, π*)-переходе, где π * обозначает орбиталь возбужденного электрона.
На каждом заполненном энергетическом уровне могут находиться только два электрона, имеющие противоположные собственные магнитные моменты (спины). Если молекуле сообщить энергию, например, в форме кванта света, то произойдет переход одного электрона с заполненного уровня (S0) на один из незаполненных уровней. Молекула при этом оказывается в электронно-возбужденном состоянии.. Уровни S0, S1, S2, называются синглетными, при переходах между ними спин электрона не меняется. Время жизни молекул в состоянии S, составляет 10-8 –10-10c. Именно на уровне S1 решается дальнейшая судьба всех возбужденных молекул. С определенной вероятностью могут реализоваться следующие пути превращения энергии состояния S1:
1) в тепло;
2) испускание кванта флюоресценции;
3) фотохимическая реакция;
4) передача энергии возбуждения другой молекуле;
5) обращение спина электрона и переход молекулы в триплетное возбужденное состояние Т1.
Переход из триплетного состояния в основное запрещен, так как спины электронов одинаковы. Поэтому в состоянии Ti молекула находится значительно дольше (10-4-10 с).
Существует несколько путей растраты энергии из триплетного (T1) состояния молекулы: 1) безизлучательный переход в S0 с обращением спина; 2) испускание кванта фосфоресценции; 3) фотохимическая реакция; 4) передача энергии возбуждения другой молекуле.
Дата добавления: 2015-12-08; просмотров: 112 | Нарушение авторских прав