Строение, химические и оптические свойства хлорофилла и каротиноидов. Их физиологическая роль в процессах фотосинтеза

Для того, чтобы свет мог оказывать влияние на растительный организм (в том числе, процесс фотосинтеза) необходимо его поглощение фоторецепторами-пигментами. ПИГМЕНТЫ – окрашенные в-ва. Участвуют в фотосинтезе (далее – Ф-З) хлорофиллы, каротиноиды, фикобилины. Антоцианы – не участвуют, привлекают насекомых.

Хлорофиллы – самая распространенная по количеству и самая важная группа для процесса фотосинтеза.У высших растений А и В-хлорофиллы, С-хлорофилл – у бурых водорослей, Д-хлорофилл – у красных водорослей. Кроме того, известны еще четыре бактериофилла (А,В,С,Д), содержащиеся в клетках фотосинтезирующих бактерий.Основными пигментами, без которых Ф-З не идет, являются хлорофилл А для зеленых растений и бактериофиллы для бактерий. По строению хлорофиллы – сложные магний-производные порферина. В центре молекулы – атом магния, который соединен с четырьмя атомами азота пиррольных колец, в которых имеется система чередующихся простых и двойных связей. Это ХРОМОФОРНАЯ группа хлорофилла, обуславливающая поглощение определенных лучей солнечного спектра и его окраску. В молекуле присутствуют четыре пиррольных кольца, пятое кольцо – циклопентаноновое. Кольца между собой соединены метиновыми мостиками -С=. Все это и есть порфериновая структура. Кроме того, в молекуле присутствуют остатки спиртов С₂₀Н₃₉ОН- фитола и СН₃ОН- метанола.Это фитольная цепь (конец). Все хлорофиллы отличаются друг от друга радикалом у 2-го пиррольного кольца(у хлорофилла А – СН_3, у В – СНО). Хлорофилл поглощает свет в области синих и красных лучей.

Например: Хл -А:429 и 660 нм(синие и красные), Хл-В: 453нм и 642нм (синие и красные).

ОПТИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА: Кроме обычных хлорофиллов встретились особые длинноволновые формы Хл -А 680 и 700нм. Они играют важнейшую роль в Ф-Зе. Ним стекается энергия и они называются центрами фотосинтетических единиц. Поэтому их называют не Хл-А, а ХлР680 и ХлР700. Хл способен к флуоресценции.При этом он поглощает короткие и испускает более длинные волны. Поэтому в отраженном свете Хл не зеленый, а почти черный.

ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА Хл.:1. Взаимодействие с кислотами, при котором из молекулы Хл. Вытесняется атом магния и получается соединение бурого цвета – фиофетин (Магний отвечает за зеленую окраску Хл).2. Взаимодействие со щелочами.

Каратиноиды – это желто-оранжевые пигменты. Их разновидностей более 200. Самые распространенные – каротин С₄₀Н₅₆ и ксантофилл С₄₀Н₅₆О₂. По строению каратиноиды содержат особые кольца (два кольца) – ианоновые, которые связаны мостиками одинарно-двойной связи. Благодаря наличию двойной связи, каратиноиды могут поглощать квант света в области 450-500 нм(сине-голубые лучи).Поэтому их основное значение –

1.Поглощать сине-зеленые лучи, возбуждаться и передавать энергию на молекулу Хлорофилла.

К +квант света à К* ; К* + ХлàК+Хл*

2. Защитная. Каратиноиды поглощают сине-голубые лучи, их много в полдень, и защищают Хл от разрушения.

3. Каротиноидов много в пыльце, считается, что они повышают активность половых клеток и облегчают оплодотворение.