Фотосинтездің жарық сатысы
Фотосинтездік жүйелердегі энергия ауысу процестері
Фотосинтездің жарык сатысы фотоеинтездік жүйелер құрамындағы пигменттердің жарық квантын (фотон) сіңіруінен басталады. Жоғарыда көрсетілгендей жеке пигменттердің сіңіретін сәулелері спектрдің әр түрлі аймақтарына тура келеді. Бұл ерекшеліктер олардың молекулаларындағы электрондардың орналасу реттеріне байланысты.
Пигменттің фотонды сініруінен оның молекуласындағы электрондардың орналасуы өзгеріл «ырықтанған» күйге ауысады. Мысалы, қызыл сәуле квантын сіңірген хлорофилл молекуласы қозған синтгменттік — S* күйге көшеді. Энергиясы молырақ көк сәуле кванты сіңгенде электрон одан да жоғары қозған деңгейге (орбиталь) — S,* көтеріледі. Хлорофилдің қозған — энергетикалық деңгейі жоғарылаған молекуласы бірнеше жолмен бұрынғы қалпына қайтып келеді. Осы күйдегі энергияның біраз бөлігін жылу түрінде бөліп шығарып хлорофилл молекуласы ұзын толқынды жарық квантын сәулелендіруі мүмкін. Бұл құбылыс флуоресценсия деп аталады. Энергияның ендігі бөлігі молекула синглеттік қозған күйден тұрақтылау трипеттік — Т күйге ауысқанда бөлінеді. Осы күйдегі молекула одан да ұзын толқынды жарық квантын сәулелендіріп (фосфоресцвисия) негізгі күйіне қайтып келеді.
Ең соңында қозған молекуладағы энергия фотохимиялық реакцияларға жұмсалады. Хлорофилл молекуласының энергетикалық күйлері және электронды қозу энергиясының жұмсалу жолдары. Сандар молекуланың жеке күйдегі өмірін көрсетеді (секунд) (В.В.Полевой, 1989). Осындай өзгерістер фотосинтездік жүйелер құрамындағы барлық пигмент молекулаларына тән деуге болады. Яғни, олардың әрқайсысы өздерінің молекулалык құрылысына байланысты толқын ұзындықтары түрліше сәулелерді өшіріп, оны соңында реакциялық орталықтағы фотохимиялық реакцияға тікелей қатысатын хлорофилл (Р-,,щ, Рт) молекулаларына жеткізеді.
Ізірінші және екінші фотосинтездік жүйелердегі энергияның ауысуы жоғарыдан төмен қарай аққан сияқты болады. Оның мәнісі квант энергиясы антенналық пигменттерден реакциялық орталықтағы Р.00және Р68() пигменттеріне жеткенше біртіндеп азаяды. Сонымен, жарық жинаушы антенна пигменттері (ЖЖП) реакциялық орталык пигменттеріне қарағанда энергиясы молырақ (кыска толкынды) фотондарды сіңіреді. Сондықтан, қозу энергиясы фото жүйелерде Р_()() немесе Р680 пигменттерге жеткенсін кері бағытта ауыспайды да, фотохимиялық реакциялар энергияның жұмсалуын ең тиімді жолы болып қалады.
Осы айтылғандарға сәйкес фотожүйелердегі энергия ауысуының мүмкін бірізділігін төмендегіше бейнелеуге болады (3.6-сурет).
3.6-сурет. Фотожүйелердегі және тиісті жарық жинаушы комплекстегі пигменттердің болжамды орналасуы және әрекеттестігі (Т.Гудвин,
Э.Мерсер, 1986):
I, II ФЖ — фотожүйелер, ЖЖК — жарық жинаушы комплекс.
Қозған пигмент молекулаларындағы энергияның I және II фото жүйелердегі P70ft немесе Р680 пигменттерге жеткенге дейінгі геометриялық жылжу жолы бағытсыз, кездейсоқ шарлауға ұқсас деп есептеледі. Реакциялық орталықтардың жарық жинаушы молекулалардың арасында орналасуы кездейсоқ болуы мүмкін. Демек біріншіден, антеннадағы кез келген молекулаға сіңген энергия басқа молекулаларға ауысып, соңында кез келген реакциялық орталық енуі мүмкін. Екіншіден, белгілі бір реакциялық орталық антенадағы молекулалардың белгілі тобынан ғана энергия қабылдап және пигментгік жүйедегі сінген кез келген квант және тек бір ғана реакциялық орталыққа енуі мүмкін.
Реакциялық орталықтағы фотохимиялық реакция өте жылдам жүзеге асатын болуы керек. Ондай болмаса, қозған сингленттік күйде Р,00 және P6g0 өз энергиясын флуоресценцияға шығындар еді. Шындығында фотосинтездеуші бактерияларда фотохимиялық реакция шамамен 6 10 !2 секундте, яғни флуоресценция мезгілінен бірнеше рет жылдамырақ іске асады екен. Ендеше, реакиия осындай жылдамдық пен өтуі үшін пигменттердің әрқайсысы Р,(10 (немесе Рш) тилакоид мембранасында өз энергаясын беретін тотығу-тотықсыздану жүйесімен қатар орналасуы кажет. Сондай-ақ, тотықкан Р*,00 (немесе V , ) пигментке электрон беретін тотығу- тотыксыздану жүйесі онымен қатарласып, жақын орналасуы керек.
Қозған Р+700 және РтШ) пигменттерінен бөдінген электрондардың әсерінен феофйтин және А деп белгіленетін белокты жүйелер,ои тотықсыздануымен жарық кажет ететін реакциялары аяқталады. Басқа реакциялардың барлығы, соның ішінде НАДН және АТФ-тың пайда болуы да жарықты кажет етпейді.
