45. Биологическое значение воды, ее физико-химические свойства.

Вода является основным компонентом большинства растительных клеток и тканей. Содержание воды в клетках варьирует в зависимости от типа клеток и физиологических условий. Например, в корне моркови содержится около 85 % воды, тогда как молодые листья салата на 95 % состоят из воды. В некоторых сухих семенах и спорах содержание воды составляет всего лишь 10 %; однако, для того чтобы они стали метаболически активными, содержание воды в них должно существенно увеличиться. Вода является средой, в которой происходит диффузия растворенных соединений по клеткам растения; представляет собой вещество, необычайно удобное для регуляции температуры; служит растворителем необходимым для протекания многих биохимических реакций; наконец, вода довольно мало сжимаема при давлениях, существующих в организме, что подчеркивает ее роль в поддержании структуры растения. Минеральные вещества, необходимые для роста, и органические соединения, синтезируемые в ходе фотосинтеза – все они транспортируются по растению в виде водных растворов. У активно растущих растений существует непрерывный водный поток из почвы через тело растения к листьям, где вода испаряется в основном через устьица. Физические свойства воды. Без воды жизнь на нашей планете не могла бы существовать. Вода не только необходимый компонент живых клеток, но для многих еще и среда обитания. Важное свойство воды – ее полная прозрачность для лучей видимой части спектра, что позволяет солнечным лучам достигать хлоропластов, находящихся в клетках листьев, а также растений погруженных в толщу воды. Свойства воды необычны и связаны главным образом с малыми размерами молекул, с полярностью и со способностью последних соединяться друг с другом водородными связями. Под полярностью подразумевают неравномерное распределение зарядов в молекуле. У воды один конец молекулы несет небольшой положительный заряд, а другой – отрицательный. Такую молекулу называют диполем. Вода обладает большой теплоемкостью. Удельной теплоемкостью воды называют количество теплоты, которое необходимо, чтобы поднять температуру 1 кг воды на 1о С. Большая теплоемкость воды сводит к минимуму происходящие в ней температурные изменения. Испарение воды требует довольно значительных количеств энергии. Это опять таки объясняется наличием водородных связей. Именно в силу этого температура кипения воды – вещества со столь малыми молекулами – необычайно высока. Плотность воды от +4 до 0 оС понижается, поэтому лед легче воды и в воде не тонет. Вода – единственное вещество, обладающее в жидком состоянии большей плотностью, чем в твердом. Еще одной важной физической характеристикой воды является не-обычайно высокая диэлектрическая проницаемость (D), что является следствием молекулярной структуры. Высокая диэлектрическая прони-цаемость воды делает электрические силы между растворенными в ней заряженными веществами относительно слабыми.

46. Миграции энергии в системе фотосинтезирующих пигментов. Возможные механизмы.

Пигменты в хлоропластах образуют у высших растений две систе-мы. Каждая пигментная система составляет фотосинтетическую едини-цу, которая входит в фотосистемы I и II. Каждая из этих единиц состоит из набора молекул вспомогательных пигментов, передающих энергию на одну молекулу основного пигмента (Р700 и Р680). Последние молекулы входят в состав реакционных центров. В реакционных центрах энергия используется для осуществления химической реакции, которая является центральным звеном фотосинтеза. Пигменты, входящие в состав систем, делят на пигменты-ловушки и пигменты-сборщики. Пигмент-ловушка может преобразовывать энергию. Пигмент-сборщик квантов света передает поглощенную энергию пигменту-ловушке. В пигментных системах ловушками являются Р700 и Р680. Остальные пигменты – сборщики. В результате фотосинтез может происходить и при освещении светом, поглощенным не хлорофиллом а, а, например, каротиноидами. Итак, первой стадией фотосинтеза является поглощение света, затем идет перенос энергии возбуждения и дальше фотохимические стадии в виде химических реакций. Перенос или миграция энергии возбуждения происходит в направлении от вспомогательных пигментов к хлорофиллу а, а затем к специальному хлорофиллу (Р700 и Р680), где происходят фотохимические реакции. Следовательно, общим результатом стадии является сбор энергии возбуждения, вызванной светом, и передача ее на реакционный центр. Наиболее общепризнанным механизмом передачи электронного возбуждения между молекулами пигментов является так называемый резонансный перенос. Для того чтобы произошел этот перенос энергии, возбужденная молекула должна индуцировать возбужденное состояние в другой молекуле, находящейся в непосредственной близости от нее.

Перенос электронного возбуждения происходит тогда, когда индуцируется колебание электрона в другой молекуле. Когда перенос возбуждения завершен, колебания электрона в первой молекуле прекращаются и возникают колебания электрона в другой молекуле, которая в свою очередь переходит в возбужденное состояние. Таким образом, резонансный перенос возбужденного состояния от одной молекулы к другой подобен механизму первичного поглощения света в том отношении, что колебания некоторого электрона в молекуле индуцируется локально изменяющимся электрическим полем. Надо же отметить, что для резонансного переноса электронного возбуждения необходимо, чтобы энергия, которую может передать возбужденная молекула, соответствовала энергии, которую может принять другая молекула.