I. Зеленые пигменты – хлорофиллы

1.                  Строение молекулы хлорофилла

Хлорофиллы – это сложные эфиры дикарбоновой кислоты хлорофиллина и 2 спиртов – метанола СН3ОН и фитола С20Н39ОН. Молекула хлорофилла состоит из 2 частей: полярной головки, образованной хлорофиллином, и неполярного хвоста, образованного длинной цепью фитола. Гидрофобный хвост молекулы хлорофилла находится в толще мембраны тилакоида и служит «якорем», удерживающим молекулу хлорофилла в мембране, а полярная гидрофильная головка выставляется из мембраны тилакоида наружу. Молекулы хлорофилла окрашены, и поэтому, как и любое другое окрашенное вещество, они способны поглощать падающие на них кванты света.

Основную часть головки составляет порфириновое кольцо – сложная система, состоящая из 4 пятичленных колец пиррола, одного пятичленного кольца циклопентана и атома магния в центре. Высшие растения содержат 2 типа хлорофиллов – хлорофилл а и хлорофилл b, которые незначительно отличаются по строению головки; однако это отличие обусловливает совершенно разные свойства этих типов хлорофилла.

Характерной особенностью порфиринового кольца является наличие в нем системы из 18 чередующихся одинарных и двойных связей. Электроны этих связей делокализованы, т.е. они могут «перескакивать» по этим связям между атомами. Это свойство очень важно для выполнения хлорофиллом своих биологических функций – поглощения световой энергии и его преобразования в химическую.

2.Механизм действия хлорофилла

Когда атом поглощает квант света, то он получает избыток энергии и переходит из основного состояния в возбужденное – один из электронов атома за счет поглощенной энергии перескакивает со своей электронной орбитали на более «высокую», т.е удаленную от ядра атома орбиталь. Такое возбужденное состояние атома неустойчиво – через очень малый промежуток времени электрон перескакивает с более высокой орбитали обратно на свою исходную орбиталь и при этом выделяет поглощенную им ранее энергию кванта света. Выделившаяся энергия рассеивается в виде тепла или света (флуоресценция).

Однако в молекуле хлорофилла электрон ведет себя по-другому. Этот богатый энергией электрон не возвращается обратно на исходную орбиталь с потерей поглощенной энергии, а перебрасывает эту энергию по системе делокализованных связей к соседнему электроны, тот – к следующему и т.д. Таким образом, световая энергия фиксируется в молекуле пигмента в виде энергии возбужденного электрона, а энергия электрона – это уже химическая энергия. Более того, эта энергия способна передаваться между электронными системами разных молекул хлорофилла, т.е. от одной молекулы к другой.

Однако чтобы использовать энергию этого электрона для синтеза АТФ, этот электрон необходимо отнять от молекулы пигмента (т.е. окислить молекулу пигмента) и передать к какому-то новому веществу – акцептору. Окисляться и восстанавливаться способен единственный фотосинтетический пигмент – хлорофилл а. Роль же всех остальных пигментов состоит в том, чтобы собирать световую энергию и передавать ее на хлорофилл а.