Введение к работе
Актуальность работы. Основой фотосинтеза как процесса трансформации и запасания энергии света являются первичные стадии: юглощение квантов света пигментами светособирающей антенны, миграция энергии электронного возбуждения и захват ее в реакционных центрах (РЦ), в которых энергия запасается в виде энергии разделенных зарядов. Квантовый выход первичных процессов фотосинтеза высок (=1,00), а величина запасаемой энергии близка к 30 от энергии поглощаемого света. Поэтому изучение первичных процессов фотосинтеза имеет важное научное и практическое значение: оно позволит перейти к искусственному воспроизведению этого процесса с целью получения экологически чистых преобразователей световой энергии, найти пути повышения устойчивости фотосинтетического аппарата к действию повревдакщх факторов окружающей среды.
Первичная фотохимическая реакция в РЦ фотосистемы 2 (ФС-2), ответственной за ключевой этап, фотосинтеза-окисление воды и выделение кислорода, заключается в разделении зарядов (за Зпкс) между возбужденным первичным донором электрона р„ (хлорофилл "а") и молекулой феофитина (Ph), являющегося промежуточным акцептором электрона, в результате чего образуется ион-радикальная пара [РІд0РЬ--]. Затем электрон от рь~' переходит на первичный акцептор q, (комплекс пластохинона с железом) за 250 пкс, а р*- восстанов-
А оои
ливается от вторичного донора z за 25-300 не. Переход РЦ в состояние [р Ph]Q~ вследствие темпового (химического) или светового восстановления q сопровождается увеличением выхода флуоресценции
ХЛорОфИЛЛа S3-2 (Duysens and Sweers,1963), КОТОрое ПОЛУЧИЛО НаЗВЭ-
ние переменной Флуоресценции (Af) и широко используется для тестирования активности ФС-2. Однеко, относительно механизма этого свечения высказываются противоречивые мнения: согласно одним авто-
рач (КЛИМОВ И Др.,1978; Hauzerall,1986). ОНО ПреДСТЭВЛЯеТ СОЙОЙ
ианосекуидиуа рекомбішациоішуго люминесценцию пары [Р*- рь~'Ь
ТОГДа Как ДруПЮ (Schatz et al.,1988) СВЯЗЫВЭеТ ЄГО С уМ6НЬШЄНИЄМ
скорости первичной фотороакіБш.
Целя и задачи исследоваїпія. Целью настоящей работы было изу-чеішеПмохаїїїїсТіа норо;:оші61Г~Ллуоресцеіщии хлорофилла ФС-2 путем последовшг.тя оо температурной и магнитно-полевой зависимости при разлкчних (ч в максимальной степени контролируемых) редокс- состояниях когяюнеитоз РЦ, а такг;е выявление и исследование замедленной лккшюсценцчи -2 в мяллисекуидном временном диапозоне при вое-
становлении а..
При этом решались следующие задачи:
-
Сборка системы для измерения температурной зависимости интенсивности флуоресценции фотосинтезирувдих обьектов.
-
Сборка установки для исследования микро-, и миллисекундных компонент люминесценции'.
-
Сборка установки для исследования влияния магнитного поля на выход флуоресценции и замедленной люминесценции.
4. Исследование температурных и магнитно-полевых зависимостей
выхода флуоресценции хлорофилла при различных редоке состояниях
компонентов РЦ фотосистемы 2.
Б. Исследование миллисекундной замедленной люминесценции в восстановительных условиях.
6. Компьютерный анализ полученных результатов с целью -достижения более однозначной их интерпретации.
Научная новизна работы. В результате проведенной работы пока зано.что переменная флуоресценция ФС-2 обусловлена двумя процессами: изменением константы скорости разделения зарядов в РЦ и появлением рекомбинационной люминесценцией ион-радикальной пары [Pgg0Ph"']. Вклад рекомбинационной люминесценции в Af мал когда q восстановлен однократно (q~}, и растет в результате двухкратного восстановления QA(Qs~)> о чем свидетельствует характер влияния температуры и магнитного поля на это свечение. Установлено, что
раЗНОСТЬ ЭНТаЛЬПИИ (Дн) МеЖДУ СОСТОЯНИЯМИ [РІ-- Ph'-] и [PgggPh]
при двухкратном восстановлении д составляет 0,13- 0,15 эВ, а время жизни пары [РІ"- рь~] составляет 2,5 не. Показано, что выход флуоресценции хлорофилла реакционных центров ФС-2 аномально растет с понижением температуры (магнитный эффект при этом сохраняется вплоть до 77 К), что соответствует изменению Дн между электронными уровнями ион-радикальной пары и возбужденного хлорофилла от 0,165 до 0,04 эВ при понижении температуы от 300 до 160 К. Обнаружен новый тип магниточувствительной люминесценции хлорофилла ФС-2 (время кизни 1,8-6 мс, энергия активации 0,4-0,45 эВ) в условиях, когда q восстановлен до q~ или q?~, связанная вероятно с образованием триплетного возбужденного состояния р .
Научная и практическая значимость работы. Полученные результаты расширяют и углубляют представления о процессе преобразования энергии света фотосинтезирующими организмами и могут быть использованы для дальнейшего изучения механизма фотосинтеза, а также могут иметь прикладное значение при разработке и создании искус-
твенных оноэлектронных устройств по использованию солнечной энер-ии. Методы исследования и анализа полученных результатов также эгут быть полезны при исследовании процессов с участием переноса аряда. Метод переменной флуоресценции и замедленной лкминесценции ироко применяется для изучения функциональных свойств фотосинте-яческого аппарата и стрессовых явлений в растениях. Поэтому ре-ультаты работы и разработанные методы исследования имеют сущес-зенное значение для изучения проблем физиологии растений.
Апробация работы. Материалы диссертации докладывались на зесоюзном симпозиуме "Молекулярные механизмы и регуляция энерге-яческого обмена" (Пущино, 1.986), IV конференции молодых ученых ІФС АН СССР (Пущино, 1988), на Всесоюзной конференции "Преобразо-ание световой энергии в фотосинтезирукщих системах и их моделях" Тущино,1989), на советско-немецком коллоквиуме по проблемам фото-штеза (Западный Берлин,1990).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 8 печатных работ.
Структура работы. Диссертационная работа состоит из введения, ітературного обзора, экспериментальной части (методы и объекты следования), трех разделов, представляющих основные результаты іботн и их обсуждения, заключения, выводов и списка цитированной гтературы.