Все фотобиологические процессы протекают по общей схеме:
1. Поглощение света молекулой.
Не все молекулы поглощают свет, поглощается свет не любой длины волны и не всеми атомными группами молекулы. Атомные группы, поглощающие свет определённой длины волны – хромофорные группы. Наиболее хорошо поглощают свет группы с делокализованными π-электронами в длинных цепях сопряжения. Эти электроны могут легко переходить на более высокие энергетические уровни. Процесс релаксации делокализованных электронов наиболее долгий. После поглощения кванта света хромофорная группа переходит на более высокое энергетическое состояние.
2. Дезактивация возбуждённого состояния.
· Внутримолекулярная инверсия. Молекула может вернуться на более низкий энергетический уровень с излучением теплоты или теплоты и флуоресценции.
· Фотохимическая реакция. Уровень энергии возбуждённого состояния превышает энергетический барьер разрыва химических связей, это приводит к протеканию химической реакции.
· Миграция энергии и Конформационные превращения. При этом может происходить миграция энергии к другим атомным группам или молекулам, что сопровождается изменениями конформации.
3. Проявление специфического фотобиологического эффекта. Например, перенос протона, регуляторный акт, изменение проницаемости мембран, биосинтез.
Процесс фотосинтеза вкл: фотофизический, фотохимический (световой), ферментативный (темновой). По современным данным, хлорофилл направляет поглощенную им энергию солнечного луча не на молекулу углекислого газа, а на молекулу воды. Происходит окисление воды, водород присоединяется к хлорофиллу, а часть кислорода выделяется в атмосферу. Процесс окисления воды получил название фотоокисления, так как он идет за счет световой энергии. Углекислый газ присоединяется к органическому соединению (акцептору) с образованием карбоксильной группы СООН. Затем уже происходит темновая реакция восстановления карбоксильной группы водородом RCOOH + 4Н = RCH2OH + Н2О Восстановленная водородом углекислота образует фосфо-глицериновую кислоту, триозы, а затем гексозы (глюкоза и др.). Конечным продуктом является крахмал. У некоторых растений в процессе фотосинтеза образуется не крахмал, а только сахар, например у лука.
Фотохимические реакции фотосинтеза — это реакции, в которых энергия света преобразуется в энергию химических связей, и в первую очередь в энергию фосфорных связей АТФ. Именно АТФ является энергетической валютой клетки, обеспечивающей течение всех процессов. Одновременно под действием света происходит разложение воды, образуется восстановленный НАДФ и выделяется, кислород. Энергия поглощенных квантов света стекается от сотен молекул пигментов светособирающий комплекс к одной, характеризующейся поглощением в наиболее длинноволновой части солнечного спектра. Молекула хлорофилла-ловушки, отдавая электрон акцептору, окисляется. Электрон поступает в электронно-транспортную цепь. Предполагается, что светособирающий комплекс состоит из трех частей: главного антенного компонента и двух фокусирующих, расположенных в двух фотосистемах. Комплекс антенного хлорофилла погружен в толщу мембраны тилакоидов хлоропластов. Совокупность светофокусирующих (антенных) молекул пигментов и реакционного центра составляет фотосистему. По-видимому, свет поглощается раздельно этими двумя фотосистемами и нормальное осуществление фотосинтеза требует их одновременного участия. При циклическом потоке электроны, переданные от молекулы хлорофилла первичному акцептору, возвращаются к ней обратно. При нециклическом потоке происходит фотоокисление воды и передача электрона от воды к НАДФ. Соответственно двум типам потока электронов различают циклическое и нециклическое фотофосфорилирование. При нециклическом потоке электронов принимают участие две фотосистемы. Отличительными особенностями нециклического фотосинтетического фосфорилирования являются: 1) окисление двух молекул воды, происходящее в результате воздействия hn света, которые улавливаются двумя фотосистемами; 2) передача электронов от молекул воды через электронно-транспортную цепь на НАДФ. Нециклическое и циклическое фотосинтетическое фосфорилиро» вание принято включать в световую фазу фотосинтеза, однако свет необходим только на первых этапах этих процессов.
