Хлорофилл наиболее активно поглощает цвета спектра

Хлорофилл наиболее активно поглощает цвета спектра

Некоторые учёные считают, что будущее человечества напрямую зависит от того, сможет ли оно воссоздать технику фотосинтеза, научится ли использовать энергию Солнца так же эффективно, как это делают растения.

Но зачем ограничивать себя рамками, которые установила природа? Ведь мы можем сделать ещё лучше и даже улучшить природный хлорофилл.

Зелёные растения полагаются на два пигмента для поглощения солнечной энергии: хлорофилл a, хлорофилл b. Каждый из них активен в определённых участках видимого спектра.

Есть ещё редкий хлорофилл d, который поглощает энергию в ближнем ИК-диапазоне.

Тщательно изучив разные виды хлорофилла, группа химиков из трёх американских университетов нашла способ модифицировать пигмент таким образом, чтобы он воспринимал весь диапазон солнечного света. Учёные опубликовали несколько статей в разных журналах, где разъясняют работу хлорофилла. Так, их работа в журнале “Photochemistry and Photobiology” за 12 января 2015 года описывает удивительный способ, которым молекулярная химическая структура хлорофилла иногда изменяет цвет поглощаемого света.

В последующих публикациях в “Journal of Physical Chemistry B” авторы сконцентрировались на том, как расширить диапазон воспринимаемого света в область красного и ближнего ИК-диапазона.

Чтобы понять необычные свойства светочувствительного пигмента, химики сконструировали множество вариантов молекул хлорофилла с нуля и изучали их свойства в разных конфигурациях молекулярной структуры, сообщается в пресс-релизе университета Вашингтона в Сент-Луисе.

Они поняли, какие молекулярные группы нужно добавить к хлорофиллу, чтобы увеличить его чувствительность. На иллюстрации показано, что если добавить атомы кислорода по одной оси, то возрастает чувствительность к свету на меньшей длине волны, а если добавить молекулярную группу по другой оси, то возрастает чувствительность с другой стороны воспринимаемого диапазона.

Результаты опубликованы в журнале “Journal of Physical Chemistry B” от 13 марта 2015 года.

Читайте также:  Сколько живут пудели малые

Благодаря этому открытию в будущем станет возможным синтезировать новые растения со сверхэффективным фотосинтезом (представьте овощи, которые вырастают за пару недель). Кроме того, можно повысить кпд солнечных фотоэлементов, если использовать органический слой, подобный вышеописанному.

Ответ:

Фотосинтез наиболее эффективен при длинах волн от 400 и 500 нм до 600 и 700 нм.

Объяснение:

Этот диапазон соответствует фиолетово-синей и красной частям видимого спектра.

Это также происходит на длинах волн от 500 до 600 нм, так как дополнительные пигменты, такие как каротиноиды и ксантофиллы, также обеспечивают дополнительное поглощение.

Пигменты фотосинтеза у высших растений подразделяются на два класса: хлорофиллы и кароти-ноиды. Основное назначение пигментов — поглощать световую энергию, превращая ее затем в химическую энергию. Пигменты располагаются на мембранах хлоропластов (тилакоидах), а хлоропласты в клетке обычно ориентируются таким образом, чтобы мембраны находились под прямым углом к источнику света (для максимального поглощения света).

Хлорофиллы

Хлорофиллы поглощают в основном красный и сине-фиолетовый свет, зеленый свет ими отражается, что и придает растениям специфическую зеленую окраску, если она не маскируется другими пигментами. На рисунке приведены спектры поглощения хлорофиллов а и h в сравнении с каротиноидами.

В состав молекулы хлорофилла входит плоская голова, поглощающая свет, в центре которой расположен атом магния. Этим можно объяснить, почему растения нуждаются в магнии и почему дефицит магния приводит к уменьшению образования хлорофилла и пожелтению листьев растения. Молекула хлорофилла включаете себя еще и длинный гидрофобный (отталкивающий воду) углеводородный хвост. Внутренние мембраны также гидрофобны, поэтому хвосты «забрасываются» внутрь тилаковдных мембран и служат своеобразным якорем. Гидрофильные головы располагаются в плоскости мембранных поверхностей подобно солнечным батареям. У различных хлорофиллов к головам прикреплены различные боковые цепи, что приводит к изменению их спектров поглощения, увеличивая диапазон длин волн поглощаемого света.

Читайте также:  Статьи на английском остеосаркома у собак

Хлорофилл а — наиболее часто встречающийся пигмент фотосинтеза. Он существует в нескольких формах, в зависимости от расположения в мембране. Каждая форма едва отличается по положению пика адсорбции в красной области; например, значения максимума могут составлять 670, 680, 690 или 700 нм.

Каротиноиды

Каротиноиды — это желтые, оранжевые, красные или коричневые пигменты, сильно поглощающие в сине-фиолетовой области. Они называются вспомогательными пигментами, поскольку поглощенную ими световую энергию они переносят на хлорофилл. В спектре поглощения каротиноидов обнаруживаются три пика в сине-фиолетовой области. Помимо своей функции как вспомогательных пигментов каротиноиды защищают хлорофиллы от избытка света и от окисления кислородом, образующимся в процессе фотосинтеза. Они хорошо замаскированы зелеными хлорофиллами, но становятся видны в листьях до начала листопада, поскольку хлорофиллы разрушаются первыми. Каротиноиды обнаружены в некоторых цветках и фруктах, у которых яркая окраска привлекает насекомых, птиц и млекопитающих, тем самым обеспечивая успешное опыление и распространение семян; к примеру, красный цвет кожицы у томатов обусловлен наличием в ней каротинов.

Каротиноиды бывают двух типов: каротины и ксантофиллы. Самым распространенным и важным среди каротинов является (J-каротин, который знаком нам как оранжевый пигмент моркови. У позвоночных животных в процессе пищеварения этот пигмент расщепляется на две молекулы витамина А.

Ссылка на основную публикацию
Adblock detector