Фотосинтетические пигменты

Автор: admin · Дата: 5 мая 2015 · Прокомментировать

Фотосинтетические пигменты

Фотовольтаическая батарея, построенная Дж. Вангом, наиболее актуальна. Она имеет два светопоглощающих элемента, соединенных электрически в серию. В каждом элементе ~70 монослоев Zn-тетрафенилпорфирина, осажденного на алюминиевую фольгу, погруженную в водную смесь ферри- и ферроцианида калия. Освещение элементов красным светом от лампы в 150 Вт возникала разность потенциалов 1—1,3 В. Соединение элементов по схеме приводило к получению э. д. с. 2,1—2,4 В. С помощью никотинамиддинуклеотидфосфата (НАДФ) в роли акцептора электрона и НАДФ-редуктазы в качестве медиатора удалось провести реакцию фотоокисления воды до кислорода, зарегистрированного полярографическим методом.

Интересны работы Г. Тиина из Мичиганского университета США по изучению фотоэффекта в двухслойных липидных мембранах, содержащих фотосинтетические пигменты. Пожалуй, это наиболее «физиологичные» из всех предложенных до настоящего времени модельных фото-синтетических систем. В двухслойной липидной мембране диаметром несколько миллиметров, содержащей хлорофилл и каротин, на контакте с водной фазой при освещении лампой в 500 Вт наблюдалась э.д.с. ~3 мВ. О близости свойств этих мембран с природными свидетельствуют научные данные.

Фотосинтетические пигменты

Для объяснения возникновения фотоэффекта в мембране, содержащей хлорофилл, Г. Тиин выдвигает несколько возможностей. Первая из них основывается на предположении, что действие света увеличивает концентрацию протонов с одной стороны мембраны. В свою очередь, это может быть связано либо со структурным изменением мембраны, что вызывает увеличение проницаемости протонов, либо с фотореакцией, которая вызывается образованием подвижных носителей зарядов — электронов и дырок, подобно тому что происходит в кристалле антрацена, который контактирует с электролитом. Г. Тиин считает, что в бислойной липидной мембране возможно фоторазложение воды с выделением газообразного кислорода.

Фотоэлектрический эффект в тонких пленках лецитина, содержащих хлорофилл, изучается под руководством Р. Лейгера в Констанце. Пленки толщиной ~50 А получают на тефлоновой пластинке, в которой имеется отверстие диаметром 3 мм. Концентрация хлорофилла в лецитине соответствует~1013 молекул хлорофилла на 1 см2. В большинстве опытов использовался белый свет, который вызывал появление потенциала 50—70 мВ. Темновой ток был равен 2-10~9 А/см2, фототок — ~б-10-9 А/см2. Пленки контактируют с водной фазой, причем, с одной стороны присутствует восстанавливающий агент N, N, N', N'-тетраметил-р-фенилендиамин. В спектре действия проявляются два пика (410 и 680 нм), что указывает на возбуждение молекул хлорофилла, приводящее к возникновению фототока.

А. Фуишима и К. Хонда изготовили фотовольтаическую батарею, в которой в качестве светочувствительного электрода использовали монокристалл (толщина 1,5 мм, площадь ~ 1 см2). Вспомогательным электродом служила пластинка из Pt. При действии света на электроде выделяется молекулярный кислород, а на платиновом электроде — молекулярный водород. Предложен следующий механизм фотопроцесса. Включение света поглощаемого, вызывает образование носителей заряда; электрон под действием поля уходит в объем кристалла, а дырка реагирует в приповерхностном слое с молекулой воды. Технологически этот процесс выполнить не сложнее, сделать узи молочных желез на высокоточной медицинской аппаратуре. Суммарный итог сводится к разложению воды. Как отмечали авторы, квантовый выход фотолиза воды был низким, однако замена катода позволила значительно увеличить этот параметр.

По мнению А. Фуишимы и К. Хонды, изучение фотовольтаических батарей, содержащих в своем составе неорганические полупроводники, позволяет получить данные которые могут быть использованы для выяснения механизма фотосинтетического разложения воды. В подобных батареях используется ультрафиолетовый свет и лишь небольшая доля видимого спектра. Естественно, что для эффективного использования солнечного спектра необходимо применять фотосенсибилизатор, например, хлорофилл. Именно этот пигмент, нанесенный на поверхность монокристалла окиси цинка, был использован в работе Г. Трибуча и М. Калвина. Проведенные ими исследования показали, что сенсибилизирующая способность пленки хлорофилла на поверхности ZnO-электрода теряется после нескольких минут освещения. Для устранения этого недостатка к электролиту (КСl) добавляли восстанавливающие агенты, такие, например, как гидрохинон. Основные параметры ячейки были таковы: фотопотенциал при наложении внешнего поляризующего напряжения достигал 0,5 В, плотность тока была равна 10~7—10—9 А/см2, квантовый выход фототока составлял 10~2—12,5 %. По мнению авторов, система с успехом может быть использована для моделирования первичных стадий фотосинтеза и выяснения механизма функционирования пигмента в фотосинтетическом аппарате зеленого листа.

Вопрос о сенсибилизирующих свойствах хлорофилла, нанесенного на ZnO, был рассмотрен Е. К. Пуцейко. Как следовало из экспериментов, сенсибилизирующая способность хлорофилла, обладающего дырочной проводимостью, по отношению к электронным полупроводникам типа ZnO не может быть объяснена переносом электрона от пигмента к окиси цинка.

Рубрика: Микробиология ·  

загрузка...


Оставить комментарий или два