Поглощение света хлоропластом

Автор: admin · Дата: 16 апреля 2015 · Прокомментировать

Поглощение света хлоропластом

Хлоропласты обладают интересной особенностью, которая позволяет регулировать количество поглощенной ими световой энергии. При слабой интенсивности облучения хлоропласта располагаются по клеточным стенкам, перпендикулярным к падающим лучам света, причем их наибольшее сечение расположено нормально к падающему потоку (диастрофное расположение). При высоких же интенсивностях света, например, на прямом полуденном солнечном облучении хлоропласта располагаются вдоль боковых стенок клетки так, что их главные оси ориентируются параллельно направлению светового потока. Естественно, что различная ориентация хлоропластов (природа этого явления не выяснена) приводит к тому, что поглощение света либо возрастает, либо убывает.

Рассмотрим поглощение света отдельным хлоропластом, который, как уже упоминалось, представляет собой пластинчатое образование, построенное из чередующихся слоев белков и липидов. Такая организация фотосинтетического аппарата обеспечивает согласованное протекание в нем физиологических процессов, что подтверждается многочисленными исследованиями. В ряде работ встречается упоминание о том, что пластинчатое строение хлоропласта связано также с поглощением света при фотосинтезе. Так, А. Ходж, оценивая значение высокоупорядоченной организации хлоропласта, писал: «Соблазнительно было бы предположить, что высокая степень упорядоченности обусловливает более эффективный захват фотонов...» Та же мысль встречается в работе Дж. Волькена. Эти высказывания носят характер бездоказательных предположений.

Хлоропласт можно назвать фоторецептором растения, структура которого, очевидно, должна быть приспособлена к эффективному использованию падающего на него света. Однако наличие большого количества поверхностей раздела в нем кажется, на первый взгляд, противоречащим такому предположению. Действительно, хлоропласт содержит в среднем около 25 белково-липоидных пластинок, на поверхности которых располагаются молекулы пигментов. Из оптики известно, что на границе раздела двух веществ мощность светового пучка заметно уменьшается. Так, в фотографических объектах на каждой границе раздела стекло — воздух теряется до 9% мощности светового пучка, а в оптических устройствах, содержащих 4—5 линз, величина потерь может составлять 80%.

Структура хлоропласта в листе

Потери на отражение можно значительно уменьшить путем покрытия стекол тонкими пленками вещества, показатель преломления которого имеет промежуточное значение между показателями преломления обрамляющих (метод просветления оптики, который был впервые предложен и разработан в 1934 г. группой сотрудников Государственного оптического института под руководством И. В. Гребенщикова и А. А. Лебедева). Наибольший эффект метода достигается, при показателях преломления обрамляющих сред (воздуха и стекла) и показателю преломления просветляющего слоя.

Применение просветляющих покрытий в приемниках света, используемых в технике (болометрах, фотоэлементах), может обеспечить практически его полное поглощение.

Для того чтобы полностью маскировать наличие границы обрамляющих сред, просветляющая пленка должна удовлетворять не только вышенаписанному условию, но также иметь толщину, равную толщина слоя; в соотношении с длиной световой волны в веществе слоя; и показателем преломления вещества. Последнее условие в хлоропласте не выполняется. Однако не исключено, что набор пластинок хлоропласта можно рассматривать как многослойное просветляющее покрытие. При достаточно большом числе слоев просветляющее покрытие проявляет себя как одноосный кристалл, обладающий искусственной анизотропией.

Таким образом, наблюдаемую на опыте высокую эффективность поглощения света фотосинтетическими пигментами in vivo возможно объяснить тем, что в хлоропласте (несмотря на его гетерогенность) потери на отражение на границах раздела ничтожно малы. В результате этого молекулы пигмента, находящиеся как во внутренних, так и на наружных частях хлоропласта, активно участвуют в поглощении света. Дело в том, что один монослой хлорофилла, который в среднем характерен для поверхностной концентрации пигмента на ламеллах, поглощает лишь 6—8 % падающего света. Поэтому для полного поглощения света необходимо иметь более 15 монослоев пигмента, что и реализуется в хлоропласте.

Следует отметить, что пластинчатое строение хлоропласта — необязательное условие для протекания фотосинтеза. Оно лишь увеличивает эффективность использования света пигментами. В связи с этим интересно отметить, что в теневыносливых растениях ламеллярная система плотно заполняет весь хлоропласт. В светолюбивых растениях пластинчатая структура наблюдается лишь в части хлоропласта. Кроме того, в теневыносливых растениях пластиды более крупные.

Естественно, что использование методов тонкослойных покрытий для объяснения оптических свойств хлоропласта требует детального анализа, который, мы надеемся, будет предпринят специалистами по оптике. Развиваемый подход может быть перспективным для объяснения высокой световой чувствительности глаза, так как структурная организация наружных члеников палочек и колбочек, где расположены зрительные пигменты, близка к строению хлоропласта. Так, в одной из работ на модели поверхности глаза насекомых, а также расчетным путем удалось показать, что сетка из бугорков, покрывающих роговицу, снижает отражение света и тем самым повышает ее прозрачность. Эта сетка подобна просветляющему покрытию современных оптических устройств.

Поглощение света растением

«Оптические устройства», используемые живой природой, весьма оригинальны и разнообразны. Например, недавно было обнаружено, что шкура белого медведя представляет собой своеобразную щетку из световодов, с помощью которой поддерживается энергетический баланс животного, т. е. ультрафиолетовая часть солнечных лучей, падающих на волосы белого медведя, практически без потерь достигает поверхности его тела.

И так, квант света, проделав довольно длинный путь внутри листа, попадает на пигментный слой хлоропласта.

Свет — несомненно основа жизнедеятельности всех существ на земле. Но люди смогли подчинить его себе и заставить работать на благо своего хозяйства. Ежегодно устанавливаются десятки тысяч уличных фонарей и элементов освещения для ЖКХ по всему земному шару. Источники искусственного света появляются даже в самых отдаленных местах нашей планеты. И благодаря этому человечество в своей трудовой деятельности перестало зависеть от смены времени суток.

Рубрика: Микробиология ·  

загрузка...


Оставить комментарий или два