Фотобиологиялық үрдістер
жоспары:
Фотобиологиялық үрдістер
1. Атомдар мен молекулалардың энергетикалық деңгейлері.
2. Фотобиологиялық үрдістердің түрлері мен басты кезеңдері.
3. Жарықты сіңіру.
4. Жарықты сіңіріудегі электрондардың өзгерістері.
Фотосинтездің фотобиологиялық реакциялары
1. Фотобиологиялық реакциялар.
2. Люменисценция.
3. Люменисценттік талдау.
Ұлпалар мен жасушалардың электр өткізгіштігі
1. Тұрақты токтың өтуі.Поляризация түрлері.
2. Құбылмалы токтың өтуі.
3. Электр өткізгіштікті анықтау және өлшеу әдістері. Оларды медицинада және ауылшаруашылығында пайдалану.
1. Күн сәулесінің энергиясын өсімдіктердің қалай сіңіретінін білу үшін атомдар мен моолекулалардың энергетикалық деңгейлері туралы кванттық мехниканың басты қағидаларымен танысқан жөн.
Атом оң зарядталған ядродан және теріс зарядталған электроннан тұрады. Ядроның зарядын протондардың санымен анықтайды. Ал, атомның салмағы протондар мен нейтрондардың сомасына тең Ендеше, ақтығында ядроның заряды бейтарап болады.
Электрондар ядроның айналасындағы орбитада айналып жүреді. Олардың радиусы атомның энергиясына байланысты. Электронның атом айналасындағы қозғалысы толқындық функция арқылы сипатталады. Электрондар өзінің қалыпты орбитасында айналып жүргенде энергия бөліп шығармайды. Сондай ақ, ең сыртқы қабаттағы электронның энергиясы, ішкі қабаттағыға қарағанда көп болады. Атом сырттан энергия қабылдаған кезде қозған күйге енеді. Онда электрондар ядродан алыстайды. Ал. қозған атомның алыстаған электроны қайта ядроға жақындау кезінде электромагниттік квант түрінде энергия бөліп шығарады. Бұл энергия мөлшерін келесі өрнек арқылы белгілеуге болады:
ΔЕ = Е 1 - Е2 =hv, мұндағы Е 1 - атомның бастапқы энергиясы, Е2 - электронның бірінші орбитадан екінші орбитаға ауысқан кейінгі атомның энергиясы. h = 6,62 х 10-27 эрг. с; v - сіңірілетін немесе бөлінетін кванттың жиілігі. Сәуленің жиілігі оның жылдамдығы мен толқынының ұзындығына байланысты болғандықтан (λ= сv), теңдеуді келесідей жазуға болады:
hс
ΔЕ = .
λ
Электрондардың энергиялары және сіңіріліп немесе бөлінетін энергияларда квантты сипатталады. Атомдардың сіңіру және бөліп шығару спектрлері белгілі сызықтықта орналасады. Ол сызықтықтар электрондардың қозу және қайта қалпына келу деңгейлеріне сәйкес келеді.
Атом құрамындағы электрондар қалыпты жағдайда барлық мүмкіндінк варианттардан ең энергиясы аз орбитада болады. Бұл электронның негізгі энергиясы болып есептеледі. Элементтердің химиялық қасиеттері оның сыртқы қабатындағы электрондар санымен анықталады. Сол электрондар саны сол элементтің периодтық кестедегі орнын анықтайды. қалыпты жағдайда, электрондардың көбі өзара жұпталған түрде болады., кейбіреулері ғана тақ күйінде кезедеседі. Жұпталған электрондар бір орбитада орналасады және антипаралелді арқалы болады. Ал, тақ электрондар орбитада бір - бірлеп орналасады. Молекула сол тақ электронды атомдардың электрондарының жұпталуынан химиялық байланыстың тууы арқылы түзіледі.
Электрондарының барлығы жұп күйінде кездесетін молекулалардың арқалық моменті нөлге тең болады. Молекуланың электрондық қабатының ондай күйін синглетті деп атайды. Егер, молекула немесе оның бір бөлігі тақ электронды болса, ондай байланысты монорадикал деп атайды. Монорадикалдың мысалы ретінде ОН (еркін гидроксилді) және СН3 (еркін метилді) атауға болады. кейде байланыстар екі тақ электронды болуы мүмкін. Онда бирадикал деп атайды. Арқалық моменттің мәні +1, 0, -1 болуы мүмкін. Ондағы электрондық қабатты триплетті деп атайды. Бирадикалды заттың мысалы ретінде оттегінің 0 - 0 молекуласын қарастыруға болады. Тақ электрондар еркін радикалдар деп аталады. Олар бейтарапты немесе зарядталған болуы мүмкін. Зарядталған кезде оларды ионрадикалдар деп атайды.
Молекулада, электрондық энергиядан басқа, теңселу және айналу энергиялары болады. Молекуладаға бір немесе бірнеше атомдардың теңселуінде энергия болады. Оны теңселу энергиясы, ал атомдардың белгілі өс айналасында айналуы кезіндегі энергияны айналу энергиясы деп атайды. Молекуларлардың теңселу және айналу энергиялары үнемі өзгерісте болады. Ол энергияларда, электрондық энергияға ұқсас, кванттық сипатталады. Ондай энергиялардың өзгеруі де секіртпелі түрде өзгереді. Молекулалардың теңселу деңгейлерінің ара қашықтығы электрондардың деңгейлерінен әлде қайда кем болады. Сондықтан, молекуланың электрондық деңгейлері көптеген теңселу деңгейлерінен тұрады. Ал, теңселу деңгейлері көптеген айналу деңгейлерінен құралады. Ендеше, айналу деңгейлерінің ара қашықтығы теңселу деңгейлерінің ара қашықтығынанда аз болады.
Молекуланың қабылдаған кванттарының түріне байланысты, аталған деңгейлер аралығында молекуланың қозуы байқалады. Мысалы, инфрақызыл сәуленің немесе температуралық әсердің кванттарын қабылдаған кезде молекула айналу және теңселу деңгейлері бойынша жаңа күйге қозады. Молекула мен атом сырттан келген фотон энергиясын, оның, тек өзінің энергетикалық деңгейлерінің арасындағы энергия айырмасына тең болған кезде ғана қабылдай алады.
Күрделі молекулалардың теңселу деңгейлері олардың конформациясына байланысты (кеңістіктегі құрылысына) болады. Ол конформация өзгерген жағдайда, оның теңселу деңгейіде өзгереді. Ендеше, оның сіңіру спектріде өзгереді. Мысалы, ақуыздың α және β конформациялы құрылымдары инфрақызыл спектрлі сәулені әртүрлі жолақтарында сіңіреді. Осы қасиеттерді молекулалардың конформациялық күйін анықтаудағы спетросокпия тәсілінде пайдаланады.
Электрондық деңгейлердің арақашықтығы өте үлкен болып саналады. Сондықтан, оларды жаңа деңгейге дейін тек сәуленің ультракүлгіндік және көзге көрінетін спектрлердің ыфотондары ғана өзгерте алады. Тек электрондық, теңселу немесе айналу деңгейлерінің жеке жүруі болмайды. Электрондардың жаңа деңгейге қозуы теңселу жіне айналу деңгейлеріндегі өзгерістермен бірге жүреді. Өйткені, молекуланың электрондық деңгейлері теңселу және айналу деңгейлерінен құралады. Молекулаларда, атомдарға қарағанда, жаңа мүмкіндік деңгейлердің саны өте жоғары болады. Сондықтан, молекулалардың сіңіру спекрлерін анықтау атомдарға қарағанда, қиындау соғады.
2. Сәуле энергиясын сіңіру кезіндегі барлық жүретін өзгерістерді фотобиологиялық үрдістер деп атайды. Ол үрдістерді басты үш топқа бөледі. Бірінші - өсімдіктер ағзасында жүретін фотосинтездік үрдістер. Ол кезде көмірсулар түзіледі. Фотосинтез биологиялық үрдістердің ең ерекше түрі болып саналады. Өйткені, бұл кезде биологиялық жүйенің еркін энергиясы артады. Барлық қалған үрдістер химиялық байланыстарда қорланған потенциалды энергияны пайдалану арқылы жүреді.
Сәуленің әсерінен жүретін тағы бір синтездік үрдістің мысалы ретінде өсімдіктердің фотосинтездік аппаратының құрам бөлігі, хлорофиллдің протохлорфиллден түзілуін айтуға болады.
Бейорганикалық заттардан алғашқы қарапайым органикалық заттардың түзілуінде атап өткен жөн. Мысалы, сәуленің әсерінен су, көмірқышқыл газы, метан және аммиак қоспасынан май қышқылдарының, амин қышқылдарының, пуриндік және пиримидиндік негіздердің түзілуі. Бұл жай көптеген ғалымдардың алғашқы жер бетіндегі тіршіліктің осы жолмен пайда болуы мүмкін деген болжам айтуына негіз болып отыр. Өйткені, аталған синтездік заттардан, ары қарай, полипептидтер, нуклеин қышқылдары және оданда күрделі заттар түзілуі мүмкін.
Екінші топқа сәулені сіңіру кезіндегі еркін энергияның артуымен және химиялық синтездің жүруімен байланыссыз үрдістерді жатқызады. Ол жануарлардың көру үрдісі, фототаксис, өсімдіктердің басты физиологиялық қасиеттерінің бірі фототропизм және фотопериодизмі. Бұл үрдістерде сәуле ағзаның қоршаған ортамен қарым-қатынас орнату кезіндегі қажетті ақпаратты тасымалдайды. Ағза ортада өзінің қызметін және тіршілігін реттейді.
Үшінші топқа биологиялық құрылымдардың структурасы бұзылатын фотобиологиялық үрдістерді жатқызады. Ол үрдістер тірі ағзалармен қысқа толқынды, энергиясы көп ультракүлгінді сәулелердің фотондарын сіңірген кезде байқалады. Бұдан басқа, әлі сарапталмаған, фотобиологиялық үрдістер белгілі. Ол жануарларға сәуленің стимуляциялық әсері, фотореактивациялық әсер (сәулеге күйген ағзаны көзге көрінетін сәуле арқылы емдеу).
Барлық фотобиологиялық үрдістер фотохимиялық реакциялардан тұрады. Ол фотохимиялық реакциялар келесі топтарға бөлінеді:
фотоионизация - молекуланың белгілі электронын квант арқылы ұрып шығару. Бұл кезед иондар немесе еркін радикалдар пайда болады;
Фотототығу және фотототықсыздану - бір молекуладан екінші молекулаға электрондардың тасыалдануы. Бұл кезед бір молекула тотығады, екінші молекула тотықсызданады;
фотодиссоциация - кванттың әсерінен молекуланың жек иондарға бөлінуі;
фотоизомеризация - кванттың әсерінен молеуланың кеңістіктегі конфигурациясының өзгеруі;
фотодимеризация - сәуле кванттарының әсерінен жеке молекулалардың арасында
химиялық байланыстардың түзілуі.
Сонымен, кез келеген фотохимиялық реакция молекуланың электронын жоғалтуы немесе оны қосып лауымен , кейде молекуланың құрылымының бұзылуымен сипатталады. Мысалы, ақуыз бұзылған кезде өзінің ферментативтік химиялық қасиеттерін жоғалтады.
Фотохимиялық реакциялар екі кезеңде жүреді. Бірінші - жарықтық кезең. Бұл таза физикалық кезең. Ол кезде молекула сәуле квантын қабылдаудың салдарынан қозу күйіне енеді:
А + hv А*,
мұндағы А - сәулені сіңіретін зат молекуласы (родопсин немесе хлорофилл), А* - сол молекуланың қозған күйі, hv - сәуле кванты.
Молекула қозған кезде энергия қорланады. Электрондар жаңа, алыс деңгейлерге ауысады. Молекуланың энергиясы сіңірілген квант энергиясының мөлшеріне артады. Бірақ, ол молекула қорланған энергияны қайта бөліп (жылуға айналдыру арқылы немесе шашырату -люминесценциялау) арқылы бұрынғы қалыпты қаліне оралады. Сәуле энергиясының сіңірілуінен кейінгі өзгерістерге ұшырауын 1-ші сызба нұсқадан көруге болады.
Қозған молекула артық энергияның әсерінен фотохимиялық реакцияларға түседі. Ол үрдіс қараңғылық кезеңде термодинамикалық заң бойынша жүруі мүмкін емес. Қозған молекула электронды қабылдаудың немесе берудің нәтижесінде, айналасындағы молекулалармен әрекеттесе отыра радикалға (ион немесе ионрадикалға) айналады. Бұл пайда болған радикалдар, иондан және ион-радикалдар алғашқы тотықтырғыштар немесе тотықсыздандырушылар болып саналады. Осу кезде фотохимиялық реакциялардың жарықтық кезеңі аяқталады.
Екінші кезең қараңғылық кезең деп аталады. Пайда болған тотықтырғыштар мен тотықсыздандырғыштардың бос радикалдары болады. Сондықтан, олар химиялық белсенді келеді. Қараңғы кезеңде олар тотығу-тотықсыздандыру реакцияларын жүргізеді. Олар биохимиялық реакциялардың жүруіне өзгерістер енгізеді. Ал. биохимиялық реакциялардың жүруінің өзгерісі ағзаның белгілі физиологиялық күйінің өзгеруіне соқтырады. Осылай, фотобиологиялық реакциялар соңында физиологиялық құбылыс арқылы көрінеді.
Қозған молекуланың жарықты сіңіруі
Қозған молекуланың жарықты сіңіруі
Энергияның миграциясы
Энергияның миграциясы
Жылудың
бөлінуі
Жылудың
бөлінуі
Люминесценция
Люминесценция
Фотохимиялық реакциялар
Фотохимиялық реакциялар
Триплеттер-
дің түзілуі
Триплеттер-
дің түзілуі
Биохимиялық реакциялар
Биохимиялық реакциялар
Физиологиялық құбылыс
Физиологиялық құбылыс
1-сызба нұсқа. Фотобиологиялық үрдістердің кезеңдерінің жалпы схемасы.
Сонымен, кез келген фотобиологиялық үрдісті келесідей схема түрінде бейнелеуге болады: кванттың сіңірілуі --- фотохимиялық реакциялар ----химиялық және биохимиялық реакциялар ----физиологиялық құбылыс. Физиологиялық құбылыстың мысалы ретінде фотосинтез кезіндегі оттегінің бөлінуін, күнге қарай өсімдіктердің реакциясын, жануарлардың жарыққа реакциясын, сәулелік күшті әсердер ағзаның тіршілігінң жойылуын келтіруге болады.
Аталған реакциялардан басқа энергия тағыда көптеген жолдармен өзгерістерге ұшырауы мүмкін: 1) люминесценция; 2) жылуға айналу; 3) миграциялану , басқа молекулаға алмастырылу; 4) миграциядан кейін, энергия триплеттік молекуланың құрамында болады және бпасқа да фотохимиялық өзгерістерге ұшырайды.
3. Тірі ағзалардағы фотохимиялық заңдылықтар энергияның сақталу заңдылығының салдары болып саналады. Осыған орай, фотохимиялық өзгерістерді тек, сіңірілген сәуле энергиясы ғана жүргізе алады. Сіңірілген сәуленің мөлшерін білу үшін биологиялық жүйенің сіңіру қабілетін білу керек. Ол екі фактордан тұрады: 1) белгілі уақыт бірлігі ішіндегі сіңірілген кванттың саны (бұл фактор нысанның оптикалық тығыздығымен бағаланады); 2) сіңірілетін кванттың деңгейі. Бірінші кезең белгілі уақыттың ішіндегі жүретін реакциялардың санын анықтаса, екінші кезең фотореакциялардың энергетикасын анықтайды.
Белгілі зат арқылы сәуле өту кезінде оның белгілі бөлігі сіңіріледі. Сол сәуле ағымының қарқындылығын I деп белгілейік, онда dI арқылы сол сәуле ағымының әлсізденуін белгілейміз. Әлсіздені заттың молекулалың концентрациясына С тең - тікелей пропорционалды облады. Бір жағынан әлсіздену алғашқы сәуле ағымының қарқындылығына да байланысты болады. Сіңірілу аралығы dl өте аз болған кезде сәуле ағымының әлсізденуі сол ара қашықтыққа тура пропорционалды.
- dl = k x I x C x dl,
мұндағы к - пропорционал коэффициенті, минус белгісі сәуле ағымының dl әлсізденуін көрсетеді. Онда аталған теңдеуді сызықтық дифференциалды теңдеу арқылы көрсетуге болады:
dl
- = k x C x dl .
I
Теңдеудің оң және сол жағын интеграциялау арқылы келесідей жазуға болады:
In I = k x C x l + B,
мұндағы l- оптикалық жолдың ұзындығы, B - интеграциялық константа. l = 0 делік, онда: В = - In I0 ,
I0 - затқа енетін ағымның қарқындылығы, сонда:
In I0 - In I x С x l , немесе
I0
In = k x C x l.
I
Осыдан, I = I0 x e - kcl , мұндағы е -натуралды логарифмнің негізі.
Аталған ерекшеліктерді Ламберт - Бер заңы бойынша сипаттауға болады.: зат арқылы өтетін сәуле ағымының қарқындылығы заттың концентрациялық тығыздығы мен оптикалық жолдың ұзындығына байланысты экспонционалды түрде әлсірейді.
Пропорционалдық коэффициентті ε арқылы белгілеп натуралды логарифмді ондық логарифмге ауыстырсақ теңдеу келесідей болады:
I0
lg = ε x C x l.
I
Затқа түсетін сәуленің қарқындылығының заттан шығатын сәуленің қарқындылығына қатынасының ондық логарифмі оптикалық тығыздықты көрсетеді. Оны D арқылы белгілейік. Сонда:
I0
lg = D = ε x C x l болады.
I
Осыған орай, Ламберт - Бер заңы келесідей тұжырымдалады: оптикалық тығызыдығы зат концентрациясы мен сәуле жолының ұзындығына тіке пропорционалды болады. Оптикалық тығыздық заттың сіңіру қабілетін сипаттайды. Оптикалық тығыздық жоғары болған сайын сәуле мол сіңіріледі.
Барлық заттар сәулені бірдей сіңірмейді. Сәуленің сіңірілуі сәуле толқынының ұзындығы мен оптикалық тығыздыққа байланысты болады. Осы қатынасты сіңіру спектрі деп атайды. Мысалы, ақуыздардың максимумдық сіңіру спектрі 280 нм, нуклеин қышқылдарыныкі 260 нм, родопсиндікі 500 нм, а хлорофиллдікі 430-680 нм аралығында болады. Өсімдік ағзаларындағы фотосинтез үрдісіне күн сәулесінің 420- 710 нм. диапазонындағы спектрлері қатысады. Оны фотосинтездік белсенді радиация (ФБР) деп атайды.
Фотобиологиялық үрдістердің сіңіру спектрін зерттеу әдісін абсорбциондық спектрофотометрия деп атайды.
4. Заттың қозбаған молекулаларының электрондары ең төменгі энергетикалық деңгейде синглетті (S0) жағдайда болады. Ол молекула қозған кезде, оның электрондары жоғары энергетикалық деңгейлерге өтеді (S*2). Бірақ, электрондық қабаттар синглетті жағдайда қалады. Бұл кездегі сіңірілген кванттың энергиясы аталған екі энергетикалық деңгейдегі энергия мөлшерлерінің айрмасына тең болады:
hvсің.. = E2 - E0. Мұны келесідей де көрсетуге болады: S0 S*2
vсің - сіңрілген сәуленің жиілігі, E2 және E0 деңгейлердің энергиялары. Электроннның қандай энергетикалық деңгейге көтерілуі сіңірілген сәуле толқынының ұзындығына байланысты.
Қозған молекула ондай қалде ұзақ уақыт бола алмайды. Ол энергия қайта шашырауға ұшырайды. Ол үш түрлі жолмен жүреді: 1) басқа молекулаға беріледі; 2) миграцияланады; 3) молекуланың тербелістік энергиясын молайтуға жұмсалады. Аталған құбылыстың нәтижесінде электрон қайта, бұрынғы орбитасына оралады немесе жаңа, қозу кезіндегі орбитадан төмен орналасқан орбитаға орналасады.
Электрон өзінің бастапқы қалпына жарқырау арқылыда орала алады. Жарқырау кезінде энергия қоршаған ортаға әртүрлі жолдармен беріледі. Бұл құбылысты люменесценция деп атайды. Оның екі түрі бар: флюоресценция және фосфоресценция.
Қозған электрондардың қалыпты орбитаға оралуы ең жоғарғы деңгейден төменгі қозған деңгейге қарай бағытталады. Мысалы: S*2 S*1 , S*1 S*0, S*2 S*0. Бұл кезде кванттар сәуле болып шашырамайды, олар жылуға айналады. Ал, S*0 S0 кезінде, ең төменгі қозған деңгейден бастапқы деңгейге ауысқан кезде люменесценциялық кванттар шашырайды. Алғашқы сіңірілген энергияның белгілі мөлшері жылуға айналғандықтан, люменесценциялық энергия (hvлюм) мөлшері бастапқы сіңірілген энергия мөлшерінен (hvсің.) жылуға айналған энергия мөлшеріне (Е жылу) кем болады:
hvлюм = hvсің. - Е жылу. Мұндағы hvлю - люменесценцияланатын сәуленің жиілігі. Люменесценциялық сеуленің жиілігі аз және толқынының ұзындығы жоғары болады. Бұл заңдылық Стокс атымен аталады. Люменесценцияның қарқындылығы квант шығымы ψ арқылы сипатталады. Ол люменесценттік кванттардың (п) сіңірілген кванттар (N) қатынасына тең болады.
n
ψ = .
N
Флюоресценциялық құбылыс молекулалардың триплеттік қалден бастапқы қалге оралуында да байқалады. Сондағы электрондардың триплеттік деңгейден бастапқы деңгейге оралуындағы люменесценцияны фосфоресценция деп атайды.
Энергияның миграциялануы екі жолмен жүреді. Резонанстық миграция кезінде энергия донордағы жоғары деңгейден акцептордың төменгі деңгейіне беріледі. Ол үшін сол молекулалар өзара жақын орналасуы шарт. Содан кейін, донор мен акцепторлық молекулалардың электромагниттік поляларының тербелістері сай келуі тиіс. Донор электромагниттік поляны таратуға қабілетті болуы керек.
Экситондық миграция кезінде электрондар өте алыс аралыққа тасымалдана алады. Өйткені, электрон қозған деңгейдегі молеклуалардың бірінен-екіншісіне және тағы одан ары қарай миграцияланады. Бұл кезде жоғалтылған электрондардың орнында тесік -экситон пайда болады. Сол экситондар арқылы энергия миграцияға ұшырайды.
1. Фотосинтез үрдісінің теңдеуі бәрімізге белгілі:
6СО2 + 6Н2 О hv С6Н12О6 + 6О2 , бұл теңдеуді басқаша жазуғада болады;
СО2 + Н2О hv СНОН + О2 ΔН ≈ 112 ккал моль,
ΔZ ≈ 120 ккал моль.
Химиялық тұрғыдан, бұл қарапайым СО2 және су молекуаларынан күрделі органикалық заттардың түзілу реакциясы. Ішкі күрделі биохимиялық синтезделу реакцияларынан айырмашылығы, бұл кезде күн сәулесінің энергиясы пайдаланылады. Термодинамикалық көз қарас тұрғысынан бұл үрдісті эндэргоникалық деп атайды. Бұл үрдіс макроэргикалық энергия қорлау үрдісімен салыстырған кезде термодинамикалық потенциалдың (ΔZ) өте жоғары деңгейде жүруімен ерекшелінеді. Макроэргикалық үрдістерде 7-10 ккал моль энергия қорланса, фотосинтетикалық үрдісте 120.
Реакцияның жалпы сипаттамасы - тотығу болып саналады. Тотығатын заттан (су) тотықсызданатын затқа (СО2) 4 электрон тасымалданады. Бұл үрдістегі бір электронның тасымалдануына қажетті жұмыс мөлшерін термодинамикалық потенциалдың өзгеруін өлшеу арқылы білуге болады:
ол 1,2 эВ тең. Ендеше, күн сәулесінің кванттарынан алынатын энергия электрондарды термодинамикалық потенциалдарға қарсы көтеруге пайдаланылады. Ал фотосинтез үрдісінің нәтижесінде пайда болған заттардың энергиясын пайдалану кезінде тотығу реакцияларындағы электрондар төмен қарай түсіріледі. (жану, биолог. тотығу). Сондықтан, фотосинтез механизмін түсіндіру үшін аталған электрохимиялық тұжырым өте қолайлы. Фотосинтез үшін айрықша болып электрондардың көтерілуі саналады. Бұл электронның көтерілуі кезінде алғашқы тотықтырғыш (кванттың әсерінен электронын береді) және алғашқы тотықсыздандырғыш (электронды қосып алатын зат) пайда болады. Алғашқы тотықтырғыш өзінің жоғалтқан электронының орныны сырттан келген донорды тотықтырады, ал тотықсыздандырғыш электронды келесі тізбектегі акцепторларға береді. Бұл сырттан келген судың тотығуын және Акцептор-НАДФтың СО2-ны тотықсыздандыруын айтуға болады. Бұл құбылысты физикадағы квазикристалдық құрылымда кездесетін элементтік зарядтардың фотолиттік бөлінуімен ұштастыруға болады. Элементтік зарядтарды бөлген кезде бос электрон (алғашқы тотықсыздандырғыш) және электрондық вакансия (алғашқы тотықтырғыш) пайда болады.
Фотосинтез кезіндегі ең маңызды үрдіс болып табылады. Өйткені, бұл кезде күннің кванттық энергиясы бөлінген зарядтардың потенциалдық энергиясына және термодинамикалық потенциалға қарсы көтерілген электронның энергиясына айналады.
Фотосинтез кезіндегі күн ... жалғасы
Фотобиологиялық үрдістер
1. Атомдар мен молекулалардың энергетикалық деңгейлері.
2. Фотобиологиялық үрдістердің түрлері мен басты кезеңдері.
3. Жарықты сіңіру.
4. Жарықты сіңіріудегі электрондардың өзгерістері.
Фотосинтездің фотобиологиялық реакциялары
1. Фотобиологиялық реакциялар.
2. Люменисценция.
3. Люменисценттік талдау.
Ұлпалар мен жасушалардың электр өткізгіштігі
1. Тұрақты токтың өтуі.Поляризация түрлері.
2. Құбылмалы токтың өтуі.
3. Электр өткізгіштікті анықтау және өлшеу әдістері. Оларды медицинада және ауылшаруашылығында пайдалану.
1. Күн сәулесінің энергиясын өсімдіктердің қалай сіңіретінін білу үшін атомдар мен моолекулалардың энергетикалық деңгейлері туралы кванттық мехниканың басты қағидаларымен танысқан жөн.
Атом оң зарядталған ядродан және теріс зарядталған электроннан тұрады. Ядроның зарядын протондардың санымен анықтайды. Ал, атомның салмағы протондар мен нейтрондардың сомасына тең Ендеше, ақтығында ядроның заряды бейтарап болады.
Электрондар ядроның айналасындағы орбитада айналып жүреді. Олардың радиусы атомның энергиясына байланысты. Электронның атом айналасындағы қозғалысы толқындық функция арқылы сипатталады. Электрондар өзінің қалыпты орбитасында айналып жүргенде энергия бөліп шығармайды. Сондай ақ, ең сыртқы қабаттағы электронның энергиясы, ішкі қабаттағыға қарағанда көп болады. Атом сырттан энергия қабылдаған кезде қозған күйге енеді. Онда электрондар ядродан алыстайды. Ал. қозған атомның алыстаған электроны қайта ядроға жақындау кезінде электромагниттік квант түрінде энергия бөліп шығарады. Бұл энергия мөлшерін келесі өрнек арқылы белгілеуге болады:
ΔЕ = Е 1 - Е2 =hv, мұндағы Е 1 - атомның бастапқы энергиясы, Е2 - электронның бірінші орбитадан екінші орбитаға ауысқан кейінгі атомның энергиясы. h = 6,62 х 10-27 эрг. с; v - сіңірілетін немесе бөлінетін кванттың жиілігі. Сәуленің жиілігі оның жылдамдығы мен толқынының ұзындығына байланысты болғандықтан (λ= сv), теңдеуді келесідей жазуға болады:
hс
ΔЕ = .
λ
Электрондардың энергиялары және сіңіріліп немесе бөлінетін энергияларда квантты сипатталады. Атомдардың сіңіру және бөліп шығару спектрлері белгілі сызықтықта орналасады. Ол сызықтықтар электрондардың қозу және қайта қалпына келу деңгейлеріне сәйкес келеді.
Атом құрамындағы электрондар қалыпты жағдайда барлық мүмкіндінк варианттардан ең энергиясы аз орбитада болады. Бұл электронның негізгі энергиясы болып есептеледі. Элементтердің химиялық қасиеттері оның сыртқы қабатындағы электрондар санымен анықталады. Сол электрондар саны сол элементтің периодтық кестедегі орнын анықтайды. қалыпты жағдайда, электрондардың көбі өзара жұпталған түрде болады., кейбіреулері ғана тақ күйінде кезедеседі. Жұпталған электрондар бір орбитада орналасады және антипаралелді арқалы болады. Ал, тақ электрондар орбитада бір - бірлеп орналасады. Молекула сол тақ электронды атомдардың электрондарының жұпталуынан химиялық байланыстың тууы арқылы түзіледі.
Электрондарының барлығы жұп күйінде кездесетін молекулалардың арқалық моменті нөлге тең болады. Молекуланың электрондық қабатының ондай күйін синглетті деп атайды. Егер, молекула немесе оның бір бөлігі тақ электронды болса, ондай байланысты монорадикал деп атайды. Монорадикалдың мысалы ретінде ОН (еркін гидроксилді) және СН3 (еркін метилді) атауға болады. кейде байланыстар екі тақ электронды болуы мүмкін. Онда бирадикал деп атайды. Арқалық моменттің мәні +1, 0, -1 болуы мүмкін. Ондағы электрондық қабатты триплетті деп атайды. Бирадикалды заттың мысалы ретінде оттегінің 0 - 0 молекуласын қарастыруға болады. Тақ электрондар еркін радикалдар деп аталады. Олар бейтарапты немесе зарядталған болуы мүмкін. Зарядталған кезде оларды ионрадикалдар деп атайды.
Молекулада, электрондық энергиядан басқа, теңселу және айналу энергиялары болады. Молекуладаға бір немесе бірнеше атомдардың теңселуінде энергия болады. Оны теңселу энергиясы, ал атомдардың белгілі өс айналасында айналуы кезіндегі энергияны айналу энергиясы деп атайды. Молекуларлардың теңселу және айналу энергиялары үнемі өзгерісте болады. Ол энергияларда, электрондық энергияға ұқсас, кванттық сипатталады. Ондай энергиялардың өзгеруі де секіртпелі түрде өзгереді. Молекулалардың теңселу деңгейлерінің ара қашықтығы электрондардың деңгейлерінен әлде қайда кем болады. Сондықтан, молекуланың электрондық деңгейлері көптеген теңселу деңгейлерінен тұрады. Ал, теңселу деңгейлері көптеген айналу деңгейлерінен құралады. Ендеше, айналу деңгейлерінің ара қашықтығы теңселу деңгейлерінің ара қашықтығынанда аз болады.
Молекуланың қабылдаған кванттарының түріне байланысты, аталған деңгейлер аралығында молекуланың қозуы байқалады. Мысалы, инфрақызыл сәуленің немесе температуралық әсердің кванттарын қабылдаған кезде молекула айналу және теңселу деңгейлері бойынша жаңа күйге қозады. Молекула мен атом сырттан келген фотон энергиясын, оның, тек өзінің энергетикалық деңгейлерінің арасындағы энергия айырмасына тең болған кезде ғана қабылдай алады.
Күрделі молекулалардың теңселу деңгейлері олардың конформациясына байланысты (кеңістіктегі құрылысына) болады. Ол конформация өзгерген жағдайда, оның теңселу деңгейіде өзгереді. Ендеше, оның сіңіру спектріде өзгереді. Мысалы, ақуыздың α және β конформациялы құрылымдары инфрақызыл спектрлі сәулені әртүрлі жолақтарында сіңіреді. Осы қасиеттерді молекулалардың конформациялық күйін анықтаудағы спетросокпия тәсілінде пайдаланады.
Электрондық деңгейлердің арақашықтығы өте үлкен болып саналады. Сондықтан, оларды жаңа деңгейге дейін тек сәуленің ультракүлгіндік және көзге көрінетін спектрлердің ыфотондары ғана өзгерте алады. Тек электрондық, теңселу немесе айналу деңгейлерінің жеке жүруі болмайды. Электрондардың жаңа деңгейге қозуы теңселу жіне айналу деңгейлеріндегі өзгерістермен бірге жүреді. Өйткені, молекуланың электрондық деңгейлері теңселу және айналу деңгейлерінен құралады. Молекулаларда, атомдарға қарағанда, жаңа мүмкіндік деңгейлердің саны өте жоғары болады. Сондықтан, молекулалардың сіңіру спекрлерін анықтау атомдарға қарағанда, қиындау соғады.
2. Сәуле энергиясын сіңіру кезіндегі барлық жүретін өзгерістерді фотобиологиялық үрдістер деп атайды. Ол үрдістерді басты үш топқа бөледі. Бірінші - өсімдіктер ағзасында жүретін фотосинтездік үрдістер. Ол кезде көмірсулар түзіледі. Фотосинтез биологиялық үрдістердің ең ерекше түрі болып саналады. Өйткені, бұл кезде биологиялық жүйенің еркін энергиясы артады. Барлық қалған үрдістер химиялық байланыстарда қорланған потенциалды энергияны пайдалану арқылы жүреді.
Сәуленің әсерінен жүретін тағы бір синтездік үрдістің мысалы ретінде өсімдіктердің фотосинтездік аппаратының құрам бөлігі, хлорофиллдің протохлорфиллден түзілуін айтуға болады.
Бейорганикалық заттардан алғашқы қарапайым органикалық заттардың түзілуінде атап өткен жөн. Мысалы, сәуленің әсерінен су, көмірқышқыл газы, метан және аммиак қоспасынан май қышқылдарының, амин қышқылдарының, пуриндік және пиримидиндік негіздердің түзілуі. Бұл жай көптеген ғалымдардың алғашқы жер бетіндегі тіршіліктің осы жолмен пайда болуы мүмкін деген болжам айтуына негіз болып отыр. Өйткені, аталған синтездік заттардан, ары қарай, полипептидтер, нуклеин қышқылдары және оданда күрделі заттар түзілуі мүмкін.
Екінші топқа сәулені сіңіру кезіндегі еркін энергияның артуымен және химиялық синтездің жүруімен байланыссыз үрдістерді жатқызады. Ол жануарлардың көру үрдісі, фототаксис, өсімдіктердің басты физиологиялық қасиеттерінің бірі фототропизм және фотопериодизмі. Бұл үрдістерде сәуле ағзаның қоршаған ортамен қарым-қатынас орнату кезіндегі қажетті ақпаратты тасымалдайды. Ағза ортада өзінің қызметін және тіршілігін реттейді.
Үшінші топқа биологиялық құрылымдардың структурасы бұзылатын фотобиологиялық үрдістерді жатқызады. Ол үрдістер тірі ағзалармен қысқа толқынды, энергиясы көп ультракүлгінді сәулелердің фотондарын сіңірген кезде байқалады. Бұдан басқа, әлі сарапталмаған, фотобиологиялық үрдістер белгілі. Ол жануарларға сәуленің стимуляциялық әсері, фотореактивациялық әсер (сәулеге күйген ағзаны көзге көрінетін сәуле арқылы емдеу).
Барлық фотобиологиялық үрдістер фотохимиялық реакциялардан тұрады. Ол фотохимиялық реакциялар келесі топтарға бөлінеді:
фотоионизация - молекуланың белгілі электронын квант арқылы ұрып шығару. Бұл кезед иондар немесе еркін радикалдар пайда болады;
Фотототығу және фотототықсыздану - бір молекуладан екінші молекулаға электрондардың тасыалдануы. Бұл кезед бір молекула тотығады, екінші молекула тотықсызданады;
фотодиссоциация - кванттың әсерінен молекуланың жек иондарға бөлінуі;
фотоизомеризация - кванттың әсерінен молеуланың кеңістіктегі конфигурациясының өзгеруі;
фотодимеризация - сәуле кванттарының әсерінен жеке молекулалардың арасында
химиялық байланыстардың түзілуі.
Сонымен, кез келеген фотохимиялық реакция молекуланың электронын жоғалтуы немесе оны қосып лауымен , кейде молекуланың құрылымының бұзылуымен сипатталады. Мысалы, ақуыз бұзылған кезде өзінің ферментативтік химиялық қасиеттерін жоғалтады.
Фотохимиялық реакциялар екі кезеңде жүреді. Бірінші - жарықтық кезең. Бұл таза физикалық кезең. Ол кезде молекула сәуле квантын қабылдаудың салдарынан қозу күйіне енеді:
А + hv А*,
мұндағы А - сәулені сіңіретін зат молекуласы (родопсин немесе хлорофилл), А* - сол молекуланың қозған күйі, hv - сәуле кванты.
Молекула қозған кезде энергия қорланады. Электрондар жаңа, алыс деңгейлерге ауысады. Молекуланың энергиясы сіңірілген квант энергиясының мөлшеріне артады. Бірақ, ол молекула қорланған энергияны қайта бөліп (жылуға айналдыру арқылы немесе шашырату -люминесценциялау) арқылы бұрынғы қалыпты қаліне оралады. Сәуле энергиясының сіңірілуінен кейінгі өзгерістерге ұшырауын 1-ші сызба нұсқадан көруге болады.
Қозған молекула артық энергияның әсерінен фотохимиялық реакцияларға түседі. Ол үрдіс қараңғылық кезеңде термодинамикалық заң бойынша жүруі мүмкін емес. Қозған молекула электронды қабылдаудың немесе берудің нәтижесінде, айналасындағы молекулалармен әрекеттесе отыра радикалға (ион немесе ионрадикалға) айналады. Бұл пайда болған радикалдар, иондан және ион-радикалдар алғашқы тотықтырғыштар немесе тотықсыздандырушылар болып саналады. Осу кезде фотохимиялық реакциялардың жарықтық кезеңі аяқталады.
Екінші кезең қараңғылық кезең деп аталады. Пайда болған тотықтырғыштар мен тотықсыздандырғыштардың бос радикалдары болады. Сондықтан, олар химиялық белсенді келеді. Қараңғы кезеңде олар тотығу-тотықсыздандыру реакцияларын жүргізеді. Олар биохимиялық реакциялардың жүруіне өзгерістер енгізеді. Ал. биохимиялық реакциялардың жүруінің өзгерісі ағзаның белгілі физиологиялық күйінің өзгеруіне соқтырады. Осылай, фотобиологиялық реакциялар соңында физиологиялық құбылыс арқылы көрінеді.
Қозған молекуланың жарықты сіңіруі
Қозған молекуланың жарықты сіңіруі
Энергияның миграциясы
Энергияның миграциясы
Жылудың
бөлінуі
Жылудың
бөлінуі
Люминесценция
Люминесценция
Фотохимиялық реакциялар
Фотохимиялық реакциялар
Триплеттер-
дің түзілуі
Триплеттер-
дің түзілуі
Биохимиялық реакциялар
Биохимиялық реакциялар
Физиологиялық құбылыс
Физиологиялық құбылыс
1-сызба нұсқа. Фотобиологиялық үрдістердің кезеңдерінің жалпы схемасы.
Сонымен, кез келген фотобиологиялық үрдісті келесідей схема түрінде бейнелеуге болады: кванттың сіңірілуі --- фотохимиялық реакциялар ----химиялық және биохимиялық реакциялар ----физиологиялық құбылыс. Физиологиялық құбылыстың мысалы ретінде фотосинтез кезіндегі оттегінің бөлінуін, күнге қарай өсімдіктердің реакциясын, жануарлардың жарыққа реакциясын, сәулелік күшті әсердер ағзаның тіршілігінң жойылуын келтіруге болады.
Аталған реакциялардан басқа энергия тағыда көптеген жолдармен өзгерістерге ұшырауы мүмкін: 1) люминесценция; 2) жылуға айналу; 3) миграциялану , басқа молекулаға алмастырылу; 4) миграциядан кейін, энергия триплеттік молекуланың құрамында болады және бпасқа да фотохимиялық өзгерістерге ұшырайды.
3. Тірі ағзалардағы фотохимиялық заңдылықтар энергияның сақталу заңдылығының салдары болып саналады. Осыған орай, фотохимиялық өзгерістерді тек, сіңірілген сәуле энергиясы ғана жүргізе алады. Сіңірілген сәуленің мөлшерін білу үшін биологиялық жүйенің сіңіру қабілетін білу керек. Ол екі фактордан тұрады: 1) белгілі уақыт бірлігі ішіндегі сіңірілген кванттың саны (бұл фактор нысанның оптикалық тығыздығымен бағаланады); 2) сіңірілетін кванттың деңгейі. Бірінші кезең белгілі уақыттың ішіндегі жүретін реакциялардың санын анықтаса, екінші кезең фотореакциялардың энергетикасын анықтайды.
Белгілі зат арқылы сәуле өту кезінде оның белгілі бөлігі сіңіріледі. Сол сәуле ағымының қарқындылығын I деп белгілейік, онда dI арқылы сол сәуле ағымының әлсізденуін белгілейміз. Әлсіздені заттың молекулалың концентрациясына С тең - тікелей пропорционалды облады. Бір жағынан әлсіздену алғашқы сәуле ағымының қарқындылығына да байланысты болады. Сіңірілу аралығы dl өте аз болған кезде сәуле ағымының әлсізденуі сол ара қашықтыққа тура пропорционалды.
- dl = k x I x C x dl,
мұндағы к - пропорционал коэффициенті, минус белгісі сәуле ағымының dl әлсізденуін көрсетеді. Онда аталған теңдеуді сызықтық дифференциалды теңдеу арқылы көрсетуге болады:
dl
- = k x C x dl .
I
Теңдеудің оң және сол жағын интеграциялау арқылы келесідей жазуға болады:
In I = k x C x l + B,
мұндағы l- оптикалық жолдың ұзындығы, B - интеграциялық константа. l = 0 делік, онда: В = - In I0 ,
I0 - затқа енетін ағымның қарқындылығы, сонда:
In I0 - In I x С x l , немесе
I0
In = k x C x l.
I
Осыдан, I = I0 x e - kcl , мұндағы е -натуралды логарифмнің негізі.
Аталған ерекшеліктерді Ламберт - Бер заңы бойынша сипаттауға болады.: зат арқылы өтетін сәуле ағымының қарқындылығы заттың концентрациялық тығыздығы мен оптикалық жолдың ұзындығына байланысты экспонционалды түрде әлсірейді.
Пропорционалдық коэффициентті ε арқылы белгілеп натуралды логарифмді ондық логарифмге ауыстырсақ теңдеу келесідей болады:
I0
lg = ε x C x l.
I
Затқа түсетін сәуленің қарқындылығының заттан шығатын сәуленің қарқындылығына қатынасының ондық логарифмі оптикалық тығыздықты көрсетеді. Оны D арқылы белгілейік. Сонда:
I0
lg = D = ε x C x l болады.
I
Осыған орай, Ламберт - Бер заңы келесідей тұжырымдалады: оптикалық тығызыдығы зат концентрациясы мен сәуле жолының ұзындығына тіке пропорционалды болады. Оптикалық тығыздық заттың сіңіру қабілетін сипаттайды. Оптикалық тығыздық жоғары болған сайын сәуле мол сіңіріледі.
Барлық заттар сәулені бірдей сіңірмейді. Сәуленің сіңірілуі сәуле толқынының ұзындығы мен оптикалық тығыздыққа байланысты болады. Осы қатынасты сіңіру спектрі деп атайды. Мысалы, ақуыздардың максимумдық сіңіру спектрі 280 нм, нуклеин қышқылдарыныкі 260 нм, родопсиндікі 500 нм, а хлорофиллдікі 430-680 нм аралығында болады. Өсімдік ағзаларындағы фотосинтез үрдісіне күн сәулесінің 420- 710 нм. диапазонындағы спектрлері қатысады. Оны фотосинтездік белсенді радиация (ФБР) деп атайды.
Фотобиологиялық үрдістердің сіңіру спектрін зерттеу әдісін абсорбциондық спектрофотометрия деп атайды.
4. Заттың қозбаған молекулаларының электрондары ең төменгі энергетикалық деңгейде синглетті (S0) жағдайда болады. Ол молекула қозған кезде, оның электрондары жоғары энергетикалық деңгейлерге өтеді (S*2). Бірақ, электрондық қабаттар синглетті жағдайда қалады. Бұл кездегі сіңірілген кванттың энергиясы аталған екі энергетикалық деңгейдегі энергия мөлшерлерінің айрмасына тең болады:
hvсің.. = E2 - E0. Мұны келесідей де көрсетуге болады: S0 S*2
vсің - сіңрілген сәуленің жиілігі, E2 және E0 деңгейлердің энергиялары. Электроннның қандай энергетикалық деңгейге көтерілуі сіңірілген сәуле толқынының ұзындығына байланысты.
Қозған молекула ондай қалде ұзақ уақыт бола алмайды. Ол энергия қайта шашырауға ұшырайды. Ол үш түрлі жолмен жүреді: 1) басқа молекулаға беріледі; 2) миграцияланады; 3) молекуланың тербелістік энергиясын молайтуға жұмсалады. Аталған құбылыстың нәтижесінде электрон қайта, бұрынғы орбитасына оралады немесе жаңа, қозу кезіндегі орбитадан төмен орналасқан орбитаға орналасады.
Электрон өзінің бастапқы қалпына жарқырау арқылыда орала алады. Жарқырау кезінде энергия қоршаған ортаға әртүрлі жолдармен беріледі. Бұл құбылысты люменесценция деп атайды. Оның екі түрі бар: флюоресценция және фосфоресценция.
Қозған электрондардың қалыпты орбитаға оралуы ең жоғарғы деңгейден төменгі қозған деңгейге қарай бағытталады. Мысалы: S*2 S*1 , S*1 S*0, S*2 S*0. Бұл кезде кванттар сәуле болып шашырамайды, олар жылуға айналады. Ал, S*0 S0 кезінде, ең төменгі қозған деңгейден бастапқы деңгейге ауысқан кезде люменесценциялық кванттар шашырайды. Алғашқы сіңірілген энергияның белгілі мөлшері жылуға айналғандықтан, люменесценциялық энергия (hvлюм) мөлшері бастапқы сіңірілген энергия мөлшерінен (hvсің.) жылуға айналған энергия мөлшеріне (Е жылу) кем болады:
hvлюм = hvсің. - Е жылу. Мұндағы hvлю - люменесценцияланатын сәуленің жиілігі. Люменесценциялық сеуленің жиілігі аз және толқынының ұзындығы жоғары болады. Бұл заңдылық Стокс атымен аталады. Люменесценцияның қарқындылығы квант шығымы ψ арқылы сипатталады. Ол люменесценттік кванттардың (п) сіңірілген кванттар (N) қатынасына тең болады.
n
ψ = .
N
Флюоресценциялық құбылыс молекулалардың триплеттік қалден бастапқы қалге оралуында да байқалады. Сондағы электрондардың триплеттік деңгейден бастапқы деңгейге оралуындағы люменесценцияны фосфоресценция деп атайды.
Энергияның миграциялануы екі жолмен жүреді. Резонанстық миграция кезінде энергия донордағы жоғары деңгейден акцептордың төменгі деңгейіне беріледі. Ол үшін сол молекулалар өзара жақын орналасуы шарт. Содан кейін, донор мен акцепторлық молекулалардың электромагниттік поляларының тербелістері сай келуі тиіс. Донор электромагниттік поляны таратуға қабілетті болуы керек.
Экситондық миграция кезінде электрондар өте алыс аралыққа тасымалдана алады. Өйткені, электрон қозған деңгейдегі молеклуалардың бірінен-екіншісіне және тағы одан ары қарай миграцияланады. Бұл кезде жоғалтылған электрондардың орнында тесік -экситон пайда болады. Сол экситондар арқылы энергия миграцияға ұшырайды.
1. Фотосинтез үрдісінің теңдеуі бәрімізге белгілі:
6СО2 + 6Н2 О hv С6Н12О6 + 6О2 , бұл теңдеуді басқаша жазуғада болады;
СО2 + Н2О hv СНОН + О2 ΔН ≈ 112 ккал моль,
ΔZ ≈ 120 ккал моль.
Химиялық тұрғыдан, бұл қарапайым СО2 және су молекуаларынан күрделі органикалық заттардың түзілу реакциясы. Ішкі күрделі биохимиялық синтезделу реакцияларынан айырмашылығы, бұл кезде күн сәулесінің энергиясы пайдаланылады. Термодинамикалық көз қарас тұрғысынан бұл үрдісті эндэргоникалық деп атайды. Бұл үрдіс макроэргикалық энергия қорлау үрдісімен салыстырған кезде термодинамикалық потенциалдың (ΔZ) өте жоғары деңгейде жүруімен ерекшелінеді. Макроэргикалық үрдістерде 7-10 ккал моль энергия қорланса, фотосинтетикалық үрдісте 120.
Реакцияның жалпы сипаттамасы - тотығу болып саналады. Тотығатын заттан (су) тотықсызданатын затқа (СО2) 4 электрон тасымалданады. Бұл үрдістегі бір электронның тасымалдануына қажетті жұмыс мөлшерін термодинамикалық потенциалдың өзгеруін өлшеу арқылы білуге болады:
ол 1,2 эВ тең. Ендеше, күн сәулесінің кванттарынан алынатын энергия электрондарды термодинамикалық потенциалдарға қарсы көтеруге пайдаланылады. Ал фотосинтез үрдісінің нәтижесінде пайда болған заттардың энергиясын пайдалану кезінде тотығу реакцияларындағы электрондар төмен қарай түсіріледі. (жану, биолог. тотығу). Сондықтан, фотосинтез механизмін түсіндіру үшін аталған электрохимиялық тұжырым өте қолайлы. Фотосинтез үшін айрықша болып электрондардың көтерілуі саналады. Бұл электронның көтерілуі кезінде алғашқы тотықтырғыш (кванттың әсерінен электронын береді) және алғашқы тотықсыздандырғыш (электронды қосып алатын зат) пайда болады. Алғашқы тотықтырғыш өзінің жоғалтқан электронының орныны сырттан келген донорды тотықтырады, ал тотықсыздандырғыш электронды келесі тізбектегі акцепторларға береді. Бұл сырттан келген судың тотығуын және Акцептор-НАДФтың СО2-ны тотықсыздандыруын айтуға болады. Бұл құбылысты физикадағы квазикристалдық құрылымда кездесетін элементтік зарядтардың фотолиттік бөлінуімен ұштастыруға болады. Элементтік зарядтарды бөлген кезде бос электрон (алғашқы тотықсыздандырғыш) және электрондық вакансия (алғашқы тотықтырғыш) пайда болады.
Фотосинтез кезіндегі ең маңызды үрдіс болып табылады. Өйткені, бұл кезде күннің кванттық энергиясы бөлінген зарядтардың потенциалдық энергиясына және термодинамикалық потенциалға қарсы көтерілген электронның энергиясына айналады.
Фотосинтез кезіндегі күн ... жалғасы
Ұқсас жұмыстар
Пәндер
- Іс жүргізу
- Автоматтандыру, Техника
- Алғашқы әскери дайындық
- Астрономия
- Ауыл шаруашылығы
- Банк ісі
- Бизнесті бағалау
- Биология
- Бухгалтерлік іс
- Валеология
- Ветеринария
- География
- Геология, Геофизика, Геодезия
- Дін
- Ет, сүт, шарап өнімдері
- Жалпы тарих
- Жер кадастрі, Жылжымайтын мүлік
- Журналистика
- Информатика
- Кеден ісі
- Маркетинг
- Математика, Геометрия
- Медицина
- Мемлекеттік басқару
- Менеджмент
- Мұнай, Газ
- Мұрағат ісі
- Мәдениеттану
- ОБЖ (Основы безопасности жизнедеятельности)
- Педагогика
- Полиграфия
- Психология
- Салық
- Саясаттану
- Сақтандыру
- Сертификаттау, стандарттау
- Социология, Демография
- Спорт
- Статистика
- Тілтану, Филология
- Тарихи тұлғалар
- Тау-кен ісі
- Транспорт
- Туризм
- Физика
- Философия
- Халықаралық қатынастар
- Химия
- Экология, Қоршаған ортаны қорғау
- Экономика
- Экономикалық география
- Электротехника
- Қазақстан тарихы
- Қаржы
- Құрылыс
- Құқық, Криминалистика
- Әдебиет
- Өнер, музыка
- Өнеркәсіп, Өндіріс
Қазақ тілінде жазылған рефераттар, курстық жұмыстар, дипломдық жұмыстар бойынша біздің қор #1 болып табылады.
Ақпарат
Қосымша
Email: info@stud.kz