читается взаимодействие с молекулами хлорофилла» за счет чего и создается неоднородность в окружении последнего, о которой говорилось выше, но этот вопрос требует дальнейшего исследования. Судя по КД-спектрам {Грегори [77], стр. Ill), молекулы

РИС. 13-23. Электронная микрофотография хлоропласта из листа люцерны (с любезного разрешения Harry Т. Horner Jr., университет ил. Айова,)

хлорофилла внутри мембран определенным образом ориентированы

относительно плоскости тилакоидов..

Вопрос о возможной организации тилакоидных мембран в фотосин-тезирующие единицы, или квантосомы, пока не решен [86,87]. Как было» показано методом замораживания — травления, диаметр квантосом ~20 нм, а толщина ~ 10 нм. Однако некоторыми исследователями были выявлены лишь частицы кубической формы меньшего размера, которые могли быть молекулами рибулозодифосфат-карбоксилазы (ребро куба ~12 нм; гл. 7, разд. К,3,ж) или молекулами фактора сопряжения с синтезом АТР (ребро куба —10 нм, разд. Д, 6).

В химическом отношении фотосинтезирующие единицы были охарактеризованы исходя из числа разного рода молекул, находящихся в-мембране хлоропласта и приходящихся на пару атомов марганца (табл. 13-2). Каждая такая единица предположительно содержит один реакционный центр фотосистемы I и один реакционный центр фотосистемы П.

5. Реакционные центры и первая стадия фотохимического процесса

Одним из наиболее интересных вопросов, связанных с проблемами фотосинтеза, является вопрос о природе первой стадии фотохимического процесса. В каком возбужденном состоянии находится при этом хлорофилл — синглетном или триплетном, — пока неизвестно. Как бы то ни было, считается, что далее возбужденный хлорофилл (Хл*) передает электрон какому-то акцептору, превращающемуся в радикал А~% и. переходит в форму окисленного,- радикала Хл+:

А

Хл— Хл*-^ (13-26*

Согласно схеме, изображенной на рис. 13-18, акцептором А в фотосистеме II служит Q, а в фотосистеме I — Z. Окисленный хлорофилл (Хл+) далее немедленно вступает в реакцию, получая электрон от некоего» донора. В фотосистеме I наиболее вероятным кандидатом на роль такого донора является пластоцианин.

Фотоокисление хлорофилла, протекающее согласно схеме (13-26)^ сопровождается-ослаблением главной полосы поглощения. Однако, поскольку на каждый реакционный центр приходится большое число улавливающих свет молекул хлорофилла, этот эффект выражен слабо. Изучению всего процесса способствовало выделение изолированных фотохимических реакционных центров из бактериальных хроматофоров (гл. 1, разд. А, 11). Несмотря на некоторые вариации химического* состава, свойства реакционных центров, выделенных из пурпурных к зеленых бактерий нескольких родов, довольно близки. В состав этих центров входят три белка с мол. весом 21 ООО, 24 000 и 28 000 в соотношении 1:1:1 [88], а также четыре молекулы бактериохлорофилла, две молекулы бактериофеофитина, молекула убихинона, атом негемового» железа и (если не считать мутантов, дефектных по системе синтеза каротиноидов) каротиноид. Например, в реакционном центре Rhodospi-rillum rubrum присутствует одна молекула спириллоксантина [89]^ Имеются указания, основанные частично на данных об экситонном: райщеплёнии ?90], что хлорофилл участвует в фотохимической реакции в виде димера.

Это предположение распространяется и на хлорофилл, находящийся в реакционных центрах в хлоропластах зеленых растений [91]. Данные-о возможной структуре димера были получены в результате рентгено-структурного анализа кристаллического этилхлорофиллида а. В этом случае молекулы упакованы в виде полимера, кольца соседних молекул хлорофилла соединены через молекулы воды, а ионы Mg2+ оказываются на расстоянии ~0,04 нм над плоскостью четырех пиррольных атомоа азота с той же стороны, что и молекула воды, присоединенная с помощью координационной связи [92]. Было высказано предположение, что молекулы хлорофилла образуют симметричный димер, при этом обе молекулы одинаковым образом гидратированы [93] или связан» с ОН-, SH- или NH-группами (рис. 13-20,5).

Пикосекундные кинетические исследования [94] обесцвечивания бактериохлорофилла, содержащегося в изолированных реакционных центрах, показали, что начальное фотохимическое окисление хлорофилла в форму Хл+ происходит в течение Ю-10 с (0,1 не). В соответствии с этим время жизни т возбужденного состояния хлорофилла в фотосистеме I хлоропластов оценивается в 0,13 не (сравните с временем жизни-т0 для свободного хлорофилла, равным 19 не) [95]. Низкое значение т в случае хлоропластов обусловлено быстрым переносом электрона с хлорофилла на акцептор. Время жизни возбужденного состояния хлорофилла в фотосистеме II примерно в 10 раз больше (1,5 не)1* [95].

Обесцвечивание бактериохлорофилла сопровождается появлением сигнала ЭПР со значением 1,82; по-видимому, это обусловлено восстановлением первичного акцептора, возможно негемового железа [96]. Судя по другим данным, акцептором является хиНон [97] (или убихи-нон в Rhodopseudomonas). Соответствующей модельной реакцией служит фотовос