Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

ИЗУЧЕНИЕ МОЛЕКУЛЯРНОЙ ОРГАНИЗАЦИИ АГРЕГИРОВАННЫХ ФОРМ ХЛОРОФИЛЛА И ЕГО АНАЛОГОВ

ВАК РФ 03.00.04, Биохимия

Автореферат диссертации по теме "ИЗУЧЕНИЕ МОЛЕКУЛЯРНОЙ ОРГАНИЗАЦИИ АГРЕГИРОВАННЫХ ФОРМ ХЛОРОФИЛЛА И ЕГО АНАЛОГОВ"

шдаия нш соср

ОРДЕНА ЛЕНИНА ИНСТИТУТ ЕИОХШИИ ш.А.Н.ША

На правах рукописи

-3.S&1/Ç ■

шьгаш

Иввма Николае юш

изучат ммнкмярной отнкадаи агрвгированнш

«fm uopoíwuia н его ашуюгов

03.00,04 -диолог*Чвсквя

Автореферат Хяссвртешуш на соискание учено! «селен« кайдмдага Ожовогшчеешх mon

Москва - 1978'

Работа выполнена в лаборатории фичэбжшмга Ордена Ленжна Института биоимкн яменк А. П. Бала АН СССР

Научные руководителя:■."

' ■ академяк А.А.Краоновокжв , какдкдаг бяологжчеокях каук^стадакЯ ваучннй оотрудпяк

М.И.Внстрова

Офяпаальяые оппоненты»

доктор хямкческнх наук»профессор А,В.Каряшя кандидат биологических наук,отаршкЯ иау?яыв сотрудник

■ В.Д.Щврбувш ... Ведущее предприятие: Институт фотобиология АН.ВССР,

■■ ... : г.Минск ■ •■■. -

Защита дисоертаци* состоится 1978 г.

вЛ?^чао.,нааас.даниш Саешаиаировшюо™ сове» (К 002.96,01) по присуждена» ученой с те пени кандидата наук а Институте сКяохвмия ям,А.Н.Баха АН СССР . (1170?1, Москва, В-71, Ленинск*! проопмст.ЗЭ.юрп.Я) -Гу*7^ С диссертацией можно овнакспаться в бк&яотвк* бноло-плесков литератур« АН СССР (ЛышноюЛпросп. ,33, корп. I)

. Автореферат разослан ¿¿5* МАЛ 1978 г.

с.3-' •

Тченнй секретарь Специализированного совета кандидат биологических паук • - « М.И.Иолчапов

ОЩАЯ ХАРАКГЕРИСЩКй РАБОТЫ " '-■' .

Актуальное» проблема.: В настоящее время общепринято цред-. ■ стаалепие о том.гчто осяошад пасса хаорофалла в мш.*3ранах хло-ропластов к ч*Dиетcфpoв игpaE»т poль clзвтocoO■pвllдвй антенны, \ которая передает внвргхю возбуждения ревжциотшм центрам, гдэ происходит трансформации поглощенной »нергиж в »нергию химжчв- '. ских'свяэеЙ.Антепна иреавдошше центры„содержат агрегированные форщ пнетгентов, Участие которых в первичных продассахфото~ иштеза опредвлмется особвнносгямя кхмолекуляряоа организации. Шетому исследовеяЕв молекулярной организации фотоошт етиче ских шгееятных систем составляет одпуиэ. важнейших проблем фотосинтеза. /■';:л, ■ ■-■:■-.'-' '

В даборедорш фотобнохимии Института биохимии гм.А,Ц.Баха ДН СССР многие года проводится систематическое исследование агрегации хлорофилла и его аналогов»" Шло обнаружено разнообразие типов агрегированных .етиретур/ обреэутэщихся:путеист<осйоркяв твердых пленках пигментов, из которых шогие во спектральным свойствам сходны с нагибными формам! шплентов в клетках фото сив-теэирушкх организмов (Красновскийя сотр., 19-48-1977; Литвин V Ъ ооавг., 1958-1978). ;.'".;. -у'

Зим вау^ая молевулядо агрегированных фор!

патентов в твердых пленках иы использовали метод инфракрасной спёктроскошщ,'который дает возможность следить за иэмененияш . функциональных гиш 'ыолеюгд пигментов.при образовании иаиаэло-. . куляриых свчавЗ в процесса форсирования агрегированных структур;

: ,К настоящему времени накоплен большой материал по ИК—спектроскопии хлорофилла в его аналогов1 в агрегированном состоянии ; < М®<1 . ЗасоЬз . , 1955? сидоров, Терешш, 1960, 1962; Каря-!ШН, Кутюрий в др., 1961-1963} Ко«I аи. . 1963/196о-19в9, 1972; Цщ(е*0оп ,Са1*1п. , 1964). Большая часть работ основа-• на на наблюдении обрат имнхиэыенений поглощения в карбонильной н гидроксяльной областях спекгра у препаратов тгаегсгов в Присутствии воды к при ее удалении. Было отмечено (Холмогоров,: Оиюров, Теренш'," 1962) непосредственное участие молекул води в создании длинноволногых структур. Дальнейше исследования "

- f Katí et aff, , 1968, 1969, 1972) позволяли представить воа-№ШШЙ ивХаЯИЗМ включения волы в структуру агрегатов. Однако састекатяческих исследований стругали агрегированных форм различного тшш у разных пигментов фотоеиктеаируюцих организмов проведено не было.

- Цель и аадачи исследования. Основной целью настоящей рет ÓoTtí títmo изучение с помощью ИК-спевтроскопни молекуляриой организации агрегированных фор* разного *ава в тверда пленках , протоялорофллла, хлорофиллов g н js, бантериохлорофиллов g и ■ а также соответствующих фвофитинов всрввшггельноы аспекте» Следовало установить, какие разновидности межмолвкулярнах связей о0разу»гся при самосборка агрегировании* форы notó шм као-готипа,чтоби"суДШ'Ь о пространственном расположении молекул в разлитою пигментных структурах. :

На пршере йактержохлорофилла £ - близкого аналога хлоро-' фюлла^, чрезшчайносклонного к агрегация, ш исследовали фотохимические свойства агрегированных форл с помощь» метода ЭПР,

Научна? вовяэк^. Проведено сравнительное исследование инфракрасных спектров хлорофилла я его, аналогов в агрегированных формах различного тала, -в том числе таких. которне воспроизводят свойства пигментов я клетках фотосинтезиругацих организмов. Установлены различные механизма ме«иолекулярного взаимодействия доя фото синтетических патентов; реализация того ш иного из аах определяется в первую очередь особенностями химического строения молекул,

Каидая из <5стылого набора различающихся ш свойствам аг-регированныхфорл пигментов охаректеризовшапо »шмолеауляр-ннм связям, опредвлявдим ее самосборку} ето дает возможность , представить пространственное расположение молекул в агрегированных структурах.

^ Изучение фотоокисления агрёгировашшх форм привело к обнаружению ст абшщэ ирующэго влиянии агрегации на кюяон-рядика— . лн, являющиеся первичными продуктами фотопроцесса.

Получены вовне экспериментальные данные о природа межмо-лекулярннх взаимодействие в патентной системе фото слит езиру-тадах организмов.

■ ■ - Э - \ . - "■ ; "

Практическая значимость. Представленная работа является часть» фундаментальных исследований Института биохимии ш изучения молекулярной организации фотосинтетиче ского аппарата« Практическое значена? работы определяется возможность® моделирования агрегированных форм шпментов. Боафоиэъодлщш свойства пигментных систем живых органиэшв. Экспериментальные данные работы расширят1 я углуйляюг представления о механизме самосборки пигментной сксхеш растений и являются основой для Дальнейшего изучения молекулярной организации фотосивтетического аппарата.

Апробация работы. Материалы диссертации докладывались на Ш Всесоюзном симпозиуме по кинетике и механизму реакций с участием комплексных соединений (г. Иваново, 1974) . ХШ Научно-координационном совещании стран - членов.СЭВ по проблеме "Пигиент-Оелкоше коьшлекса ь фотосинтезе" < г.Ыоеква, 1975), ХПЫехду-народном Ботаническом Конгресса (гДенш1град,1975),

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 6 работ. . ■■'■■■;;.■■■

: Объем рабруц. Диссертация изложена lia 14? сгр.текста и со дернит 7 ■ таблиц и 43 рисунка. Список литературы включает Йбб названий.

ЗКШЕГШЕШАЛЫЦЯ ЧАСТЬ .

• ошзш! и метода исследования

. Объектом рсследовати йыли твердые пленки хроматографи-чески спектрально чистых препаратов хлорбфшыюв g и в, прото-хлорофшша, бакт еряохлора^шша а .. б акт ерио хлорофилла с и их : беэмагнаевых аналогов*'.

Протохлорофилд получали из внутренних оболочек семян тыквы сорта "Столовая", хлорофилла айв- из листьев кралиш, Сактериохлорофшиш а и £ - из бактериальных клеток RfWo-; psaitlomonûs SfFwfoltJeS H CMûrtpseudomonas elFt^Cica соот-

ветственно с помощью методов, принятых в лаборатории фотобиохимии Института с конечной хроыатсграфической очистной на колонках из Сахаровы. Беэиагниевые производные - фсофитины — получали обработкой растворов соответствующих хлорофиллов в сер-

^Принятие сокращения: хлорофилла а и в - Хл а и Хя в; прото-хлорофилл- Пхл; бактеркохлорофцлли g и с - Ехд g a Ехл с; феофташш айв - Фео а и Фео g; прогофео^итнн — П|; бак-териофеофиткн а й £ — ■ бф а н с.

. 4 — - * -

'ном эфире соляной кислотой (2н) с последующим 'промыванием водой, высушиванием и хроматогрвфячеекой очисткой, ;

Твердые пленки пигаеотов получали в вакуумных трубкахТун-бврга в ва пластинках, из NoCÍ в КГ , Исследуеше плеяки помечали в вакуумную кювету, откачиваемую до высокого вакуума (IO i*í рт.ст.) при 70°с в течение в "часов.

• - Метори,, исследования. Cnewpi поглощения регистрировали ва шнофшкро ванном спектрофотометре СФ-14, рабочий диапазон которого Сил расширен до 920 вм.'

Инфракрасные спектры поглощения в области I600-1600 см"1 : я 3700-2900 ос"1 регистрировали на приборе UR -го,

: Измерения спектров ЭПР проводили аа радиоспектрометре РЭ-1Э01 в стеклянных ампулах 3—1 вд. Техмоетатируице е устройство позволяло изменять температуру в резонаторе ЭПР-спектро-", метра в предала* от -ICO до ч50°С.

! ГЛАВА I; ИЗТШКШ ГОЛИ НИЗКШЛИЕКГЛЯГШХ АДШДОВ В ОБРАЗОВАНИИ АГЕЕШР0ВАНШХ 50Ш ХЛОРОФИЛЛА а й ш)'маж)П)в. аштрошш ШЕгага

Эти исследования Оыли проведены с цель» отработки условий моделирования агрегированных форм- разного типа.

Хлорофилл а. Ист испарении раствора в серном эфире или CCf^ путем спонтанной агрегации образуется форла с максимуме»! поглощения 680 нн, На примере Пленок хлорофилла g ш систематически изучали комплексообразуадее действие ряда соединений,. содериащх функциональные группировки (води» летучих полярных соединений из'класса спиртов, альдегидов,-кетонов, аминов). Твёрдые пленка пигментов .обрабатывали парами того или Иного соединения, помещаемого в отвод трубки Тунберга.

Исследования показали, что токшювеообразумции действием. Приводящим к образованию длвнноволновых форм, Обладает метанол, втанол,. вода, форшЛьдегид, аяетон, егмиак, "длина" молекул которых соизмерима с тжмолекулярнвд расстоянием, в агрегированных формах пигментов. Более высокомолекулярные соединения во сдасобстяуют агрегации. ■■'. :.,

Наиболее эффективное действие оказывает метанол, в парах, которого эа Ю-ЭО мин при 20°с наблюдается образование интея-

- s - , .. - :

сибного максимума 745 им (Хл а 745) при одновременной умевьше-нки исходного максимума S80 км. Парц формальдегида вызывает. значительное образование форш 745 цмчерезЮ-ЗО часов. Под действием даров аммиака в течение 6-10 часов образуется форма с поглощением около 725 нм, Парн мда прсводят н тследователь- ' . ному образовании фор| 720 и 745 нм только после продолжительной (3-6 дней) обработки пленок. В парах диоксана в течение.Э0 минут образуется фор^а с "острим" симметричным ыаксимуыом ЁОО ни.

' Действие аддендов на плеики одшаково эффективно в присутствии воздуха iit.р.вакууме, '■>..■ . •/ . " *

- : Для оцешш стабильности новообразованных длинноволновых форл пленки эвакуировали на фореакуумном насосе (£0~2 ммрт.сг.), в течёте часа с последуида нагревание» .до 60?С в течение 15 : минут, Выло .обнаружено, что длюшоволноше форш,- образованные в парах вода, метааола, фордальдегида, частнчио сохраняют ся при эвакуанви/ нагревание приводит к их разрушении, восстанавливая . исходзшй вид спектра. . "'■ ■=

"Лшначяая" форда неустойчива; удаление "паров аммиака' вакуумной тренировкоа шлностью разрушает ее. ' . :

Длинноволновые форш, образованные при включении адаендов в структуру пленок, терйзлабидьны. Исключение составляет: "диоя--сановая".. форма; которая не разрушается даже при 100°.

Действие паров пиридина на Хд а 680 в течение 10 ыин приводит к дезагрегации, которда проявляет <5я в "срезаннн" .длинноволнового' склона иаксимумаи смещении" его иа2нм в коротковолновую область, Дшишоволноше форш,\образ0вшкыв.прк включении ■ аддендов, под дей<?тв!!ем пиридина за несколько минут аолносты» разрттамтся,.превращаясь в форми:с коротиоволношш поглощением. "Диоксановая*форма*" 'устойчива;¡ в парах пиридина она;сохраняется "в течение нескольких часов. : ■ ; ■ ' ' Хлорофилл в.. в пленках. солучаемих пря ислареюга эфирного раствора и раствора в ССК^, образуются различные фор-н с " максимумами при 657 ил /яСЭО нм соответственно* Форма Хл в 650 : ,термолабильна, после вакуумной тренировки с вагреванием ояа переходит в форф- Хл в 657, По-ввдшюму;- Для хлорофилла £ при .испарении CCf4 соэдастся благоприятные условия дщвэекмодей- .

.. CTBttft С водой. : * ■■ ■ ■":

- ; : Eps дей etвии паров метанола на пленки с форлоД 657 вм в :■>,; течение 60-00 коп наблюдается образование максимума 672 км тесте с более длинноволновым при725 од что не было известно ревее.Втарах даоасана образуемся фора, с, адммвтркчним v; кшмямумом 670 им, Другие. ниэкоМолекут&те аадегин не способ: «вуст образованию длиииоволношх фор«. ■"■ ■•'

■ Лхрегировкпшй форди хлорофилла g в парах пиридина под-,ввргаются дезагрегации. При втоМ длинноволновые формы, кажи . : ; ■ у хлорофилла g,дезагрегируют с наибольшей скоростью. "Диокса-погой" фсрхе свойственна усгоачияость. ! V -

ртотот^ороФнлл. При испарении раствора в сврюм е$ире нля СС14 получается пленка с максимумом поглощения 635 нм. Действие паров виз томолекулирных аддеидов «а - протохкорофплл 635 нм, в согласия с данными Красновского и сотр. (1968,1971,1972), дри-, водит х образованию Длинноволновых фор*, При действии паров ам-мааиа наблщдается образование форма 640 да, при действии паров • : иетшюла,'фореадьдегкдаг йиетова- форлыбЭОпм. В парах диоксв-на образуете« форма лротохлорофилла в40 нм. ."■■".■

ч Длншговолновые форш разрушается при »вакуацви с нагрева-кием. • • ■' .-._.-, ;. ' ,'.[ "...

; Форш лротохаорофжлла 635 им оказалась устойчивой s дей-'. . стьия ' шридвна. Пхл 650 дезагрегирует за ив сколько ыипут, .

Бак^ерио^лотофялл а. Исходные паеякя содержат фодоу'860 нм.' Цри действии паров метанола и насыщенного водой верного эфира обраэуггея более длинноволновые фор®» ■— Ъхя а 910 ж Еел g 870. :■'-В последнем случае роль кошлексообраэущего- вддеада принадлежит, вероятно, воде. Ддштоволноше форш бактеряоиорофклла ;-/._. термолаб«лыш;лрвяагре8вюи перехода? ь коротковолновую форлу 780 нм. Эти форма в sapez пиридина подвергайся полкой Дезагрегации sa 3—4 мин; превращаясь а форлу 700 да»

V. Де^магнисрне пяшеаун.ФеоФнтива'^ к |, байтериофеофитин а, " при ксларешга серного вфнра обрез упт пленки с манеииумдаи тогло-' ценю' 700, 680, 860 нм соответственно, Бакгериофеофнтину 860 ни гаюЯегвенпа высокая термостойкость; нагревание до Х00°с ne алия-; ет на спектр. • ' '*' Л Г ';.^ ■'/■

При действии паров акдендов на пленки беэнагииешх пит- ' иентов спектры не «вменяются. Следовательно, наличие центрального атома магния в молекула пигмента - необходимое условие для вэалшдействия а аддендом.

Агрегкроваинив формы бвзмагниевыж. пигментов устойчяга к дезагрегирутацему деаствим пирилша, в чем они обнаруживает сходство с протохлорофяллом С35 нм. Это свидетельствует о йодном механизме межмолекулярного взаимодей ствия it указанных фор-

■ "а**' ' ■ ■ ■" ■■ ~ ■ ■ '.''■■

Исследование инфракрасных спектров дало возможность судить о мелыадекулгрннх связях и о структуре агрегированных фор«»

ГЛАВА П. 1ВКРАШЮЩ СПЕСГШ ХЛОРОФИЛЛА И ЕГО АНАЛОГОВ

Валентные колебания карбонильных групп поглотают а обла- ' сти 1900-1600 » К началу нашей работы были определит уз- . кие границы погдомеяця раэлячшх карбонильных групп в ШС-спек-трах пигментов (Vileí, ¿UíhjsUrt, 1353) Heft .Jacobs f 1355} Одоров, Торенип, I960, 1962; alt * 1963).

Данине о поглощении карбоиялыщх груш пигментов в агрегатах различного тяпа .позЕоляст сугоггь о ыезлголекудяркшс связях, воеяикащих в процессе агрегации, : ;

" Хлорофил^ д. Пленки К а 68Q В карбонильной ' области ИК-спектра имеют,четыре полоса« 1738,1626» 1660 и 1610 см"1.

Полоса IS60 да"* txotoa no положению с аналогичной поло. сой хлорофилла а в неполярцых растворителях (К all , 1963) и объясняется ме »молекулярным взаимодействием, при котором кет тогруппа одной молекулц коордшкщионно связывается с центральным атомом шитгаг другой; молекулыЧкето

В спектре полярных-растворов, где,пигмент находится в wo- : .номерном состоянии, полоса ÍS60 см"1 отсутствует. Подобный' спектр имеет 2л а ССО после обработки парами"пиридина.

Действие на Хд g 680 паров !»1щлексообразу1>щих аддендов. <метанол, формальдегид,'вода) приводит.к появление нового агре-гащонного максимума 1645 Интенсивность полосы поглощения свободных кетогрулп при этом значительно уменьшается. -

После обработки парами пирилинацолоса 1645 исчезает и увеличивается интенсивность поглощения свободных кето-/ гру1ш, При деэагрегнгудяем действии пиридина за счет сольна— ташт молекул пигмента по атому капли кетогрутш молекул шг- ■ - ыентв освобождаются иэсферы иадрдияационяого взаимодействия с металяом. удалении пиридина восстанавливается взаимодейст-' вИэ кето Cs0.vMg; а Волоса 1660 см"1 появляется1 вновь* ;

В спектр»" форыи Хл а 63° агрегаяиояяая волоса 1660 см-1 сравнима по интенсивности с полосой свободных кетогрупп, т.е. . часть кетогрупп не вступает в нен,юлвкулярное " взашоде2ствяе при самосборке формы 680 им. Модно предположоть, чтоэта форма состоит и» диыеров; небольших олигомеров,; а также свободных молекул хлорофилла а.

г Еря образовании наиболее длинноволновой формы 745 нм большая часть кетогрупп вступает в медмолекуляряое взавмодействне. ' IfoJtoca 1645 см"-'- обусловлена метаю леку лирной водородной связью меаду кэтогрутгой; пигмента п молекулой метанола, которая в свою очередькоординационносвязывается с центральным. атомом маната другой молекулы пигмента по «семе кетоОО..,HQ(R )Многократное повторение такого рода свяяей приводит к образова- . ншо высокоагрйгироваанюс crpywyp, sosirorao, микрокристаллше-; atoro типа.:'- V, *. у'. '':;■..■■ v: :

В саекгрв формы -745 нм, образованной в парах формальдегида, также обнаруживает си . поло са 1645 . Ее могко припясет ь' водородной свяви, образованное кетогр>тшаш шшента с молвят-" дама фортадьдеглда. Такая хв полоса появляется в спектре пленок после длительной (g-i0 дней) экспозипии в парах вода.

Отмечвтгая водородная связь чувствительна к действию гем-шратурт.Удадевхе адденда нагреванием в вакууме воссганавш- : вам исходную структуру спектра.

Иаой механизм меядале^ляршзго взаимодействия был обнаружен у,форлы Xi g 690,образованное в ширахдиоксана. При создании "даоксаловоЯ" фэряы все карбонильные i-дгппн. молекул : хлорофилла «оказывается свободными. Можно предположить, что даокеан своими атомами .кислорода отзывает меаду собой по aso-

- .9- ~ •

мам магния молекулы хлорофилла а. Воэмоию, лри.атш молекулы Пигмента располагаются параллельно другдругу.

Очевидно, соединения, выполняющие роль "мостиков" мелду строительными единицами структуры (монокерада, днмервии, оли-гомерамн), способствуют сблпженв» порфлршюшх плоскостей и увеличению взаимодействия их я" -электронных систем.

Полученные дшшые для хлорофилла а могут бить представлена в виде таблица.

Форта 0=С СЬЮ Кето (ЫЗ

Эфирн... свобода. С*0.. .Иф 0=0... НО... Не к 3 ,

Хл а 680 Хл а 690 Хл § 745 Хл а 715 1610 1610 1610 1610 1?за" -1733 1738 1738 1695 1655. 1635 16% 1650 Г660 ' 1645

Хлорофилл в. Пленки ХЛ в 657. в карбонильной области ш юг четыре полосы!1733, 1705, 1665, 1612 см"1. Те полосы можно наблвдать и у растворов пигмента в поляршх растворителях. Обработка пленок парами пиридина приводит к увеличению интенсивности полосы 1665 и уменьшению полоса 1612 см""*. Интенсивность полоса .1705 емГ* остается практически без изме-

нения. -■.'■■ '• ■

Полоса 1365 см"1, обусловленная колебаниями свободных альдегидных грущ!,. во полояенпо практически не отличается от соответствующей полосы растворов пишеиЕа, однако у пленок интенсивность ей гораздо меньше. У растпоров хлорофилла в в кеполяр-ных растворителях полоса 1655 ш-^ содержит вклад за счет мел-молекуляркого взаимодействия, кето ;с=0...Мд{Ка11 е( о((, ,19СЗ)А •Такой вид взаимодействия скорее всего нэ является определявши в создании форли' 2л в 657 в пленках. Об этом свидетельствует высокая интенсивность поглощена* споЗолаих кетогрупп, почти но иекящачся при деэагрегацаи пиридином, По ндашл дагошл, самосборка форма.1л в 657 .связана глакни образом с образование« координационных связей мезкду альдегидной группой олгюй молэ ку-лн и огоном магипя дадгбй (альдепа 0=0.. .Уд). Колебания С=0 ильдепиотх тр/пв, возмути>шшх тог«таштош)ой сеяэь» с атомйи

магния, проявляются в области. 1615-1610 .

Полученные результаты указывают на то, что хлорофилл в образует агрегаты при взапмодействии альдегид 0=0,., .Мд легче, * чем при взаимодействии с участием котогруяп; только у более длинноволновых форм возникает- мекимекулярные связи,'.включающие кетогрушш пигмента.

В ИК-спекгре пленок Хл в 690 отсутствуют полосы, обусловленные колебанием свободных кето- и альдегидных грутш, н проявляются ноше интенсивные полоса 1660 и 1645 да"1. Отчетливое структурирование полосы 3450-3300 см-1 в гидроксильной области спектра свидетельствует,о включении воды в структуру формы 690 нм. После удаления воды вакуумной тренировкой (5.107®.мл рг.сг.) с нагреванием ИК-сяеягр фори 690 нм в карбонильной и гидро«сильной области приобретает сходство со спектром формы 657 им, т.е. полосы 1680 и 1645 исчезают, и появляется полосы при 1700 . я 1664 см-1.

ИК-слектры в карбонильной области Хл в 690 и Хл в 672 сходны, что предполагает сходство структуры »тих агрегатов.

Наши наблюдения изменений инфракрасных спектров пленок хлорофилла в Дают основание считать, что полоса'1645 ем"1 является результатом образования водородной связи между альдегидной, ' группой пигмента я водой, которая одновременно по,кислороду ко- -ординадионно связывается с центральним атомом магния соседней . молекулы пигмента. Полоса 1600 см-* - результат подобного'взаимодействия кетогрупн с водой. Таким образом, оба атома водорода в молекуле вода связываются. водородными связями с молекулами пигмента. В пользу такой интерпретации волос свидетельствует и '■'.'. структура гидрок сильной области спектра, где проявляются колебания Ш-групп, возмущонных образованием водородш« связей с кетогруппами {3440 см"*) и альдегидными грушами (3350 см"1). (Ва««Рип1(е1- , КЬ(г , 1972).

Относительно малое смещение в низкочастотную область спектра полос свободных кетогруот хлорофилла а (гОсм-1) при агрегация в сравнении с аналогичной формой хлорофилла а ( 50 см~*) объясняется большим расстоянием меж^у взаимодействуппимя молекулами в агрегатах хлорофилла в (ЮА) да сравнению с хлорофил-. лом й (7,5А) . (0а№сКтИм- , КаЬ ,1969,1972).

- II-

■ Шаио предположить, что структуру форм Хя в 672 и Кп 5 690 составляют ступе нчегго расположенные параллельные плоскости порфнриновнх колац пигмента, что достигается образованием и еж-моле куляркыа: связей с участием води кли.метанола: кето 0=0.,. Н0(Й и альдегид С=0,.,Ц0(Я Таким образом,

возникает упорядоченная агрегированная структура, воатшо, кристаллического типа.

ИК-спектри форми '670 нм, образованной в парах диоксепа, показывают, что все карбонильные группы пигмента свободны. Можно" считать, что все "Хаоксановде" форма пигментов галет сходну» структуру.,

Наш данные во ИК-слентрш различных агрегированных форм хлорофилла 2 суммированы в таблице.

Форш СгС о»м Эфкри. 0=0 : ■ ,■ кето 0=0 альдегид 0=0

сбой. 0=0 * » • 0=0..но Щ- к своб. 0=0 »»» % о=о„ ГО(Я» йа

Хл а 657 Хя £ 670 х» а з те Хл а бэо 1610 1610 1610 1610 1738 : 1740 1738 1730 1705 1695, 1680 16В0 ' . 1665 1665 1610 1645

ПтотоиютюФилЛ. Твердые пденш,' «дарящие. Пхл 635, в карбональиой области спектра имеют три полош около 1736, 1705, 1600 аГ1. ' . : ■ "... .■ ■ ■

Обработка пленок парами■пиридина не вызывает'изменения в структуре спектра» - ■: ■

Шлоса 1705 см"1 (свободные кетогрушш) доминирует в спектре. На длинноволновом склоне ее обнаруживаются компоненты окало. 1600 сьГ1 и 1660 .см"1. Эти компоненты, отсутствуют у растворов пигмента в полярных растворителях,:,.....-,.

Таким образом, Пхд 635 не обнаруживает отчетливых "аг-г , реганиогашх* полос в.ИК-спекгре. По числу основных полос и ' их положению спектр пленок протохлорофила сходен соспеятром ' пигмента в полярных растворителям где' нет вэаьио действия кето

0=0.. Л}. ''

-.-V; Or сода следует,.. что самосборка Пхл бЗЗнесйЯзанаообраэо-; ьаняем координационных связей кетогрупп с атомом магши а осуществляется только » 'результате непосредственного вэаимодей- ■ ствия т-елеетронных систен иалекул. Поэтому обработка иле- ; -нов' юрами пиридина не вывивает изменений в структура спектров* ■

> В парах метанола кнтенсивность солош свободных кетогрунп уменьшается,» появляется' новая полоса при 1675 Можно ;

предположить^ тго образование фор« 650 ни связано с возникновением межаолекулярпых свявей с участием молекул метанояаке-' - ; то 0=0,..н0(й Таким образом, упротохяорофнллз^кая в

у хлорофилла а, моле рулы метилового сшртаприводятк усилений межмолекулярного взаимодействия,: включаясь в ститауру агрегированных форы,' у .[р.- ■■■ ■" 'v~* Удаление Даров метанола или действие пиридина наплвняяс ' формой 650 им восстанавливает исходную структуру плояок.

- Инфракрасный спектр Еленок протохлорофклла после обработки , парами дяоксанаяемевдет<я, т.е. ПХл 640 образуется; как и 1я а 690 и Ы g. 670 , бе а включения кетогруш в меяюлекулярнне ; связи. V ■■■ .':■''■

Фохма : 8:8/: CÍO Кето 0=0

Своб. 0=0¿.4 -• «1 ' . е=о.,ш( й Д..

: ПХл 633 1600 : 1738 - 1705 . '■■■ .V - ' -,- ' -1.

■ ПХл 640 : 1604' 1738 1705 - — '.' :■ " - ' ■ г ' :

r ИХ» 650 1604 : 1740 1705 : Л 1675 . . .V :

Баигеряохлорск'рялл. Пленки, содержащие ЕХп а 060,- в карбонильной области спектре имеют три шлош при 1738, .1660, 1612 см**1. Полоса 1660 см-1 доминирует в спектре, она асяшетрйчна за счет компонентов при 1690 ш"1 и 1640 ад"1. - - . -

> При обработке. пленок Парами тариджна интенсивность поло-' са 1660 эдаетно уменьшается, полоса 1690 увеличит.*-■■". ется, волоса 1612 исчезает*V вместо нее появляются Две ноше полосы 1600 я 1535 «Г1. V . ■.'■

'- Байт еркохлорофилл дазет две карб анальные группы, спо боб- -ныв вступать а координационно е вэ аямодействпе с атомом .магния¡

• »то квторруши щшюпентенонового каши к ацетильная груп-■," па у С^,. Обе возможности реализуются в пленка*.; Анализ ИК-спек-тров пленок приводит к выводу, что полоса 1660 см"1 в значительной степая»являвтся результатом образования мелмолекуляр- . ной координационной связи кетогрупп'о иенурвдьным атомом наг- '.:;■"■. нип. . V у; / ^": -л;; ■; '■-'■ •

>; Полосу 1612 ад-* можно интерпретировать как результат; меж- .: молекулярного взаимодействия,. при котором ацетильная группа - ■ связывается водородной связью с молекулой вода,_и одновременно атом кислорода воды координационно взаимодействует с «томомМагния соседней молекулы шпмевта. Под действием паров'пиридина поло са 1612 см"1 исчезает! В парах насыщенного водой серного афн-* . ра интенсивность ее,увеличивается. - , v ".,..;■>'..

Вода, может вступать "во взаимодействие о кетогрупнеми, -• Об этом свидетельствует тот факт; что в .присутствии воли полоса 1660 см-1 смещается до IG50 см , а поглощение свободны* кето-групп исчезает : полностью." - - . у-'

В парах метилового спирт а происходит усложнение структур« агрегатов с образованием формм ЕХл а 910. ИК-спектри свядетель-, ствуют об образовании нови межмолекуляряых связей. Полоса " 1612 м-*- исчезает/: одновременно в спектре появляются полосы около 1630 и 1575 «Г1« Цри дезагрегации $ормн 910 мм полоса ' I6B0 и 1575 оГ1 исчезает, что свидетедьствует об их агрегаци-оннсм характере. . - Л • - ■ '/-".Л1 . " ~ ■

■ Метно предлологдаь, что молекула метанола, .встраиваясь мож-. ду молекулами пигмента, создает квазикристаллическую структуру , за счет образованиясвязей него 0-0...R0(R)... Ug(mwraca 16Э0 аГ1) и ацетил 0=0,..ГО(Я )..,Мд (полоса 1575 см-*). В , первуюразновидность связей включаются все свободаме кетогрун-пы, имеющиеся в исходной структуре» Вторая - образуется с включением,ацетильных групп* освобождающихся при перестройке структуры под действием паров метанола. Цря образовании Бхл а 910 сохраняется я взаимодействие него 0=0...Ы5 (полоса 1660 см"1). Эти связи. свойственны агрегатам любом типа. .:■;:■".■'

Подученные, результата moi^ быть предстаалены в виде таблицы. ■■ ■ -у.''. ■ '.■.."■■"'

Форде 0=С с=н Эфире, с=о кето f=0 , ®ЧвТ] tx 0=0

своб. с=о • « • • с=о HOiR) сбоб. <М> * • « «9 с=о Н0(я) мя ■

Ехд ¡а 860 Бхл а 670 Бхл g 910 (коо: (1боо; : 1595 1738 1738 1730 (iseoi 1660 1660 1650 16Э0 (I6S5) I6K I6IÜ 1575

В скобках - поглощение карбонильных групп, которое проявляется ввиде "шгеча" у основной подосы.

. Еезмагииевыа пигменты, Проведенные исследования ИК-спеит-роэ подтверждают положение о том,что координационные свойства центрального .атома магния имеют определяющее значение в образовании длинноволновых агрегированных форм. Отсутствие централь-■ ного атома магния в молекуле феофитшов исключает возможность координационного взаимодействия. Следовательно!: агрегированные форш безмагниевых пигментов должны иметь иной механизм мешо-лекудприого взаимодействия.

В карбонильной области ИК-споктров пленок безмагниевых пигментов проваляются только колебания свободных карбонильных х-допп,. в чем они сходны со спектрами растворов а полярных растворителях. В парах пиридина, как х при вакуумной тренировке с нагреванием, спестри не меняется. :

: Исследования показали, что карбонильные группы не вступают во взаимодействие с аддендами в отсутствие центрального атома магния. Вероятно, поэтому бевмагниеше патенты образуют агрегированные формы только одного типа. ' . . .

Цолпешшв результаты свидетельствуют о том, что. самосборка агрегированных форм у беэмагниешх пигментов осуществляется sa' счет взаимодействии ' тс -електрокных систем молекул, возникающего при непосредственном контакте плоскостей четыре хшррольвых циклов. В пленках плоскости молекул распол-гегтся s достаточной близоки друг от друга, что делает возможным перекрывание л -электронныхсистем молекул пигментов.

Данные, полученные при изучении ИК-слектров безмагниевых, пигментов, представлены в таблице: '

Форма 0=С ОН Эфир СЬО Кето 0=0 альдегид (И)

своб. 0=0 » * * »3 ОО Hoift) • » * Mg своб ОО * м3 Ову.f> но«?).. м9 -

Фео а 700 Фео в 680 Щ> 645 Бф а 860 1622 1625 I6J0 1625 I7JO 1740 1730 Х7зе 1700 17X0 1705 1695 1670 — - "

ацетил |

1663 ■; - ■ -

шва ш.иссавдохшш; мслекглянгой организации и свойств агреп1ровашш фош бакгегноиоикнлла £

Исследование самосборки агрегированных форм малоизученного пигмента - бактериохлорофилла с имеет особый интерес,т.к. на его примере можно наиболее полно моделировать состояние пигмента в клетках зеленых фото синтез лруипих бактерий,

Злектротше спектры.-Еадтериохлорофилл £ в растворе СС1д образует агрегированные форлн с поглощением 6Ш и 712 им*Эти формы могут быть приписаны соответственно димервм и полимерам пигмента. Увеличение концентрации пигмента в растворе ведет к увеличению интенсивности максимума 712 пм, сдвигая его в длинноволновую область.

При нагревании раствора-до 60° форма 712 вм диссоциирует, переходя в форму 6С0 ш, Действие нагревания обратимо. Охлаждение до -20° способствует образованию более длинноволновой форм (730 нм).

Полярные примеси вызывают диссоциацию агрегированных форл. При концентрации пиридина 2,5,10"^ М в раствора появляется максимум "мономерного" пигмента 670 нм при уменьшении поглощения длинноволновых форм,Полная диссоциация агрегированных форм происходит при молярном соотношении пигмента и пиридина 1:1000. С увеличением степени агрегации чувствительность агрегатов к действию пиридина увеличивается. Гак, в растворе с концентрацией пигмента I0"3 М, где доминирует форта ТМ им, полная диссоциация происходит при соотношении 1:600, Ори концентрации

. « : " I6 "

пигмента Ю Н, когда еще больше увеличивается степень агре1-гащш, для волной диссоциации длинноволновых форм достаточно соотношение пигмента и пиридина 1:60. Это мохет быть следствием большей лабильности наиболее длинноволновых фор«.

Метанол, ацетон, серный йфмр действуют слабее. Полная диссоциации агрегированных форм бактериохлорофилла с В юс присутствии имеет место при молярных соотношениях пигмента и полярном растворителя 1:10000, 1;7&Ю0, 100000,

Наиболее длинноволновую форму бакгериохлорофилла £ 745 нм можно получить в бинарных системах (СС14 + алифатический углеводород). Каличество этой формы растет с увеличением концентрации углеводорода (пентана, гексане, петролейного эфира и т.п.). "

В пленках бакгериохлорофилла образованных испарением растворов в серном эфире и СС(4, доминирует форма с максимумом поглощения около 740 нм. Циакомолекуляржые адденды ае способствуют увеличению степени агрегации. Эта форма стабильна; высокая температура (80°С), как и длительная вакуумная тренировка (Ю-® is* рт.ст.) с нагреванием не разрушают ее. Длинноволновая форма 740 нм устойчива и к действии пиридина, распад ее ■ наблюдается только черва 60-90 минут. .

Бактеркофеофитнн с s CCtj имеет основной макеюцум поглощения при 674 нм. Увеличение концентрации пигмента, а также добавление углеводородов не сказываются на характере спектра, ' В присутствии полярных растворителей спектра растворов пигмента в CC.t4 не изменяются,

Твердые плевки бактериофеофиткна с, как и раствори в CCt^ имеют электронные спектры с основным максимумом при 674 нм.Эго отличает пигмент от Других беэыагниевих производных, в твердых пленках которых наблюдается образование длинноволновых форм. Обработка пленок байтериофеофитина с парами пиридна не влиает . на спектры.

Результаты наших исследовании, в согласия с имевшимися ■данными (Литвин и сотр., I9G5, 1970; Красновсхай и сотр.,1971) приводят к заключению, что бактериохлоро^илл с обладает высокой способность» к агрегации, и его Длинноволновые форщ отличаются от подобных.форм других пигментов большей, стерильностью

-.;.■ . - г? -

Это, возможно, является следствием особенностей химического, строения молекул пигмента. ■.-'.;'

ИнФракте<~иыа спектры; С цель» выяснения механизма меимо- j .пекулярного взаимодействия изучали инфракрасные спектр! бакте-риохпорофилла с в различных системах,

^Инфракрасный спектр растворов бактврио хлорофилла 5 в CCÍ4 в карбонильной области имеет четыре полосы - 1738, 1688, 1655, 1608 da"1. От спектра хлорофилла g в ССГ4 : он отличается относительной интенсивностью полос. Одинаковое положение полос да- -ет основкие считать, что интенсивная омаетричная полоса-1655 см-1, домкнигушая в спектре, обусловлена образованием -межмолекуляриой координационной связи между кетогруппой цшито-. пентанового кольца одной молекулы пигмента и центральным кго-мом магаия другой. В поляртх растворителях (серный вфяр, тет-рагидрофурагД где пигмент находится в мономерном состоянии, . шлоса 1655 ов"1 отсутствует, а интевсивность полосы свободных кетогрупп { - 1690 см-1) увеличена ¡ В спектре баягеряо-, хлорофилла с в смеси CCÍ4 и яентаяа (1:4), где доминируют длин- -новолноше агрегированные форт (715-745 нм), интенсивность полосы: 1650 см**^ больше, чем в CCl^ при той хе концентрации " пигмента, при полном отсутствии поглощения свободных жетогипш.

Для растворов бактериохдорофядла с в CCf^ било отмечено рааиепление пслосв свободных кетогрутш на два компонента (-'1707 и - 1688 от-1); воторое проявяяется в широком диапазоне концентраций пигмента. Относительная интенсивность полос 1707, 1688, 1655 см"? зависит от концентрации, что свидетельствует о их связи с состоянием пигмента.

; При добавлении пиридина Ц0~* М) к раствору пигаента в СС(4 полоса 1655 «Г1 истезает» интенсивность полоса свободных кетогрупп при »том резко увеличивается. Это связано с распадом агрегатов. -..-

Изменения в карбонильной области ШС-спехгров в зависимости от концентрация , пигмента я добавления пиридина коорелиру-ют с изменениями в области колёбаняй'харакгеристических частот связей ОН. В этой области растворе в CCÍ¿ имеет две полосы около 3400 и 3170 m-*, причем, полоса 3170 см-* наблюдается только у пленок и растворов пигмента в ОСПри вкспоэиции с параш.

» ■ ó - и - .'■_.■ ■ '• ~

води интенсивность полосы 3170 см"1 не мандат ся, шггенснвность. полосы 3400 см"1 увеличивается, С увеличением концентрации пигмента относительная интенсивность полосы 3170 см-1 увеличн- ■ кается, тогда как интенсивность полосы 3400 см"1 остается dea изменений. В присутствии пиридина полоса 3170 исчезает. ■.''.'.'..

Получешше данные позволяют, предположить, что .полоса . ■ 3170 см"* является результатом образования чежмолекулнрншс связей.

Твердые пленки бакг ериохлорофпдла ¿ в карбонильной обла- -сти ИК-спектра имеют три поло ш около 1738, 1650, 1608 см-1. -; Полоса 1650 см-1, доминирует в спектре, по положению'она почти не отличается от подобной полосы'растворов в иоляртс раствори- : телах. В спектре шгенок нет полосы поглощения свободных кето-групн. Еактериохдорофилл £ валенках путем самосборки образует ■■ структуру, в которой все7 кетогрунпы оказывает ся вовлеченными в координационное взаимодействие с атомом магнид. Эта структура стабильна.

, Пленки момента, как и, растворы в CCf4, в гндроксильной области 11К-спекрра обнаруживают сильную:полосу около 3X70 см"1, ■ которая в спектре пленок гораздо интенсивнее. Длительная экспозиция пленок с парами: воды не сказывается на' интенсивности полоса 3170 см"*. Вид спекграй.карбонильной области также не-■ меняется. • • .,.-. г ■ 7

Обработка пленок баитерюххороЗилла £ парами пиридина вызывает увеличение поглощения свободных кетогрупп и резкое падение' интенсивности агрегационной полосы. При зтом полоса 3170 в гкдроксильной области исчезает, заменяясь широкой полосой ; . , 3400-3200 ш-1. По мере удаления пиридина происходит вторичная ■ самосборка агрегированной сгрукгурц; полоса 1650 аГ1 воссганав-: ливается при уменьшении поглощения свободных кетогрупп. Контакт . с парамиводн после удаления пиридина не восстанавливает полосу 3170 ш"1. Полностью вид спещра восстанавливается,.если пленки посла откачивания в вакуума подвергнуть действию паров серного вфнра, который, вероятно, облегчает образование. межмоледуляршх связей, нарушенных пиридином.' _■':

> Обработка пленок бактериохлорофялла с парам» воды,так же» .как парами метанола и других комплексообраэующих аддендов; не

оказывает аррвгиЕуицаго действия.

На основалки полученных результатов мы можем представить модель агрегированной структуры бактериохлорофила ^,' Основным взаимодействием является координационное взаимодействие _ . кето 0*0...!^. " ; v-:..-; •

.' Buécre с тем при семосборке агрегатов образуется и межмолекулярная водородная связь гидроксяяьяой 1'рушш первого пирроль иого кольца одной молекулы с атомом аэсгга второго или четвертого Пиррольного кольца со седней молекулы пигмента, атом магния которой одновременно связывается с кислородом гидроксильной груп-ш. Это сильная водородная связь; когорта проявляется в виде ■;■■■. полосы 3170 аГ1. .' /■..■■>■- V - '■ ' V \ ••■• -'■■■"

: Любое нарушение координационного взаимодействия между ке-тогруппами и вт омом магния приводит к нарушению водородной связи между гидроксильпыми группами и азотом. л " ; ^ Í

Таким образом, за счет образована координационных и водородных связей бакгериохлорофиил £ образует структуру, в которой молекулы пигмента "сцеплены", ю трет» точкой * располагаются параллельно друг другу* Координационное число атома магний, в такой структуре равно 6; т.е. реализуются обе координационные вякансяи. - .;= '7*'' : í'í'Л''':'■"'"■' -■ , .';. '.' " : -

, , В ИК-спектрах растворов бехтериофеофитина £ в ССе^'у полосы поглощения свободных кетогруш 1705 «Г1 обнаруживает ся"'.'". компонент около 1600 ш"1, который переходит в четкую полосу ; в спектре опенок* Подобное расцепление полосы поглощения свободных кетотрутш наблюдалось только у бактериофаофитина £ и может обьяошться возникновением компланарных водородных связей между гадрохсильными группами первых пирролышх колея ж кетогруипэми циклопентанонових колвп* Хаотическое распределе~ , яке образованных таким способом яепочек молекул затрудняет ; перекрывание : * -олектрЬпких систем, с чем связано отсут- ; ствие длинноволнового поглощения у пленок пигмента, ■ ' ^

'Полученные данные для пленок брктериохлорофшда £и"бак-. териофеофетина е. пред ставлены в таблица,

форма С=С Эфири. 0=0 - кет о СО гцрша Ш ■ :

своб. С=0 * * • 0=0 » * » но-с Я ...НО 0=0 • 1 * НО-С

Бхлс 740 Б$ с 674 . 1608 1613 1733 1735 1695 : 1650 1680 3170 0360

Фотохими^еские свойства агрегироаатдлг фотм бактериохло-

. рофияяа с. Ш изучали фотоокисление бактериохлорофилла о в моно-ыерном и агрегированном состоянии кислородом воздуха. Дли сравнительного изучения фотоокисления использовали растворы в СС!4 и шеси СС^+пеитан, в которых наблюдается образование агрегированных форы 680, 712 и 745 нм. Опиты показали, что освещение растворов в присутствии кислорода воздуха приводит ;к окисление, причем скорость процесса Для длинноволновых форм (712, 745 м) заметно превышает скорость для коротковолновой формы (680 нм). Таким образом, пигментные формы, отличающиеся по степени агрегации, проявляют различную способность к фотохимическому окислению. Длинноволновая форма обнаруживает большую -/ склонность к фотоокисленив.чем формы с начальной степенью агрегации, ■■-.-.■'

■ ■■■ Промежуточные и конечные продукты фотоокисления бактерио- ; хлорофила с исследовались методом еле кг ровного парамагнитного резонанса (ЭПР).: ; ' ' ''

Исследование действия' света на раствор бакгериохлоро^ялва с в Ш4, сернсм эфире,.этаноле, пиркдше при концентрации пит- : цента 10"? М показало, что во всех исследованных растворяете лях в ай якшается возникновение сигнала ЭПР, имеющего вид синглетяоД, линии шириной около 9 в, и д « 2,00. Сигнал ЭПР на свету возникал только в присутствии в системе кислорода воздуха и полностью отсутствовал в вакуумных условиях, что еввдетальство вала Об окислительном характере фотопроцесса. Наибольший выход свободных радикалов наблюдался в ССЦ, где пигмент находится В ' агрегированном состояний.. Измерении, показали, что окисление бактериохлорофидла с при низкой температурю приводит х образованию одного радикального , продукта, а при. +20°С образуется по крайней мере Два свободных . радикала. Эти радикалы могут .соответствовать продуктам.

- ¡¿I -

окисления двух агрегированных фор! с максимумами поглощения при 680 и 720 нм, причем форма 720 нм, по-видимому, .подвергается окислению в первую очередь. Так как ращгаалы образуются только в присутствии кислорода, то это могут быть радикалы (Бхл*+£ . Og**} или катион-радикалы, возникающие в результате полного отрыва электрона от молекулы байт ериохгарофилла £ -(Бхл*+с).

Шход свободных радикалов при окислении байтериохлорсфш-ла с в агрегированном состоянии значительно больше, чем в мо-номерном,чтосвязано с их возможной стабилизацией в агрегированной структуре.

ЗШШНШЕ

В твердых идейках исследовшпшх пигментов мы смогли наблюдать сборку агрегированных форм* различающихся по спектрам поглощения, из которых, многие (например, яротоллорофил 650 нм, хлорофилл а 878 нм, бадтериохяорофилл 800 н 670 нм, бактерю-хлорофилл £ 74S нм) воспроизводят свойства нативных фотосинтетических пигментных систем. 1.

Сравнительное исследование ИК-спектров агрегированных фор« различного типа позволила выявить разные способы межмолекулярного взаимодействия, реализация которых в первую очередь определяется особенностями химического строения молекул пигментов.

7 Мj-содержащих пигментов межмолекуяярпое взаимодействие! связано с образованием координационных связей между атомом магния и боковой карбонильной хтуппировкоа.Цри' сборке длинноволновых агрегированных структур у протохлорофилла, хлорофлллов а и бакгериохлорофилла а между магнием и карбонилом встраивается молекула комплекс» образующего адденда (воды, метанола и пр.),что способствует взаимоориентации четырех пирролыгых1 колец, приводящей к сильному перекрыванию я -электронных систем.

Среди всех Mj- содержащих пигментов особое место занимает байтериохлорофилл с.У втого юегмента самосборка предельно длинноволновой форш (745 нм) не требует включения какого бы то ни било экзогенного комплексообразутцего адденда а осуществляется с образованием непосредственных координационных связей кето-грушге магнием (кето 0-0,..Mg). Таким связям принадлежит, по- ; видимому, определяющая роль в формировании агрегированных структур всех типов. Шесте с тем пе исключено, что а агрегации бак-

... . - 22 - ' • т ернохлорофалла £ участвуют и гвдро ксиалкильны е группировки первмх шрролышх колец, которие также могут координационно взаимодействовать с магнием в образовывать водородные связи с пирродышм азотом. Отмеченные особенности строения обуславливают Баооку» термостойкость длинноволновых фор! б акт ериохлоро-филла с в твердых, пленках, отличающую их от длинноволновых форл. других магнии содержащих пигментов, раз рушащихся при нагревании. Можно предположить, что надмолекулярному взаимодействии бакте-риохлорофилла £ способствует отсутствие карбометоксильной группы, которая заменена на атом водорода и фитола, который заменен на более короткий фарназол.

Безмагниевиа пигменты — феофгггшад способны к самосборке длинноволновых агрегированных форм без участия карбонильных групп в результате непосредственного взаимодействия я -влек- . тронных систем молекул. Яркая иллюстрация, этого положения -бакгериофеофитян а, у которого при образовании формы 660 нм . все карбонильные группы остаются незанятыми в межмолекуляриом взаимодействии. Эти данные позволили сделать принципиальный вывод о том, что включение в мекмолекулярные связи карбонильных груш не является универсальным способом агрегашш фото синтетических пигментов. .

Спектральное сходство агрегированных форм пишентов в твердых пленках с неткаными формами дает все .основания для предположения о структурном сходстве. Установленные закономерности межмолекулярного взаимодействия пятаент-в шино отнести к пит-ментвии системам фото синтетического аппарата бактерий и высших растений. '

Способность молекул шэткштов образовывать комплексы с функциональными грушами апдендов имеет важное биологическое значение. Вероятно, в структуре реакционных центров проявляется именно эта их способность, когда функциональные группы лилопротеиновых комплексов реакционных центров играют комплежсообразую-. дую роль. ' •

'Еактериохлорофилд с в силу химического и стернческого строения молекул не образует комплексов с посторонними адделдами. Не Исключено, что именно поэтому в работе реакционных центров зеленых серных бактерий оа не участвует, а выполняет poja светосо-биршзцеа антенны. Механизм образования агрегированных форм бак-

териохлорофилла £ (я v(vo , по всей вероятности, тот же, »~"0 И в пленках. Возможно, что в антенном хлорофилле присутствуют Форш пигментов, образованные без включения еддендов.чтосоэ-дает наиболее благоприятные условия для передачи энергии электронного возбуждения реакционным центрам. .,-,

Таким образом; исследование агрегации позволяет изучать природу молекулярной оргакизецяд хлорофилла а его аналогов, в антенне п реакционных централ, которая определяет специфику преобразования энергии света Пигментными системами, ; ■ " ..•.':'• : 'У ■ рНВОД» ■

I, С помощью методов спектроскопии в инфракрасной и видимой области изучены особенности молекулярной организации агрегированных структур сротохлорофилла,ллорофаллов а и в, бакте-риохлорофллла g, бактеряохлорофилла с, а также соотватсгвующнх феофятинов в твердых пленках, различающихся по спектрам поглощения;

¿»Установлено, что самооборка агрегированных форм разного типа связана с образованием различив* меимолекулярицх связей,-что определяется химическим строе!шем молекул шшептов и включением в структуру ниакомоледуляриых аддендов.

З. СшооОоркз егрегировашшх форм протохлорофшша 650 нм, хлорофилла g 745 нм, хлорофилла в 672, 725 нм и 690 ш, йакте-раохлорофилла £ 870 и 910 нм сопряжена с включением низ комоле-куЛярного адденда (воды, метанола и пр.) в меяыолекуляриыа связи, образуемые с участием центральных атомов магния молекул, кетогрупп никлопеятвпоновнх колец, альдегидных грутот вторых пиррольных колец и ацетильных груш первых гшрродъннх колец, .

*'. 4, Показано, что у баятериохлорофилла £ самосборка длинно» волновых агрегировавшее форм (720-750 нм) связана с образованием мелмолекулярных координационных а водородных связей, в которых участвуют центральные атомы магния и кетогруппы, а такхе гидроксюгыше группы первых пирролышх колеи* Молекулы волн к . других аддендов не принимают участия в образовании ыежмолекуляр-них связей при агрегации шцмента, что является уникальной особенностью баятериохлорофилла ¿ по сравнению с Другими магний-' содержащими пигментами, Высокая устойчивость агрегированных j: форм пигмента к действию дезагрегирующих ^кторов связана с отмеченными особенностями их молекулярной 'структуры.:

' -v.-." ' ■■■■■■■ v - 24 ~ / >' . --

5, Самосборка агрегированных фор* вюрофихла g 680 ou, хлорофилла'в 657 нм»' 0шга ериохлорофидла g 600 mi. свезена с образованием медюдакудяршх координационных свнаейсоотввтствен-во кетогрупп циклопентанововых колес, ' альдегидных групп btojux : : пирролышх колеи н ацетильных грушоершхпиррольшх'колец с ; централдош атомом иагвш без участия еддоидов.

е. При сашсборка агрегировашшх фор* оротохлорофклла■■, 640 ны, хлорофилла £ 690 ни, хлорофилла ц 670 им, обраэупцих-OI в дарах даоксана, а такие фарш протоглорофилла $35 n i агрегированных фор*бевмагниевых пигментов {феофктвдац 700 ни, феофитина g 660 им к бажтеряофеофитина g 860 нм), мммолекуляр-вое взаимодействие'происхоДЕт в»з участия карбонильных групп при непос?«дств№вом взаимодействда| г -електрощщх систем "..-.;' молекул. По^енше ДанЫе свидаЕвльсгвуяс о тем, что вэаимо-действие с участием нербомилышх групп не является универсальным способом взаимодействия пигментов. Отсутствие значительного взаимодействия «" -влектропных систем мояекуллрн агрегации бактериофеофитиаа £ связано с возможным образованием «опланар-ных межмолекулярннх водородных связ ей глдроксигьных rpjim сер» вых киррольных колец с кетогруппами. - : 'л ■ .

. 7.' Обнаружено светоиндуцированвое образована» свобода« радикалов при фотоокислениж агрегированных фор* б акт ериохлоро-фалла Изучение кинетики процесса при разной температуре привело к заключению о том, что агрегация'способствует стабилиза- . гош катион-радикалов. явлозвлнет первичными обркгю&ага продуктами фотоокисленш егрегированзшх'фор^. .- ; V...

- - ' 8. Полученные результаты позволили представить" схематическое расположение. молекул пишентова агрегированных стругау-,-pax равного типа я вщшгаут* ' предположение о природе мехмоле-кулярвых взаимодействий в пигментной системе фотосинтезируиадх : бактерий и аелекых растений. V.. ; ■;. J-V;^'

Список табот: уауДляроэатшх ро тема ffiptftFSflfflM

1. А.А.КрасиовскиЙ, М.И.йтгрова, И.Н.Кальгошева (1969). Ис-■ следование агрегации бекгериовиридинатсшГктр» иогло-

иеаия в инфракрасной и ваявмой областях. ХМ 190. Л s. tt85-■■ ;. 889.. . ■ : -

2.А.А.Красяовскнй, М.И.&строва, И.Н.Мальгоиева (1972). Изучение молеиулнрвов организации бактериохлорофяяла и его рла-яогова твердыi пленках; инфракрасные спектры поглощения» ДАН 204, « 6, 1473-1476.

3. И.И.Шстрова. И.Н.Иальгоявва (1974). Изучение структуры агрегированных форм хлорофилла и его аналогов. Щ Всесоюзный симпозиум по кинетике а механизму реакций с участием комп-ленсяых соединений. Те вит докладов. Иваново, стр. ПО.

4. М.Й.Вистрова, И.Н.Мальгошева (1975). Молекулярные механизмы . агрегации хлорофилла ш его аналогов, Теэнсн докладов на i

ZU Кеидународяом Ботаническом Взнгрессе. Ленинград '¿t 420. б. И.И.астрова, И.Н.Мальгошева, А.А.Красяовский (1976). Изу-■ ченже молекулярюй организация агрегированных хлорофилла и его аналогов. Иолекударввя биология J£Ç). B.I, Д9Э-205. 6. А.В.Умркхниа, M.K.Петрова, Н.В.Бублжчонко, И.Н.Ыальгспева, - - А.А.Красяовский (1977). Образование свободных радикалов при фотоокиеяеняи баетериовиридиыа в мономерном я агрегированном состоянии. Бвофизяка 22, ï.S, 780-788.

ßaJ^'

T-I005I Подпиомо ■ печать ?3 мая 1976 года Яна» * 2М. ■' Tim« 150 мни

Отмчатаво м ротапрапгв a «ПАН ССОР Мовкм* В-512, J«8«B0Kia проспект,53