НЕКОТОРЫЕ КИНЕТИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ МЕХАНИЗМА ФОТООКИСЛЕНИЯ ХЛОРОФИЛЛОВ, ВЫДЕЛЕННЫХ ИЗ ВЫСШИХ ЗЕЛЕНЫХ РАСТЕНИЙ, В ЛАБОРАТОРНЫХ УСЛОВИЯХ (46-49)

46 Национальн ая ассоциация ученых (НАУ) # 58, 20 20
ХИМИЧЕСКИЕ НАУКИ

НЕКОТОРЫЕ КИНЕТИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ МЕХАНИЗМА ФОТООКИСЛЕНИЯ
ХЛОРОФИЛЛОВ, ВЫДЕЛЕННЫХ ИЗ ВЫСШИХ ЗЕЛЕНЫХ РАСТЕНИЙ, В ЛАБОРАТОРНЫХ
УСЛОВИ ЯХ

Кликин Евгений Геннадьевич
аспирант 4 курса
Юго -Западный государственный университет
г. Курск
Лавров Роман Владимирович
кандидат технических наук, доцент
Юго -Западный государственный университет
г. Курск

SOME KINETIC FEATURES OF THE MECHANISM PHOT O-OXIDATION OF CHLOROPHYLES,
ISOLATED FROM HIGHER GREEN PLANTS, IN LABORATORY CON DITIONS

Klikin Evgeny Gennadievich
graduate student of 4 -year
Southwestern State University,
Kursk
Lavrov Roman Vladimirovich
candidate of technical sciences, associate prof essor
Southwestern State University,
Kursk

Аннотация
Цель . Целью исследования яв лялось изучение кинетики процесса фотоокисления хлорофиллов a и b
вне живой системы, выделенных в виде водно -спиртового экстракта из растения горца птичьего.
Ме тоды. Применял ись методы, основанные на измерении оптической плотности экстракта и
визуальном н аблюдении за изменением его окраски.
Результаты. Представлены результаты в виде спектра поглощения экстракта и изменения его
оптической плотности вследствие фот оокисления, та кже сделаны фотографии экстракта до и после
воздействия излучения.
Выводы. Сдела ны выводы по предположительному механизму данных реакций.
Abstract
Aim. The aim of the study was to study the kinetics of the process of photooxidation of chlor ophylls a and b
outside the living system, isolated in the form of an aqueous -alcoholic extract from the plant highlander avian.
Methods. Methods based on measuring the optical density of the extract and visual observation of its color
change were used.
Re sults. The res ults are presented in the form of an absorption spectrum of the extract and chang es in its
optical density due to photooxidation; photographs of the extract were also taken before and after exposure to
radiation.
Conclusions. Conclusions made on the hypoth etical mechanism of these reactions.
Ключевые слова : триплетное состояние; сингле тный кислород; хлорофиллид а; свободные
радикалы; правило аддитивности; синглет -синглетные электронные переходы; мультиплетность; in vitro .
Keywords : triplet state; singlet ox ygen; chlorophyllide a; free radicals; additivity rule; singlet -singlet
electroni c transitions; multiplicity; in vitro.

Используемое оборудование, материалы:
Водяная баня TM «ULAB » UT -4312, ступка с
пестиком, насос Камовского, имп ульсная лампа -
вспышка Fan cier SF -45 M 45Дж, спектрофотометр
ПЭ -5400В, электронные весы, пробирки, штативы,
фильтровальная бумага.
В качестве материалов были использованы
измельченные молодые побеги растения горца
птичьего, водно -спиртовой 50% раствор этанол а,
кварцевый песок.
Изуча емые фотохимические процессы,
представленные в статье, имеют прямое отношение
к ф отосинтезу – процессу, протекающему в живых
организмах. Фотосинтез – сложный химический
процесс преобразования энергии видимого света в
энергию химических связей органических веществ
при участии фотосинтетических пигментов.
Главная составляющая фотосинтети ческой
системы растений это хлорофиллы – зеленые
магний порфириновые пигменты [5,с.60].
Процессы фотоокисления хлорофиллов в
живых системах дост аточно хорошо изучены.
Поэтому представлял научный интерес изучить
особенность данных процессов in vitro с

Национальная ассоциация ученых (НА У) # 58, 20 20 47
испол ьзованием водно -спиртовых экстрактов
зеленых растений, содержащих хлорофиллы а и b.
Экспериментальная часть
Процесс извлечения хлорофиллов из
измельченных побегов растения гор ца птичьего
проводился путем перетирания данных побегов в
количестве 5,0 гр. в ст упке с 0,5 гр. кварцевого
песка и 80 мл. 50% -го водного раствора этанола.
Процесс экстракции проводился на водяной бане
при постоянном подогреве до 50 0C. Полученная
вытяжка бы ла отфильтрована на насосе
Камовского. В связи со способностью хлорофиллов
легко окисляться на свету, работа выполнялась в
максимально затемненных условиях. Для изучения
кинетики фотоокисления выделенных
хлорофиллов был задей ствован спектрофотометр,
импуль сная лампа -вспышка. Кроме того, также
использовались электронные весы, пробирки,
штативы.
Следует отметить, как показал эксперимент,
молекулы хлорофилла in vitro способны легко
окисляться на свету (уже через 20 мин наблюдался
переход окраски из ярко -зелено й в желтовато -
зеленую с последующим полным исчезновением
зеленого оттенка). Резул ьтаты эксперимента
представлены на рис. 1.
Известно, что под действием избыточной
энергии фотонов хлорофилл способен переходит в
триплетное возб ужденное состояние и таким путе м
способен сенсибилизировать образование
синглетного кислорода O2(a1Δg) (более хи мически
активной и короткоживущей возбужденной формы
кислорода с суммарным электронным спином
равным 0, по сравнению с кислородом в обычном
триплетном состоянии O 2(X3Σg−))[1,с .157].
Данный кислород способен легко генерировать
свободные радикалы:
[3,с.32].
Таким образом, возможно предположить, что
данный процесс фотоокисления может протекать
по механизму цепных реакций (неразветвленных и
разветвленных). Предположительную схему
неразветвленной цепной реакции можно записать
как:


Где: Х red и Х ох – исходная и окисленная
форма хлорофилла, А 1 и А 2 – молекулы
каротиноидов, хлорофиллидов, возможные
белковые комплексы,
- свободные радикалы [ 4,c.104].
Следует отметить, что в реакции з арождения
цепей может участвовать не только кислород, но и
хлорофиллид a, совмест но присутствующий с
хлорофиллом и являющийся его
предшественником. Образующиеся свободные
радикалы также могут атаковать и неокисленные
молекулы хлорофиллов.
Главной особенно стью цепных реакций
является то, что они могут протекать без
постоянной подпитке энергией извне. Для их
запуска требуется только начальное внешнее
кратковременное энергетическое воздействие (в
нашем случа е порция фотонов от мощного
источника). Данные реакц ии могут протекать
длительное время еще при одном условии – при
сохранении образу ющимися радикалами
свободной валентности [4,с.96].
Результаты данного эксперимента
представлены на рис. 1.

48 Национальн ая ассоциация ученых (НАУ) # 58, 20 20
Рис. 1 – Фот ографии полученных водно -спиртовых вытяжек из молоды х побегов растения горца
птичьего.
Рис. слева - после воздействия солнечного све та, где 1 - образец, выдержанный в темноте 5 часов. 2 -
образец, подвергнутый солнечному облучению (время экспозиции 5 часов) .
Рис. справа – после кратковременного воздействия мощной световой вспышкой, где 1 – образец не
подвергавшийся облучению и выдержанн ый в темноте 5 часов. 2 - образец подвергнутый облучению
мощной световой вспышкой с последующей 5 -ти часовой выдержкой в тем ноте.

Фото слева доказывает способность
хлорофиллов легко окисляться на свету. На фото
справа два образца имеют одинаковую зеленую
окраску, что не доказывает, что процессы
фотоокисления хлорофиллов in vitro протекают по
цепному механизму.
Возможно, происхо дит генерация свободных
радикалов после мощного свет ового импульса и
цепные реакции имеют место в данных условиях,
но они очень скоро затухают вследствие быстрого
уничтожения свободной валентности активных
радикалов по причине взаимодействия свободных
ради калов со стенками сосуда, или вследствие
столкновени я с другими радикалами. Влияние
второго фактора можно свести к минимуму при
изуче нии процессов фотоокисления в значительно
разбавленных растворах, но в этом случае сложнее
будет уловить изменение окраски среды [4,с.94].
На рис.2 приведены спектры поглощени я
отдельных соединений из литературных
источников и полученный спектр поглощения
изучаемой водно -спиртовой вытяжки с
использованием спектрофотометра.

Рис.2 – Спектры поглощения.
Рис. слева – индивидуальных веществ.
Рис. справа – полученной водно -спирто вой вытяжки из побегов растения горца птичьего.

Полученный спектр не соответствуе т спектрам
чистых компонентов. Причина данного явления
неясна. Возможно из -за высоких концентраций
компонентов дан ный спектр формируется по
правилу аддитивности путем наложени я спектров
индивидуальных соединений (вследствие
возможных перекрестных электронн ых переходов
между атомными группировками различных

Национальная ассоциация ученых (НА У) # 58, 20 20 49
веществ). Наблюдается максимальное значение
энергии электронны х переходов ΔЕ при ������ = 350 нм.
Так как растворы хлорофиллов способны
флуоресцировать, но не способны к
фосфоресценции, следовательно, энергия фотонов
расходуется на синглет -синглетные электронные
переходы с сохранением мультиплетности
ΔЕ = S1 – S0 [2,с.3 0-32].
Процессы поглощения света, люминесценции
и безизлучате льные переходы можно представить в
виде кинетических уравнений:
1. Поглощение ква нта
S0 + hνп →S1 w0 = k0I0[S0]
2. Люминесценция S1 → S0 + hνл w1 = k1[S1]
3. Внутримолекулярное тушение
S1 → S0 w2 = k2[S1]
4. Тушение молекулой тушителя
S1 + Q → S0 + Q w3 = k3[S1]
Следует отметить, что по данным снятого
спектра поглощения возможно рассчи тать время
жизни молекул τ 0 в возбужденном состоянии (в
частности молекул хлорофиллов) по следующей
формуле:

Где ν – волновое число, обратное длине волны
поглощаемого излу чения, ν м – в максимуме
поглощения, ε – коэффициент поглощения [1,с.62].
Из данно й формулы следует, что чем
интенсивнее полоса поглощения вещества, тем
меньше время жизни молекул в возбужденном
состоянии. Согласно полученному спектру
поглощения водно -спирт ового экстракта
наименьшее время жизни возбужденных молекул
хлорофилла имеет мест о при облучении экстракта
световым излучением с длиной волны 350 нм.
Была изучена кинетика фотоокисления
хлорофил лов путем измерения оптических
плотностей при разных длинах во лн в течении
определенного промежутка времени. Результаты
представлены на рис.3.

Рис.3 - Результаты измерений оптической плотности водно -спиртового экстракта, полученного из
растения горца пти чьего, в процессе фотоокисления в течении 240 мин при ������= 350, 450, 550, 650,750 нм.

Не наблюдалось явных изменений оптической
плотности во вре мени ведения процесса, несмотря
на характерное изменение окраски водно -
спиртовой вытяжки (цвет из желто -зеленого
переходил в светло -коричневый).
Выводы. Было предположено, что процесс
фотоокисления хлорофиллов in vitro протекает по
механизму цепных реакций , однако данное
предположение не было доказано, но также не было
и опровергнуто.
Только при визуал ьном наблюдении удалось
зафиксировать процесс окисления хлорофиллов на
свету по постепенному изменению окраски
экстракта.

Список литературы
1. Владимиров Ю. А. Физико -химические
основы фотобиологических процессов: учебник
для вузов / Ю.А. Владимиров, А.Я. Потапенко. – 2-
е изд., перераб. и доп. – М.: Дрофа, 2006. – 285 с.
2. Гилле т Д. Фотофизика и фотохимия
полимеров. Введение в изучение фотопроцессов в
макром олекулах: Пер. с англ. – М.: Мир, 1988. – 435
с.
3. Егоров А.С., Иванченко Н.М., Ш ацкая К.П.
Химия внутри нас: Введение в бионеорганическую
и биоорганическую химию. – Ростов н /Д: Феникс,
2004. – 192 с.
4. Иванов А.М., Пожидаева С.Д. Введение в
кинетику сло жных химических реакций: Учебное
пособие / Курск. гос. техн. ун -т. Курск, 2002. – 222
с.
5. Карасев, В.Н. Физиология растений:
экспериментальные исследования / В.Н. Карасев,
М. А. Карасева. – Йошкар -Ола : Поволжский
государственный технологический университе т,
2018. – 312 с.