在光合作用中番茄紅素對葉綠素a的影響

陳晨 高爽 常藝 王德鑫 劉平

摘要：研究了葉綠素 a（Chl-a）和番茄紅素混合溶液在溶劑中的吸收光譜和熒光光譜。在光合作用中番茄紅素通過調節(jié)能量流轉移，從而減少葉綠素 a的熒光程度。當溶解在二氯甲烷中時，隨著番茄紅素濃度的增加葉綠素 a呈現(xiàn)出吸收光譜增強和熒光光譜減弱，這也就意味著葉綠素 a的構象發(fā)生變化。

關鍵詞：葉綠素a，番茄紅素，吸收，熒光，淬滅

1 引言

在光合作用中葉綠素、類胡蘿卜素等光合色素能夠起到吸收和傳遞光能的作用，從而為生物提供能源，來持生物體的碳氧平衡[1-2]。類胡蘿卜素的獨特之處在于它的功能的是多樣性，參與了動物和人類的大部分過程。在這些過程中，胡蘿卜素能夠預防夜盲癥和預防衰老，避免皮膚的上皮細胞發(fā)生角質化，對經常使用電腦或者手機的人群有一定的好處[3]。

類胡蘿卜素在光合作用中起著不可替代的作用，比如通過單態(tài)能量轉移進行光捕獲或者通過與葉綠素的三重態(tài)淬滅相互作用以達到光保護的作用。雖然對類胡蘿卜素與葉綠素的相互作用已經研究幾十年了，但能量耗散過程的分子機制仍然存在一定的爭議。類胡蘿卜素是一種含有電子的共軛雙鍵的烯烴分子，其結構和組成相對來說比較復雜，如果只是單純的通過分析類胡蘿卜素和葉綠素的分子結構，來推斷光合作用中兩者的性能是不可能的。所以本文采用類胡蘿卜素中的一種番茄紅素，來研究其對葉綠素a的吸收光譜和熒光淬滅的影響。

2 實驗部分

樣品：葉綠素、番茄紅素;溶液為二氯甲烷。測量吸收光譜的由型紫外-可見光分光光度計，步長。激發(fā)光是，波長為。熒光信號垂直于激發(fā)光接收。測量的溫度為室溫。

3 實驗結果與討論

葉綠素在可見光區(qū)域的吸收光譜顯示有兩個吸收峰，分別位于640-660nm和410-430nm，葉綠素的種類不同兩個位置的吸收峰也會有差異。如圖1所示，在二氯甲烷溶液中的葉綠素和番茄紅素的混合溶液的吸收光譜，顯示隨著番茄紅素濃度的增加，光譜重疊越多，其，和吸收峰有很明顯的提高。番茄紅素是純的碳氫化合物，也是一種典型無環(huán)四帖化合物，其它的類胡蘿卜素可以通過在番茄紅素的基礎上加氫、氧、環(huán)或者氧化衍生而來。當番茄紅素的濃度增加，溶劑中番茄紅素與葉綠素a分子之間的距離更近，更加有利于能量轉移。

葉綠素a的熒光會隨著番茄紅素濃度的增加會出現(xiàn)淬滅的現(xiàn)象（圖2）。類胡蘿卜素具有的兩個重要的吸收和能量轉移的激發(fā)電子態(tài)，S1和S2。關于類胡蘿卜素對稱效應的研究顯示，其S0-S2的電子躍遷是被允許的，但是由于S1態(tài)在理想化的C2h點群中具有Ag對稱性，S0-S1電子躍遷是不能夠實現(xiàn)的，所以S1態(tài)沒有辦法直接測量。番茄紅素淬滅葉綠素a的激發(fā)單態(tài)主要通過三重態(tài)湮滅、電子轉移和增強的內部轉換這三種途徑。在激發(fā)單態(tài)番茄紅素與葉綠素a相互作用時，能量主要用作能量轉移或電子轉移這兩個過程 [4]。番茄紅素含有11個共扼雙鍵及2個非共扼雙鍵，其S1態(tài)將低于葉綠素a。在這種情況下，電子轉移更加適合反應過程[5]。此外，番茄紅素的電離電位比較低，更容易成為電子供體，葉綠素a則變成電子受體。這樣就會產生Chl–和Car+，而在這個電荷轉移的過程中，也會有Chl+產生。因此Chl+·Chl–的產生就會導致葉綠素a的熒光淬滅。當番茄紅素濃度增加時，電子供體會增加，非發(fā)光的激基復合物中間體也會增多，葉綠素a的熒光程度就會呈現(xiàn)減弱的趨勢。

4 結論

在光合作用過程中，吸收和熒光光譜顯示番茄紅素具有有效的淬滅作用。增加番茄紅素的濃度可以降低葉綠素a熒光程度。在光合作用中，葉綠素a與番茄紅素相互作用形成非發(fā)光的激基復合物中間體。

參考文獻

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[4] G.S. Beddard，G. Porter，Concentration quenching in chlorophyll，Nature 260 （1976）366–367.

[5] J.P. Connelly，M.G. Müller，R. Bassi，R. Croce，A.R. Holzwarth，F(xiàn)emtosecond transient absorption study of carotenoid to chlorophyll energytransfer inthe light-harvesting complex II of photosystem II + ，Biochemistry 36 （1997） 281–287.

作者簡介：

陳晨，女，漢，1994年5月生，吉林省公主嶺，研究生，助理工程師，研究方向： 物理。