Определение фотофизических параметров хлорофилла α в фотосинтезирующих организмах методом нелинейной лазерной флуориметрии

• Автор: Гостев, Тимофей Сергеевич
• Шифр специальности: 01.04.21
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2011
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 120 с. : ил.

Оглавление

Принятые сокращения

Введение
Глава 1. — Решение многопараметрической обратной задачи нелинейной флуориметрии молекулярных систем с высокой локальной концентрацией флуорофоров (на примере молекул хлорофилла а в фотосинтезирующих организмах)

1.1. Введение

1.2. Нелинейная лазерная флуориметрия молекул хлорофилла а в фотосинтезирующих организмах (по литературным данным)

1.2.1. Модель формирования флуоресцентного отклика хлорофилла а

в фотосинтетическом аппарате на импульсное лазерное возбуждение

1.2.2. Метод нелинейной флуориметрии

1.2.3. Особенности нелинейной флуориметрии фотосинтезирующих организмов как представителей систем с высокой локальной концентрацией флуорофоров
1.3. Теоретическое исследование прямой задачи нелинейной лазерной флуориметрии фотосинтезирующих организмов
1.3.1. Анализ формирования кривых насыщения флуоресценции хлорофилла а в квазистационарном и нестационарном режимах возбуждения
1.3.2. Исследование зависимости фогофизических параметров от характеристик лазерного возбуждения: границы применимости используемой модели
1.3.3. Влияние пространственно-временного распределения лазерных импульсов на кривые насыщения флуоресценции в квазистационарном и нестационарном режимах возбуждения

1.4. Двухэтапный алгоритм решения многопараметрической обратной задачи нелинейной лазерной флуориметрии
1.4.1. Вариант I: квазистационарный режим возбуждения флуоресценции на обоих этапах. Исследование единственности и устойчивости решения обратной задачи к ошибкам входных данных
1.4.2. Вариант II: последовательное применение квазистационарного и нестационарного режимов возбуждения флуоресценции. Исследование единственности и устойчивости решения обратной задачи
к ошибкам входных данных
1.4.3. Анализ источников ошибок в решении обратной задачи нелинейной флуориметрии по предложенному алгоритму
1.5. Экспериментальная реализация предложенных алгоритмов определения фотофизических параметров хлорофилла а из кривых насыщения флуоресценции
1.5.1. Экспериментальная установка
1.5.2. Методика измерения кривых насыщения флуоресценции
1.5.3. Экспериментальная апробация лазерного спектрометра
1.6. Обсуждение результатов
Глава 2. — Исследование механизмов нефотохимического тушения возбужденных состояний хлорофилла а в фотосинтезирующих организмах
2.1. Введение
2.2. Механизмы нефотохимического тушения (по литературным данным)
2.2.1. Каналы дезактивации возбужденных состояний молекул хлорофилла а в фотосинтетическом аппарате
2.2.2. Тушение возбужденных состояний хлорофилла а при светоиндуцированном превращении вспомогательных пигментов фотосинтетическо-
го аппарата (зеаксантин-зависимое тушение)

2.2.3. «Классические» флуоресцентные методы исследования фотосинтезирующих организмов: метод индукции и релаксации флуоресценции
2.3. Исследование механизмов зеаксантин-зависимого тушения на выделенных препаратах фотосинтетического аппарата
2.3.1. Материалы исследования: препараты светособирающих комплексов фотосистемы
2.3.2. Зависимость времени жизни возбужденных состояний хлорофилла а и скорости их синглет-синглетной аннигиляции от значения pH буферной среды
2.4. Изучение механизмов нефотохимического тушения в нативных клетках микроводоросли Chlorella pyrenoidosa
2.4.1. Протокол исследования нефотохимического тушения в нативных клетках Chlorella pyrenoidosa
2.4.2. Определение кинетики нарастания и затухания нефотохимического тушения с использованием метода индукции и релаксации флуоресценции
2.4.3. Связь значений фотофизических параметров хлорофилла а с эффективностью зеаксантин-зависимого не фотохимического тушения
2.5. Обсуждение результатов
Глава 3. —Изучение влияния факторов среды на фотофизические параметры хлорофилла а в микроводорослях
3.1. Введение
3.2. Влияние факторов среды на функциональное состояние фотосинтетического аппарата (по литературным данным)
3.2.1. Влияние условий роста фотосинтезирующих организмов на фото-синтстический аппарат и эффективность фотофизических процессов в нем

Время, отн. ед.
Рис 1.4. Модельные кинетики населенности первого возбужденного синглетного уровня молекул Хл а, рассчитанные для двух наборов значений фотофизических параметров {р}] и {р}2 в случае квазистационарного (ОБ) и нестационарного (N8) режимов возбуждения.
При увеличении плотности потока фотонов начинает проявляться динамическое обеднение основного состояния молекул Хл а, причем при значениях Р > 5x1025 см'2-с'1 оно существенным образом определяет ход кривой насыщения. Начальный участок кривой насыщения хорошо описывается аналитическим выражением (1.19), однако для описания кривой насыщения флуоресценции на всем диапазоне плотностей потока фотонов необходимо численное решение кинетического уравнения (1.2).
Описанные особенности принципиальным образом связаны с высокой локальной концентрацией молекул Хл а в клетках ФСО. Действительно, данный факт обуславливает высокую скорость синглет-синглетной аннигиляции возбужденных состояний Хл а, в результате чего этот процесс начинает проявляться уже при плотностях потока фотонов Р> 1021 см'2-с-1. Не так обстоит дело в широко распространенном случае, когда скорость синглет-сингетной аннигиляции ограниченна сравнительно медленной межмолекулярной динамикой в исследуемых объектах: например, при изучении методом нелинейной флуориметрии слабоконцентриро-