CC BY
178-10 декабря 2020 г.
Исследование динамики перехода хлорофилла а в феофитин а методом LETDI
1 2 Лаптинская П.К. , Кузьмин И.И.
1-Институт общей физики им. А.М. Прохорова Российской академии наук 2- Институт геохимии и аналитической химии им. В.И. Вернадского Российской академии наук
Е-mail: polinalaptinskaya@gmail. com
Исследование направлено на развитие нового масс-спектрометрического метода LETDI (Laser-induced Electron Transfer Desorption/Ionization) [1], обладающего высоким потенциалом для решения фундаментальных и прикладных задач в области биохимии и физиологии растений.
LETDI — метод «мягкой» ионизации, применяемый для высокочувствительного определения органических комплексных соединений металлов. Одними из самых известных комплексов природного происхождения являются соединения группы хлорофилла.
Хлорофиллы - главные светопоглощающие пигменты, участвующие в процессе фотосинтеза. В фотосинтетических органеллах (хлоропластах) всех высших растений всегда присутствуют два типа хлорофиллов: хлорофилл a и хлорофилл b — соединения, представляющие собой сложные эфиры магнийпорфиринового ряда (полярная гидрофильная «голова»), с присоединенной изопреноидной боковой цепью (неполярный липофильный «хвост»), которая является остатком спирта фитола. Из этой пары основным функциональным пигментом является хлорофилл a, хлорофилл b — вспомогательный пигмент. В большинстве случаев именно первый из них представляет наибольший интерес при изучении физиологических изменений в растительном организме.
Соединения рассматриваемой группы природных пигментов нестабильны и легко разрушаются кислородом воздуха, кислотами, щелочами, а также обладают высокой фото- и термолабильностью. Под умеренным воздействием перечисленных факторов (за
eseibs? физика биологических и медицинских приложений
исключением щелочного гидролиза) магнийпорфириновый комплекс молекулы хлорофилла теряет центральный ион магния, в результате чего образуется соответствующий типу хлорофилла феофитин.
Динамика перехода хлорофилла в феофитин вызывает интерес у специалистов, работающих над изучением стрессов у растений, как в естественных условиях внешней среды, так и при антропогенном воздействии на них различными факторами in vivo и in vitro.
Цель работы заключалась в исследовании динамики перехода хлорофилла a в феофитин a. В исследовании использовались: линейный времяпролетный масс-спектрометр, импульсный Nd:YAG лазер с диодной накачкой и генератором гармоник, работающий на длине волны 355 нм (длительность импульса излучения 0.37 нс).
Хлорофилл выделяли из листьев крапивы (Urtica dioica L.) и очищали в соответствии с методикой, описанной в книге [2]. Воздушно-сухую навеску хлорофилла растворяли в системе ацетон/метанол (9:1). Эксперименты проводили в условиях изоляции проб от солнечного света для минимизации процесса распада хлорофилла.
В качестве эмиттера ионов использовали подложки со специально приготовленным поверхностным слоем из оксидов переходных металлов (широкозонных полупроводников).
На основе сравнительного исследования различных материалов предложен оксид ванадия, как принципиально новый эффективный эмиттер ионов для LETDI.
Установлено, что в масс-спектрах всех исследованных проб регистрируются интенсивные пики хлорофилла а и феофитина а. Соотношение между площадями этих пиков изменяется с увеличением длительности инкубирования пробы, что позволяет исследовать динамику перехода хлорофилла а в феофитин а. Иллюстрацией процесса может служить рисунок 1, на котором представлены спектры хлорофилла а и феофетина а, полученные в начальный момент времени, через час и через два часа инкубирования пробы.
Рис. 1. Масс-спектры хлорофилла и феофитина, зарегистрированные в начальный момент времени, через час и через два часа инкубирования пробы.
Результаты свидетельствуют, что метод ЬБТБ1 перспективен для разработки практических методик, которые позволят получать кинетические кривые деградации хлорофилла в многокомпонентных системах.
1. Лаптинская П. К., Кузьмин И. И., Пенто А. В. Школа-конференция молодых учёных «Прохоровские недели». Тезисы докладов, 2019, С. 16-17.
2. Лазурьевский Г. В., Терентьева И. В., Шамшурин А. А. Практические работы по химии природных соединений. - 2-е изд., перераб. и доп. - М.: издательство «Высшая школа», 1966. - 335 с.
