Фотобиологиялық процестер

Жоспар
Кіріспе

І. Кіріспе
ІІ. Негізгі бөлім
1. Фотобиологиялық процестер
2. Фотобиологиялык әсер спектрі
3. Бастапқы фотоөнімдерді анықтау әдістері
4. Ақуызға, липидтерге және нуклеин қышкылдарына ультракүлгін
сәуленің әсері
5. Фотосенсибилизацияланған фотобиологиялық процестер
ІІІ. Қорытынды
ІV. Пайдаланған әдебиеттер

Фотобиологиялык процестердің биофизикалык негізін зерттеу кванттық биофизиканың басты бөлімі. Биологиялык маңызды моле-кулалардың жарык кванттарын жүтуынан бастап, ағза деңгейінде фи-зиологиялык реакциямен аякталатын процестерді фотобиологиялық процестер дейді. Оған мыналар жатады:
— Фотосинтез — Күн сәулесі әсер еткен кездегі органикалық молекулалардың синтезі.
— Фототаксис — организмдердің козғалысы, мысалы бактериялардың жарыкка қарай, не одан кері қарай қозғалысы.
— Фототропизм — өсімдіктердің жалырактарынан немесе сабағының жарықкд карай немесе кері карай бұрылуы.
— Көру — жарық энергиясынык көз торында нерв импульсының энергиясына түрленуі.
— Ультракүлгін сәуленің әсері (микроорганизмдердегі бактерияларды өлтіру немесе оларды түрақтандыру, провитаминдерден Д витаминін түзу, адам терісіне эритемалық әсер, терапевтік эффект және т.б.).
Фотобиологиялықпроцестеркөпсатылыболады. Олардың әр қайсысы жарық квантын жұту процесінен бастап ағзада өтетім күрделі физиологиялыкреакциялармен аяқталатын көптеген топтардан тұрады. Шартты түрде фотобиологиялық процесстердің әту сатысын мына топтарға бөлуге болады:

Пән: Биология
Жұмыс түрі: Реферат
Тегін: Антиплагиат
Көлемі: 13 бет
Таңдаулыға:

Жоспар

І. Кіріспе
ІІ. Негізгі бөлім
Фотобиологиялық процестер
Фотобиологиялык әсер спектрі
Бастапқы фотоөнімдерді анықтау әдістері
Ақуызға, липидтерге және нуклеин қышкылдарына ультракүлгін
сәуленің әсері
Фотосенсибилизацияланған фотобиологиялық процестер
ІІІ. Қорытынды
ІV. Пайдаланған әдебиеттер

ФОТОБИОЛОГИЯЛЫҚ ПРОЦЕСТЕР
Фотобиологиялык процестердің биофизикалык негізін зерттеу кванттық биофизиканың басты бөлімі. Биологиялык маңызды моле-кулалардың жарык кванттарын жүтуынан бастап, ағза деңгейінде фи-зиологиялык реакциямен аякталатын процестерді фотобиологиялық процестер дейді. Оған мыналар жатады:
Фотосинтез — Күн сәулесі әсер еткен кездегі органикалық молекулалардың синтезі.
Фототаксис — организмдердің козғалысы, мысалы бактериялардың жарыкка қарай, не одан кері қарай қозғалысы.
Фототропизм — өсімдіктердің жалырактарынан немесе сабағының жарықкд карай немесе кері карай бұрылуы.
Көру — жарық энергиясынык көз торында нерв импульсының энергиясына түрленуі.
Ультракүлгін сәуленің әсері (микроорганизмдердегі бактерияларды өлтіру немесе оларды түрақтандыру, провитаминдерден Д витаминін түзу, адам терісіне эритемалық әсер, терапевтік эффект және т.б.).
Фотобиологиялықпроцестеркөпсатылыбо лады. Олардың әр қайсысы жарық квантын жұту процесінен бастап ағзада өтетім күрделі физиологиялыкреакциялармен аяқталатын көптеген топтардан тұрады. Шартты түрде фотобиологиялық процесстердің әту сатысын мына топтарға бөлуге болады:
1) жарык квантьшың жұтылуы; 2) молекулалар ішінде өзара энер-гиямен алмасуы; 3) қозған молекулалар арасында энергия тасымалдануы; 4)алғашқыфотохимиялыкакт; 5)тұрақты өнімдер түзетін қараңғылық реакциялары; 6) фотоөнім түзетін биохимиялык. реакциялар; 7) жарыктың әсеріне жалпы физиологиялық жауап.
Бастапқы үш фотохимиялык процесс фотохимия және люминесценция процестері үшін бірдей. Алғашкы фотохимиялық акт — молекула.
куланың төменгі синглетті 5, немесе козған күйдегі триплетті Т, әсерлесуінен туындайтын процесс.
Кванттык шығым — ол козған молекулалар санының жұтылған кванттар санына катынасы. Фотохимиялық реакцияның алғашқы саты-сындағы кванттын шығымы деп фотохимиялық процеске катынаса-тын қозған молекулалар санының жалпы молекулар санына кдтына-сын айтады:

Мұндағы к1 және к2 тәжірибенін тұрактылары.
Калыпты жағдайда кванттың шығымды объектіге интенсивтілігі і (эйнштейнс) монохромат жарықпен ДІ уакыт аралығында әсер ет-кенде бастапқы заттың азаюын (ДА) немесе реакция өнімінің жинак-талуын (ДР) өлшеу аркылы аныктауға болады:

Мүндағы (1—Т) — жүтылу коэффициенті; Іт — сәулелендіру дозасы. Кванттык. шығымды (Ф) аныктау — ол тәжірибенің шартына байла-нысты. Мысалы, реакция өнімдерінде немесебөгдезаттарда әсер етуші жарыктың жүтылуы кванттык шығымды (Ф) азайтады.
Пайда болған алғашкы радикалдардың әсерінен тізбекті реакция-ның есуі кванттық шығьшды өсіреді. Алғашкы реакиияның квант-тык шығымын 1-формуламен аныктап, фотохимиялық процестерді түсіндіруге болады.

Фотобиологиялык әсер спектрі
Келіп түскен сәулені жұтып, соның нәтижесінде бастапкы фото-биологиялық проиесі қатынасатын затты анықтау фотобиологиялық процестерді зерттеудің басты мәселесі. Ол үшін фотохимиялык, әсерді аныктап, оны реакцияға катынасқан заттарда жарықтыңжұтылу спектрімен салыстырады. Бүл реакция бір бағытта және ете кыска уакытта өтеді: жүтылған жарық квантының әсерінен молекула езгермейді не-месе толығымен белсенділігі артады. Белсенділігінің арту ықтимал-дылығын оның кванттык шығымы Ф деп атайды.
Осы процестін кинетикасын қарастырайық. Қалындығы = 1 см астаушаға 1 см3 көлемде таралымы п молекулалары бар ферменттің ерітіндісі құйылсын. 3 (см2) ~ ферменттің квантты жұту көлденең қимасы; І0 (см^-см ]) секундына 1 см2 ауданға келетін квант санымен елшенетшерітіндігетүскенжарықсәулес інін интенсивтіліп және I-ерітіндщен өткен сәуленің интенсивтіліп болсын.
Ерітшді әр секундта мынандай

жарықтың интенсивтілігін жүтады. Сонда ерітіндінің 1 см2 ауданын-да секунд сайын белсенділігі артатын молекулалар саны мынаған тең болады:

Мұндағы Ф — фотохимиялық реакциясының кванттық шығымы.
10, 1, S және Бугер-Бер-Ламберт (3) заңына сәйкес бір-бірімен байланыстағы шамалар Бугер-Бер-Ламберт заңы бойынша кез келген ортада жарык. жұтылса, онда ол жарыкты өткізу (Т = 110 ) коэффициентімен сипатталады.
Сонда
Мүндағы п — жарыкты жұтатын молекулалардыңтаралымы (см3) Бу-гер-Бер-Ламберт занынан (3) және (2) тендеулерден мынаны табамыз:

Ерітінділер үшін Sn10,1 олай болса (4) тендеудегі жақша ішіндегі шама

Егер l=1 см болса, онда

Осы шамамен интегралдан мынаны табамыз

Мұндағы Д=І0t- сәулелендіру дозасы; ферменттің сәулемен әсерлесетін көлденең қимасының ауданы ln тәуелділігінің графигі салу арқылы - ны табуға болады. Егер болса, онда - ны белсенділікті арттыратын дозаның қисығы арқылы табуға болады
Мұндағы Д37% -молекулаларды 37% әсерлеспей қалған сәулелендіру дозасы (47,а – сурет).

Әр молекуланьщ жарықты жұту мүмкіншілігі баска молекулалар әсерінен азаюы мүмкін. Себебі жарыктыңтаралу жолындағы алғашқы молекулалар жарықты кеп жүтып, кейінп кабаттағы молекулаларға келеңке түсіруі мүмкін. Сондыктан жарықтың жұтылуы барлық мо-лекулаларда біртекті болуы үшін ерітіндіні үнемі араластырып отыру керек. Оптикалыктығыздығы (Д) өзгермейтін күрделі ерітінділер үшін (2) формуланы былай жазуға болады:

Осы шаманы интегралдап мынаны табамыз
Мүндағы Д=І0£ — сәулелендіру дозасы; а=5Ф — ферменттің сәулемен әсерлесетін көлденең қимасынын ауданы Іп (пп^) — Г(Д) тәуедділігінің
ДА — фотохимиялық реакцияға катынасқан заттың оптикалык ты-ғыздығы (7) тендеудегі ескеріп, айнымалыны бөлектеу әдісімен интегралдап мынаны табамыз:

Мұндағы К — жарыкталынатын заттың көлеңкеленуін ескеретін ко эффициент.
Жарыктың белгілі бір толкын ұзындығында үлгінің оптикалык тығыздығын және келенкелену коэффициентін (К-ны) табу арқылы с-ны табуға болады.
Фотохимияда әсерлік спектрі деп а-ферменттін белсенділігін арттыратын көлденең кимасының жарыктын толкын ұзындығына тәуелділігін айтады.
Ерітіндідегіорганикалыкмолекулалард ыңфотохимиялықреакция-ның кванттык шығымы әсер етуші жарыктың толкын ұзындығына тәуелді емес. Олай болса жекеленген зат үшін әсерлік спектрінін пішіні жұтылу спектрімен 5(Х) сәйкес келеді. Ерітіндідегі әсерлік спектрді дозалык қисық арқылы аныктап, одан кейін жарықтың жұтылу спектрі бойынша ерітіндідегі заттын. қурамын анықтауға болады. Фотобиоло-гияда әсерлік спектрді тіркеудін басты мағынасы осында.
Акуыздардың фотобелсенділігінің әсерлік спектрін аныктау киын емес. 47-суретте трипсиннін фотоактивтенуінің әсерлік спектрі көрсетілген. Трипсинде жұтылу спектрін тудыратын басты үш хромо-фор бар. Олар: триптофон, тирозин және цистин калдыктары. Акуыз-дардын белсенділігін арттыру үшін аминқышкылдарынын. үшеуі де маңызды екені әсерлік спектрден көрініп тұр. Мүнда жалпы әсерлік спектр-аминкышкылдарының жұтылу спектрдерінің косындысына жақын.
Толкын ұзындығы 265 нм ультракүлгін сәуленің әсерінен бакте-риялардын өлуі де дәл осылай анықталған. Олардың спектрі нуклеин кышқылының жүтылу спектріне әте ұқсас болған. Сондықтан ультракүлгін сәуленін әсерінен бактерияның өлуі нуклеин қышкыл-дарының бүзылуы әсерінен болады деп түжырымдалады.
Біраз бөлігі қайтымды фотохимиялык процестер, бірак караң-ғылық сатысы сонғы эффектіден бүрын болады. Олай болса күрделі фотобиологиялык процестерді (6) тендеумен аныктауға болмайды. Сондыктан әсерлік спектрдін ферментінің белсенділігінін. келденең қимасын (а) аныктау қиынға соғады. Осындайда ордината осінін. бойына дозаға (Дж) кері шама, барлық толкын үзындығына бірдей жарыктың эффективтілік мәнін (Э) саламыз: Э = 1Д . тәжірибенің бастапкы және соңғы уакытындағы ұрыктыңразмерлерінін катынасы. 50-суретте ордината Ьсінің бойымен 1МЭД салынған. МЭД - эритемалык, минимал доза, яғни минималды эрите-ма тудыратын сәулелендіру дозасы. Осы шаманы адам денесінің күнге күюінін, фототропизмнің, өсімдіктердің фототаксисінін, көздін сезгіштігінің және т.б. әсерлік спектрді анықтау үшін колданылады.
Күрделі биологиялық жүйелерді зерттеулерде әсерлік спектрін аныктауда, жоғарыда айтылғандай, көлеңкелік эффект айтарлыктай киыншылык туғызады. Оған мысал ретінде адамның және жануар-лардың терісінде өтетін фотобиологиялық процестерді жаткызуға бо лады. Терінін сыртқы кабатында жұтылған жарық ұлпаның хромофо-рына ғана жетеді, одан ары карай эритеманың әсерлік спектрін тіркеуге кері әсер ететін көлеңкелік эффект пайда болады.

Фотохимиялык реакцияны кыскдртылған түрде былай көрсетуге болады:
Мұндағы А' — фотореакцияға түсетін бастапкы фотоөнім; В — түрак-ты фотоөнім; К,, К2, К3 - мономолекулалықреакцияғасәйкес келетін жылдамдықтар тұрак.тысы. Белгілі бір уакыт аралығында А' өнімнің жинакталуынанықтау үшін мынадайдифференциалдықкинетикалык теңдеу колданылады:
Қалыпты жағдайда сәулелендіргенде А'-тің таралымының өзгеру жылдамдығы өте аз болады, яғни
Гипоталамуска фотостимуляциялык әсер еткенде үйрек бадапан-дарының жыныстык жетілуінің фотопериодтык. стимуляциясының әсерлікспектрі 51-суреттеберілген. Жарыкгипоталамусқажету үшін, алдымен бастын үлпаларынан өтуі керек. Сондыктан көлеңкелендіру эффектісінің ыкпалы зор болады. Спектрдің максимумы жарыкты өткізудің ең жаксы облысына келеді — ол қызыл жарык. Әсерлік спектр-ді осылай аныктау өдісі түрмыста жарыкталыну режимін анықтауға мүмкіншілік береді.
Бастапқы фотоөнімдерді анықтау әдістері
Фотохимиялык, реакциялардың бастапкы өнімдері (электронды қозған күйдегі молекулалар және бос радикалдар) өте түраксыз болып олар бастапкы күйіне кайтадан өтуі немесе тұракты фотоөнім түріне өтуі мүмкін. Сондыктан ерітінділерді сәулелендіргенде бастапкы фото өнімдердін (фотопродукциялардың) таралымы өте аз болып, оларды карапайым физико-химиялык әдіспен анықтау мүмкін болмайды.

Жарык реакциясы әсерінен ертіндіде А'-дің пайда болу жылдам-дығын (5) және (6) формуланың негізінде аныкталған мына формула-мен анықтауға болады.
Бүл тендеуден А' түрақсыз фотоөнімнің салыстырмалы таралымын өсіру үшін әсер етуші жарыктың І0 — интенсивтілігін немесе қараңғы-лык процесінің жылдамдығын (К2және К3) азайту керек.
Бастапқы фотоенімді аныктауға арналған әдістеме ол — импульс-ты фотолиз әдістемесі. Бүл әдістемеде үлгі күшті жарыкпен жарык.та-лынады. Ол үлгі молекулаларының көпшілігін бір уакытта козған күйге еткізеді. Пайда болған козған фотоөнімдердің спектрін аныктауға бо-лады. Олар бірнеше микро немесе миллисекунд аралығында жоғалып

кетеді. Осындай өнімдерді аныктау және оларды талдау олардың жа-рыкты жұту спектрін және өмір сүру уакытын өлшеу аркылы жүр-гізіледі,
Импульстік фотолиз әдісі калыпты температурада ерітіндіде три-плетті молекулалардың жойылуын тікелей бакылауға мумкіншілік береді.
Импульстік фотолизбен катар импульстік радиолиз әдісі де қолда-нылады. Екі әдіс те импульстік қозу принципіне негізделген: фото-лиз әдісінде үлгіге бірнеше миллисекундтық жаркылмен әсер етсе, импульстік радиолиз әдісінде иондағыш радиация кодданылады. Ион-дағыш радиация әдісінде иондағыш сәуленін жұтылуы зерттелінетін заттын химиялық кұрамына тәуелді болмай, сол ортада жылдамдығы үлкен электрондарды тудырады. Ерітіндігетүскен сәуле тек еріткіште ғана жүтылады. Соның нәтижесінде бастапқы өнімдер қозган күйге өтіп бос радикалдар пайда болады. Сондыктан радиолиз әдісі заттың триплетті күйін зерттеуде колдануға аса колайлы.
Фотохи,\шялык реакциялар өнімдерін аныктау үшін радиолиз әдісі-мен катар үлгілердін температурасын темендету әдісі де қолданылады. Үлгілердің температурасын сұйық азотпен (-І80°С) төмендеткенде караңғылықреакцияларыетебаяуөтеді,т іпті болмауыдамүмкін. Бірақ бастапкы фотохимиялык реакцияларға төменгі температура әсер ет-пей, олар бүрынғы оң температурадағыдай өте береді.
Теменгі температурадағы фотолиз әдісі акуыздағы алғашкы фото-химиялык процестерді зерттеуде қолданылады. Соның нәтижесінде ароматты және кукіртті аминкьішкылдарының механизмі анықталды. Егер триптофаннын. немесе тирозиннің ерітінділерін сұйык азот тем-пературасына дейін (-180°С) төмендетіп, оны ультракүлгін сәулемен сәулелендірсе үлгі кекшіл-күлгін түске бояладькжарық 600 нм толқ-ын ұзындығында максимум жұтылады. Осы жүтылу нәтижесінде сольваторлы электрон е- ... жалғасы

Сіз бұл жұмысты біздің қосымшамыз арқылы толығымен тегін көре аласыз.