Первичные стадии фотобиологических процессов

Фотобиологические процессы
Фотосинтез - синтез органических молекул за счет энергии солнечного света;
Фототаксис - движение организмов, например бактерий, к свету или от света;
Фототропизм - поворот листьев или стеблей растений к свету или от света;
Зрение - превращение световой энергии в энергию нервного импульса в сетчатке глаза или в аналогичных фоторецепторах;
Действие интенсивного видимого света (лазеротерапия)
Действие ультрафиолетовых лучей
Бактерицидное или бактериостатическое действие на микроорганизмы
Мутагенное действие
Канцерогенное действие
Ообразование витамина D из провитаминов
Эритемное действие на кожу
Образование загара
Терапевтические эффекты

Основные стадии фотобиологического процесса
Поглощение кванта света.
Внутримолекулярные процессы размена энергией (фотофизические процессы).
Межмолекулярные процессы переноса энергии возбужденного состояния (миграция энергии).
Первичный фотохимический акт.
Темновые реакции, заканчивающиеся образованием стабильных продуктов.
Биохимические реакции с участием фотопродуктов.
Физиологический ответ на действие света.

Мишени для фотонов
Как узнать, что такое мишень?

Спектры поглощения и спектры действия
Длина волны, нм
100
10
1
0,1
0,01
s
σ
Инактивации трипсина под действием УФ-облучения

Одноударная фотохимическая реакция
Инактивация ферментов происходит по одноударному механизму. Это означает следующее:
Каждая молекула повреждается независимо от других.
Поглотив свет, молекула может быть либо полностью выведена из строя, либо останется совершенно целой. Частичного повреждения не происходит, равно как не происходит востановления повреждения.

Одноударная фотохимическая реакция
Q – Квантовый выход инактивации = σ/ s

Кинетика одноударной фотохимической реакции

Напомним закон Бугера–Ламберта-Бера
1 – T = 1 – e–nsl

Кинетика одноударной фотохимической реакции
Смотри Следующий Слайд

Кинетика одноударной фотохимической реакции
Qs = σ
Jt = Д

Кинетика инактивации фермента
Определение поперечного сечения инактивации фермента:
А0 и A - активности фермента перед обучением и после облучения дозой Д.
100
Активность фермента,
% от исходной
37
0
ln (A 0 / A)

Величины, обычно откладываемые по оси ординат на спектрах фотобиологического действия
По оси абсцисс на спектрах откладывают длину волны действующего излучения.
По оси ординат откладывают либо поперечное сечение инактивации (при одноударном механризме);
либо величину, обратную дозе, вызывающей определенный фотобиологический эффект.

Спектр поглощения и спектр действия инактивации трипсина под действием УФ-облучения

Спектр действия возникновения мутаций у кукурузы
---- оптическая плотность
(о) эффективность УФ-индукции мутаций

Спектр действия УФ-эритемы кожи человека

Спектр действия фотопериодической стимуляции полового созревания утят
Sw / Sa, — отношение размеров семенников в конце и начале опыта (/); спектр пропускания (2) тканей головы утят со стороны глазных орби-талей до гипоталамуса (фоторецептора)

Спектр действия по форме совпадает со спектром поглощения
Из уравнения Q = σ / s напрямую следует, что спектр действия совпадает со спектром поглощения мишени для всех реакций, протекающих по одноударному механизму, если квантовый выход постоянен при всех длинах волн (закон Гротгуса–Варбурга).

Закон Гротгуса–Варбурга
Спектр действия совпадает со спектром поглощения мишени.
σ (λ)= Q s (λ)
Объяснение – то же, что и для закона Вавилова.

Первичные фотофизические и фотохимические процессы при действии УФ-излучения на белки
Почему это интересно?
Важный фотобиологический процесс.
Реакции – довольно типичные и простые.
Процесс хорошо изучен.

Электронные переходы в ароматических аминокислотах.
e¯ + ●AH+ → 3AH*
3AH* → 1AH + фотон (435 нм)

Фотоиндуцированная люминесценция
e¯ + фотон (600 нм) →(e¯)*
(e¯)* +●AH+ → 1AH*
1AH* → 1AH + фотон (330 нм)

Первичные фотопродукты триптофана

Нейтральные радикалы, образующиеся при фотоионизации фенилаланина и триптофана

Радикалы тирозина, образующиеся при его фотоионизации