Первичный фотохимический акт - Фотохимические превращения ДНК. Люминесцентные метки и зонды
Квантовым выходом называется отношение числа прореагировавших молекул к числу поглощенных квантов. Согласно принципу фотохимической эквивалентности Эйнштейна при обычной фотохимической реакции каждый поглощенный квант света вызывает один элементарный акт или одну первичную реакцию. Квантовый выход такой реакции.
Одним из наиболее характерных признаков цепного механизма является высокий квантовый выход при фотохимическом инициировании. Согласно принципу фотохимической эквивалентности Эйнштейна, поглощение одного кванта света может вызвать только одну первичную реакцию. Квантовый выход вычисляется как число молекул продукта реакции, образовавшихся при поглощении одного кванта света. Это число в цепных реакциях во много раз больше единицы.
Количество прореагировавших или образовавшихся молекул измеряется обычными химическими или физико-химическими методами, а интенсивность поглощенного света -- актинометром. Как следует из второго закона фотохимии, квантовый выход первичного фотохимического процесса не может превышать единицу, однако он может отличаться от измеряемого квантового выхода Ф. В различных реакциях величина квантового выхода может изменяться от бесконечно малой величины до 10 . Поэтому величина квантового выхода фотохимической реакции позволяет судить о ее механизме.
В соответствии с законом эквивалентности Штарка-Эйнштейна, поглощаемый фотон вызывает фотохимическое возбуждение одной молекулы. Количественной мерой превращения служит квантовый выход реакции, равный отношению числа частиц, претерпевших превращение в результате фотохимической реакции, к числу поглощенных фотонов. В предельном случае для первичных процессов выход должен равняться единице, в экспериментах, в зависимости от длины волны, интенсивности света и температуры и типа вещества, выход может принимать значения от 10 3 до 10. Так как энергия активации химических реакций лежит в пределах 40-420 кДж/моль, можно сделать вывод (сравнивая ее с энергией одного моля фотонов, равной Nab-/1 )0 действии на реакции видимых, ультрафиолетовых и рентгеновских лучей.
Изучение продуктов первичных фотобиохимических реакций
Фотохимический реакция белок люминесцентный
Фотобиологическими процессами называются процессы, которые начинаются поглощением света одним из биологически важных соединений и заканчиваются определенной физиологической реакцией.
Во всех фотобиологических процессах энергия света необходима для преодоления активационных барьеров химических превращений. Реакционная способность возбужденной светом молекулы определяется рядом факторов. Она зависит от положения возбужденного энергетического электронного уровня, что обеспечивает преодоление энергетического барьера.
Для осуществления фотохимической реакции большое значение имеет время жизни возбужденного состояния, то есть тот промежуток во время которого сохраняется избыток энергии в молекуле. Поэтому во многих фотохимических реакциях участвуют молекулы находящиеся в триплетном возбужденном состоянии, где время жизни такой молекулы значительно больше, чем в с инглетном состоянии. Кроме того такая молекула является бирадикалом. Почти все фотохимические реакции протекают по одноквантовому механизму, что значит поглощение реагирующей молекулой всего одного кванта света. Исключение составляет лишь возбуждение в условиях действия мощного светового лазерного излучения, когда за время возбужденного состояния молекула успевает поглотить второй квант, так что становится возможным двухфотонное возбуждение одной молекулы и переход ее на верхние возбужденные уровни.
Однако лишь в фотосинтезе происходит непосредственное запасание световой энергии в виде энергии химических связей, конечных продуктов (глюкоза), поскольку последние обладают большим запасом свободной энергии по сравнению с исходным веществом (СО2 И Н2О). В остальных фотобиологических процессах свет также индуцирует фотохимические реакции, но в их продуктах не содержится избытка свободной энергии по сравнению с исходным веществом. Тем не менее и в этих случаях в последующих за фотохимической стадиях темновых процессах могут инициироваться сложные физиолого-биохимические превращения, в ходе которых мобилизуются большие количества свободной энергии, ранее запасенной в биоструктурах. Конечные результаты такого рода превращений (например, стимулирующее действие света на морфогенез, биосинтез пигментов, фотостимуляцию дыхания) по общему энергетическому эффекту могут быть весьма велики, хотя непосредственного запасания энергии света при этом не происходит. Последовательность превращений в фотобиологических процессах может включать следующие стадии: поглощение света хромофорной группой и образование электронно-возбужденных состояний - миграция энергии электронного возбуждения первичный фотофизический акт и появление первичных фотопродуктов - промежуточные стадии, включающие перенос заряда образование первичных стабильных химических продуктов физиолого-биохимические процессы конечный фотобиологический продукт.
Все известные фотобиологические процессы делятся на две группы: негативные (деструктивные) и позитивные (регуляторные) фотобиологические процессы.
Негативные фотобиологические процессы в организме делятся на два типа: фототоксические и фотоаллергические.
Фототоксическими эффектами называют световые поражения кожи или глаз, не сопровождающиеся аллергическими реакциями. Клинически они проявляются в форме эритемы, эдемы, пигментации, помутнения хрусталика и др.
Фотоаллергические эффекты включают в себя первичный иммунологический механизм аллергической сенсибилизации.
К позитивным фотобиологическим эффектам у животных организмов относятся: зрение фотопериодизм - регуляция суточных и годовых циклов жизни животных путем циклических воздействий свет-темнота. Процесс осуществляется под действием видимого света. У человека и животных (млекопитающих) фотопериодическим рецептором являются глаза, у некоторых птиц - гипоталамус, у рыб - эпифиз, у насекомых - мозг.
Образование витамина Д из провитаминов, происходящее под действием УФ-света.
У растений важнейшими фотобиологическими процессами являются фотосинтез, фототаксис, фототропизм и фотопериодизм.
Таким образом, несмотря на разнообразие фотобиологических процессов, любой из них включает в себя целый ряд стадий. Это
- 1. Поглощение кванта света 2. Внутримолекулярные процессы размена энергии 3. Межмолекулярный перенос энергии возбужденного состояния (миграция энергии). 4. Первичный фотохимический акт. 5. Темновые превращения первичных фотохимических продуктов, заканчивающиеся образованием стабильных продуктов 6. Биохимические реакции с участием фотопродуктов 7. Общефизиологический ответ на действие света.
Биофизику интересуют только первые четыре процесса и частично темновые процессы, которые непосредственно следуют за первичным фотохимическим актом
Характер действия световых волн различной длины существенно отличается друг от друга. Человек находится под действием зачастую целой совокупности волн светового диапазона.
По характеру биологического действия на организм человека и животных весь спектральный диапазон принято разбивать на несколько участков каждый из которых ответственен за индукцию определенных эффектов.
Инфракрасная область (длины волн более 750 нм) - тепловые эффекты.
Видимая область (400-750 нм) зрение, фотопериодизм.
Ультрафиолетовая область (200-400 нм) в свою очередь разбивается на три участка. а) коротковолновую - УФ-C (200-280 нм) б) средневолновую - УФ-В (280-315 нм) в) длинноволновую - УФ-A (315-400 нм)
При этом экологическим Уф компонентом солнечного излучения является УФ свет длин волн больше 290 нм, тогда как коротковолновый УФ из-за эффективного поглощения озоном атмосферы не достигает поверхности Земли.
Причем, биологическое действие УФ-излучения всех трех участков разное.
УФ-А - загар, синтез витамина Д из провитаминов, фотоаллергические и сенсибилизированные фототоксические эффекты.
УФ-В - эритема, эдема, загар, ожог глаз, канцерогенез, синтез витамина Д
УФ-С - эритема, загар, канцерогенез, мутации, бактерицидный эффект.
Похожие статьи
-
Фотохимические реакции - Фотохимические превращения ДНК. Люминесцентные метки и зонды
ФОТОХИМИЧЕСКИЕ РЕАКЦИИ - химические превращения, протекающие под действием света в видимой и ультрафиолетовой области спектра. Еще в античные временя...
-
Спектры фотобилогического действия - Фотохимические превращения ДНК. Люминесцентные метки и зонды
Изучение характера действия и силы действия светового излучения, относящегося к определенному световому диапазону, обычно начинают с определения спектра...
-
Реакция фотогидратации - Фотохимические превращения ДНК. Люминесцентные метки и зонды
Этот процесс - вторая важная фотохимическая реакция пиримидиновых оснований ДНК, которая заключается в присоединении воды к пиримидиновым основаниям ДНК,...
-
Люминесцентные зонды и метки - Фотохимические превращения ДНК. Люминесцентные метки и зонды
В медицине используется применение специальных флуоресцирующих молекул, добавляемых к исследуемым биологическим системам извне, в которых они...
-
Сшивки с белками - Фотохимические превращения ДНК. Люминесцентные метки и зонды
При наличии на поверхности носителя функциональных групп, способных вступать в химические реакции с функциональными группами фермента с образованием...
-
Люминесцентная микроскопия - Фотохимические превращения ДНК. Люминесцентные метки и зонды
Люминесцентная микроскопия -- оптическое исследование микрообъектов, окрашенных специальными красителями (флюорохромами), испускающими свечение при...
-
Литература - Фотохимические превращения ДНК. Люминесцентные метки и зонды
1. Реутов В. П. и др. Проблема оксида азота в биологии и медицине и принцип цикличности. 2. Методология биологии: новые идеи (синергетика, семиотика,...
-
Остеомиэлит. Остеомиэлит (osteomyelitis)- воспаление костного мозга. Изолированное воспаление в костном мозгу наблюдается редко, так как в процесс обычно...
-
Ионизирующее излучение объединяет в себе радиоактивные излучения ( б, в, г - лучи), жесткое рентгеновское излучение, а также поток протонов и нейтронов....
-
Особое значение имеет режим дня. При правильном и строгом его соблюдении вырабатывается четкий ритм функционирования организма. А это в свою очередь...
-
Эпидерма, первичная покровная ткань - Покровные ткани растений
Образована одним слоем клеток, покрывающих все молодые органы растений. Покровная ткань зоны всасывания корней называется эпиблемой (ризодермой)....
-
А) Травма кости. Механизм действия травмы тот же, что и при развитии других патологических процессов (туберкулез суставов, развитие абсцесса при закрытых...
-
Различные заболевания у человека вызывают химические и биологические загрязнения среды. Реакции организма на химические загрязнения зависят от...
-
Крепкий сон - залог гармоничного развития. Сон - один из важнейших элементов человека, а особенно ребенка. Именно во сне происходит сложнейшая работа, в...
-
Зона стыка, Зона трансформации (превращения) - Строение женской половой системы
Область шейки матки, в которой цилиндрический эпителий эндоцервикса соединяется с плоским эпителием влагалищной части, называют Зоной стыка Или...
-
Энергия и происхождение жизни на Земле, Образование малых молекул - Возникновение жизни на Земле
В процессе гравитационного коллапса звезд гравитационная энергия превращается в тепло и энергию световых квантов, инициируя реакцию слияния протонов в -...
-
Аденозинтрифосфорная кислота (АТФ) состоит из органического основания аденина (I), углевода рибозы (II) и трех остатков фосфорной кислоты (III)....
-
В каждом организме (животном, растительном или микробной клетке) все время происходят сложные процессы превращения веществ. Велика роль в этих процессах...
-
Элементы первичной жизни на заре эволюции - Эволюция состава организмов
К органогенам традиционно причисляют, учитывая их общее содержание в живом веществе (98,72 ат%), четыре элемента: Кислород, углерод, водород и азот , -...
-
Звуки преследуют нас всегда, и спастись от них невозможно, потому что матушка-природа об этом, увы, не позаботилась. Кстати, приятные звуки человеческому...
-
1. Высокая АГ, поддающаяся преимущественно лечению верошпироном (пробная терапия по 1 г верошпирона в сутки в течение 3 дней ведет к стойкой нормализации...
-
Важную роль играет и закаливание. Закаливание - это научно обоснованное систематическое использование естественных факторов природы для повышения...
-
Первичные сукцессии, Смена фитоценозов в результате вырубки - Биогеоценотический покров земли
Первичные сукцессии -- биоценозы там где еще нет почвы. Протекают на новых субстратах: твердые(горы, лава застывш), рыхлые (отмели), искусств (карьеры,...
-
Хаос как основа порядка - Хаос и порядок. Явление самоорганизации
Рассмотрим кинетическую энергию совокупности частиц. Если вдруг окажется, что все частицы движутся в одном и том же направлении с одинаковыми скоростями,...
-
Титрование - Строгие постулаты Коха
Вирус белок генетический фаг Индуцируемая вирусом реакция может происходить по типу "все или ничего" (то есть наличие или отсутствие инфекции), а может...
-
Дарвин о видообразовании. Микроэволюция - Сущность эволюционной теории Чарльза Дарвина
Возникновение новых видов Дарвин представлял как длительный процесс накопления полезных изменений, увеличивающихся из поколения в поколение. Мелкие...
-
Заряженная частица при прохождении через вещество теряет свою энергию вследствие ионизационного торможения. Ионизационное торможение - это механизм...
-
Энергия - Естествознание - единая наука о природе
Земля планета солнечной энергии. "Живая сила" Лейбница. Основы термодинамики. Энтропия. Демон Максвела. На нашей планете основным источником энергии...
-
Глюкагон - Биохимия поджелудочной железы
Й. Строение и биосинтез гормона 1. Немного истории: Глюкагон впервые был получен в коммерческих препаратах инсулина в 1923г., однако лишь в 1953г....
-
Витамины группы B, Тиамин - Витамины группы B
На заре изучения витаминов было обнаружено, что в ряде природных продуктов (дрожжах, печени и молоке) содержится водорастворимая фракция, необходимая для...
-
Хемосинтез - синтез органических соединений из неорганических веществ с использованием химической энергии, выделяющейся в реакциях окисления...
-
Итак, материальная, физико-химическая сущность жизни проявляется, прежде всего, в непрерывном обмене веществ и энергии, который происходит между живой...
-
Биокатализ и биотрансформация - Производство биоферментных препаратов
Процессы, в результате которых под действием микроорганизмов или ферментов происходит изменение химического состава исходного вещества При биокатализе -...
-
Способы существования и типы жизни - Прокариотические организмы и их роль в биоценозах
В зависимости от того, какой источник энергии могут использовать прокариоты, их делят на фототрофофв (источник энергии - свет) и хумотрофов (источник...
-
Существует несколько методов диагностики аллергии. Кожные пробы Наиболее простым методом диагностики и мониторинга гиперчувствительности I типа являются...
-
Метаболизм микрообранизмов - Физиология микроорганизмов
Метаболизм микрообранизмов - совокупность всех биохимических процессов происходящих в клетке. Различают энергитичекий метаболизм 9катабализм) - реакции...
-
Первичная степень укладки молекул ДНК - хромосомная фибрилла. Наблюдения за структурой хроматина с помощью электронного микроскопа показали, что в...
-
Врачи утверждают, что полноценное рациональное питание - важное условие сохранения здоровья и высокой работоспособности взрослых, а для детей еще и...
-
Большое значение в охране и укреплении здоровья ребенка принадлежит его гигиеническому обучению и воспитанию. Гигиеническое воспитание -- это часть...
-
Согласно мировой статистике, ежегодно из числа курильщиков умирает около 2-х с половиной миллионов людей. Такая вредная привычка, как курение, к...
Первичный фотохимический акт - Фотохимические превращения ДНК. Люминесцентные метки и зонды