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 фотобиологического действия.

Спектром фотобиологического действия называется зависимость фотобиологического эффекта от длины волны действующего света. Спектры действия позволяют не только выяснить, какая область спектра наиболее эффективно вызывает данный биологический процесс, но и какое вещество является акцептором квантов света в данном биологическом процессе.

Количественной характеристикой эффективности действующего света в самом простом случае может служить величина, называемая поперечным сечением фотохимической реакции, которое представляет собой произведение квантового выхода на площадь кюветы. В фотохимии спектром действия называется зависимость поперечного сечения инактивации фермента от длины волны действующего света.

Важный закон, который был экспериментально подтвержден в работах О. Варббурга и сотрудников, изучавших действие света на белковые системы, заключается в том, что квантовый выход фотохимических реакций в растворах не зависит от длины действующего света.

Физический смысл этого закона аналогичен закону Вавилова в люминесценции - в фотохимическую реакцию вступают молекулы, находящиеся на самом низшем уровне возбужденного состояния. Следствие этого закона состоит в том, что поскольку =sX спектр действия () по форме соответствует для индивидуального вещества спектру его поглощения S(). Измерив по дозовым кривым спектр действия в сплошной биологической системе, мы можем определить спектр поглощения фотолизируемого вещества, не проводя никаких спектральных измерений. Именно это и обуславливает интерес к регистрации спектров действия в фотобиологии: мы узнаем, фотолиз какого компонента сложной системы ответственен за конечный фотобиологический эффект.

Простой случай. Рассмотрим кривую спектра фотобиологического действия трипсина и кривую спектра поглощения этого же фермента (рисунок 3). В трипсине есть три главных хромофора: остатки триптофана, тирозина и цистина, которые и обуславливают спектр его поглощения. Спектр действия повторяет или почти повторяет этот спектр, следовательно, для инактивации белка существенен фотолиз всех трех аминокислот.

В случае сложных фотобиологических процессов, когда конечному эффекту предшествуют частично обратимые фотохимические процессы и темновые стадии, уравнение кинетики

Может не соблюдаться, и неясно, как определить для построения спектра действия. Обычно в этом случае по оси ординат откладывают величину "эффективности света" Э, обратную дозе ДС, вызывающей какой-то определенный фотобиологический эффект, одинаковый для всех длин волн

В спектрах действия эритемы по ординате откладывают величину "эритемной эффективности" 1 /МЭД, где МЭД - минимальная эритемная доза, т. е. доза облучения, вызывающая минимальную обнаруживаемую эритему

Подобная величина откладывается на спектрах действия загара человека, фототропизма и фототаксиса растений, чувствительности глаза и т. д..

При изучении спектров действия в сложных биологических системах может искажаться представленная выше сравнительно простая картина за счет эффектов экранировки. Суть экранировки заключается в том, что часть падающего на объект света поглощается в верхних слоях этого объекта. И в его глубине интенсивность действующего света оказывается ниже по сравнению с падающим светом I0, интенсивность которого нам известна. Когда природа акцепторов квантов в исследуемом фотобиологическом процессе установлена, становится возможным выяснить, какие именно фотохимические реакции происходят в этом рецепторе.

Похожие статьи




Спектры фотобилогического действия - Фотохимические превращения ДНК. Люминесцентные метки и зонды

Предыдущая | Следующая