Фотобиологические процессы




 

При поглощении лучистой энергии биологическими объектами происходят фотобиологические процессы, которые делятся на:

1. процессы фотосинтеза – синтез биологических важных соединений за счет поглощения солнечной энергии (синтез углеводов в зеленых растениях, некоторых простейших и водорослях, образуется хлорофилл). Процессы фотосинтеза удалось наблюдать в водных растворах смесей, которые содержали метан, аммиак, углекислый газ, при облучении смеси удавалось получать жирные кислоты, аминокислоты, пуриновые и пиримидиновые азотистые основания. Эксперименты легли в основу возникновения жизни внутри клеток;

2. зрение животных, фототаксис, фототропизм и фотопериодизм растений. В ходе явлений организм получает информацию об изменениях в окружающей среде, которые возникают при действии света;

3. деструктивные процессы в биологических структурах, которые возникают при действии коротковолнового УФ излучения.

 

Свет может оказывать стимулирующее действие на развитие животных. При действии видимого света наблюдается реакция фотореактивации – снятие поражающего действия УФ излучения при последующем действии видимого света. Сверхслабое свечение возникает при биохимических реакциях.

В основе всех фотобиологических процессов лежат фотохим реакции:

1. фотоионизация – под действием света происходит выбивание электронов за пределы молекулы, образуются ионы или свободные радикалы;

2. фотовосстановление или фотоокисление - перенос электронов с одной молекулы на другую при действии света;

3. фотодиссоциация – процесс распада молекул при действии света;

4. фотоизомеризация – изменение пространственной структуры, конфигурации молекулы;

5. фотодимеризация – образование химических связей между мономерами, образование полимеров.

 

Во всех реакциях молекулы теряют или приобретают электроны, подвергаются деструкции.

Процессы протекают в две стадии:

1. световая – чисто физический процесс поглощение молекулой кванта лучистой энергии, молекула при этом переходит в возбужденное состояние. Электроны, которые участвуют в поглощении квантов, переходят с основного на более высокий энергетический уровне. Величина энергии возрастает на величину поглощенного кванта. Состояние длится до 10-12-10-8. Энергия, полученная молекулой, может перейти в тепло или выделиться в форме кванта люминесценции. Возбужденные молекулы могут вступать в фотохимические реакции с другими молекулы с образованием радикалов, ионов или ион-радикалов – первичные окислители и первичные восстановители;

2. темновая – образовавшиеся первичные окислители и восстановители вступают в сопряжение с биохимическими реакциями в организме и изменяются, что приводит к совершению физиологических процессов (выделение кислорода при фотосинтезе, движение листьев растений на солнце, реакции животных на освещение, гибель животных при сильном облучении).

 

В ходе фотохимических реакций возможны следующие превращения энергии:

1. может высвечиваться в форме люминесценции;

2. может передаваться в тепло;

3. может передаваться другой молекуле (миграция энергии);

4. молекула может переходить в триплетное состояние.

 

Поглощательная способность биологических систем определяется общим количеством поглощенной энергии или числом квантов, поглощаемых системой в единицу времени. Показатель определяется на основе оптической плотности объекта. Второй фактор – величина поглощенного кванта, который определяет энергетику самой фотохимической реакции.

При пропускании световых квантов через систему, которая содержит какие-то вещества, происходит ослабление светового потока, что связано с тем, что часть квантов захватывается и поглощается молекулами вещества. Изменение интенсивности светового потока подчиняется закону Ламберта-Бера: «Интенсивность светового потока, проходящего через вещество, экспоненциально уменьшается в зависимости от длины оптического пути и концентрации вещества».

–dl=k*I*C*dl, I=I0*e-kcl, lg I0/I=D – оптическая плотность, I0-интенсивность падающего света, I-интенсивность выходящего света.

 

Вещество неодинаково поглощает свет различной длины волны. Кривая зависимости оптической плотности вещества от длины волны поглощаемого света будет представлять собой спектр поглощаемого света. Построение таких кривых при спектральном анализе позволяет выявить максимум поглощения определенных длин волн, которые характерны для определенных веществ. Спектры поглощения белка имеют максимум поглощения в области длины волны 280 нм, нуклеиновые кислоты 260 нм, родопсин 500 нм, хлорофилл 430 и 680 нм – два максимума поглощения. Изучение спектров поглощения позволяет определить вещество, которое ответственно за поглощение света, определить длину волны света, которая преимущественно поглощается, и рассчитать энергию поглощаемых квантов, определить положение электронных и колебательных энергетических уровней, время перехода из одного состояния в другое. Спектральный анализ позволяет определить концентрацию вещества в исследуемом объекте.

Спектры поглощения могут быть получены при адсорбционной спектрофотометрии. Спектрофотометр имеет источник света, монохроматор, который позволяет выделить лучи разной длины волны из общего светового потока, кювету, куда помещается исследуемое вещество. Луч света, проходящий через вещество, попадает на фотоэлектронный умножитель, затем на регистрирующее устройство, которое прокалибровано в единицах оптической плотности. Таким образом, направляя разные длины волн на вещество, получим кривые спектрального анализа с определенными максимумами поглощения.

При невозбужденном состоянии электроны в молекулах находятся на нижнем основном энергетическом уровне, электронные оболочки находятся в синглетном состоянии, при котором спиновый момент равен 0. При поглощении кванта лучистой энергии происходят переходы электронов в молекулах на более высокие удаленные возбужденные уровни. Первый переход происходит при поглощении кванта 5,7 мВ, осуществляется переход на второй уровень, молекула переходит в возбужденное состояние, но способна воспринимать очередной квант, в зависимости от которого электроны будут уходить либо на более высокий, либо на более низкий уровень. Таким образом, молекулы находятся в состоянии возбуждения, электронные переходы в молекулах затрагивают вращательные, колебательные и электронные уровни. При таких переходах в молекулах может наблюдаться процесс свечения.

 



Поделиться:




Поиск по сайту

©2015-2024 poisk-ru.ru
Все права принадлежать их авторам. Данный сайт не претендует на авторства, а предоставляет бесплатное использование.
Дата создания страницы: 2016-04-27 Нарушение авторских прав и Нарушение персональных данных


Поиск по сайту: