Первичные стадии фотобиологических процессов

УЧЕБНИКИ

ПЛАН

Спектры фотобиологического действия.

КАРАГАНДИНСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ МЕДИЦИНСКАЯ АКАДЕМИЯ

КАФЕДРА – медицинской информатики и биофизики

Лекция: Первичные стадии фотобиологических процессов.

ПО ООD 012 МВ 1112 - МЕДИЦИНСКОЙ БИОФИЗИКЕ

ДЛЯ СПЕЦИАЛЬНОСТЕЙ: 051301 – «ОБЩАЯ МЕДИЦИНА»

051302 – «СТОМАТОЛОГИЯ

КУРС – 1

Продолжительность 50 минут

Составитель:

доцент, к.б.н.

____________ И.М. Риклефс

Караганда 2007 г.

Утверждена на заседании кафедры

Протокол №_____

от "____"__________200___г

Зав.кафедрой доцент ______________ Б.К. Койчубеков

1.ПЕРВИЧНЫЕ СТАДИИ ФОТОБИОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ

1.2.Спектры фотобилогического действия

1.3. Изучение продуктов первичных фотобиохимических реакций. Свободнорадикальное окисление.

2. ПЕРВИЧНЫЕ ФОТОХИМИЧЕСКИЕ РЕАКЦИИ БЕЛКОВ.

3. ФОТОХИМИЧЕСКИЕ ПРЕВРАЩЕНИЕ ДНК.

3.1 Реакция фотодимеризации.

5.2. Реакция фотогидратации.

3.3. Образование (6-4) пиримидиновых аддуктов.

3.4 Сшивки с белком.

3.5. Особенности действия высокоинтенсивного лазерного УФ-излучения на ДНК (двухквантовые реакции)

Учебная цель лекции: Показать механизмы действия световых волн различных диапазонов на биологические системы. Определить возможности определения биологического эффекта действия. Показать особенности взаимодействия различных биологически активных соединений с УФ-излучением. Выяснить механизмы защиты от повреждающего действия Уф-излучения.

1 Владимиров Ю.А. с соавт. Биофизика. М., Медицина, 1983.

2 Костюк П.Г. с соавт. Биофизика. Киев, 1988.

3 Рубин А.Е. Биофизика. 1-2 том. М.,1987.

4 Рубин А.Е. Биофизика: Теоретическая биофизика -1 том. – М. Книжный дом «Университет», 2000

5 Рубин А.Е. Биофизика: Биофизика клеточных процессов -2 том. – М. Книжный дом «Университет», 2000

Дополнительная литература

1. Артюхов В.Г., Ковалева Т.А., Шмелев В.П. Биофизика. Воронеж. 1994. 135 с

2. Артюхов В.Г., Путинцева О.В. Оптические методы анализа интактных и модифицированных биологических систем. Воронеж, 1996.

3. Владимиров Ю.А., Потапенко А.Я. Физико-химические основы фотобиологических процессов. М.Высшая школа.1989.

4. Волькенштейн М.В. Биофизика. М.Наука,1988.

5. Кантор Ч.,Шиммел П. Биофизическая химия в 3 томах. Т. 2.–.М.Мир,1985.

6. Конев С.В., Волотовский И.Д. Фотобиология. Минск. 1979. 383 с.

7. Конев С.В.,Волтовский И.Д.Фотобиология. Минск.БГУ,1974.

8. Мешков В.В., Матвеев А.Б., Основы светотехники, М., Энергоатомиздат, 1989, 431с.

9. Рощупкин Д.И., Артюхов В.Г. Основы фотобиофизики. Воронеж, 1997.

10. Хевиг П. Прикладная квантовая химия.М.Мир,1977.

11. Чепель В.Ф. Основы физики биополимеров. Барнаул, 1996.

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 (рисунок 1).

Рисунок 1. Энергетическая схема фотохимического процесса А^* +В ® Р

DE₁— энергия активации темновой реакции; А + В ® Р; DE₂— энергия активации фотохимической реакции А^* +В ® Р (DE₁ >DE₂) (Рубин А.Б., 2000).

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 синглетном 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 услвиях действия мощного светового лазерного излучения, когда зв 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.