|
Читайте также: |
Лекция 11.
К фотобиологическим процессам относят те процессы, которые протекают в биологических системах под действием видимого, ультрафиолетового или инфракрасного облучения. Фотобиологические процессы свойственны всем живым организмам- от прокариот до высших организмов, в т.ч. и человека. В живой природе в ходе эволюции сформировались специальные светопоглащающие молекулы (комплексы молекул) – пигменты, роль которых связана с выполнением полезных для организма светозависимых функций. При поглощении энергии ультрафиолетового света молекулами белков и нуклеиновых кислот, в организме протекают фотобиологические процессы отрицательного характера, т.е. вредные для организма. Вредность УФ-излучения для живых организмов проявляется в повреждении структуры макромолекул. Таким образом, фотобиологические процессы по их биологическому значению можно разделить на фотофизиологические (полезные) и фотодеструктивные (вредные) процессы.
Фотофизиологические процессы обеспечивают протекание связанных со световым воздействием физиологических функций организма. В свою очередь, фотофизиологические процессы можно разделить на процессы энергозапасания, фотобиосинтетические и регуляторные процессы. В энергозапасающих процессах поглощенная энергия света превращается в иные формы свободной энергии, например, в энергию химических связей при фотосинтезе. Фотобиосинтетические процессы заключаются в образовании под действием света ряда биологически важных соединений, например, синтез молекул РНК и ДНК. В регуляторных процессах энергия поглощенных квантов используется для регуляции физиологических функций организма. В процессах энергозапасания улавливается и подвергается превращениям большое количество световой энергии. В регуляторных и фотобиосинтетических процессах небольшое количество поглощенной энергии вызывает сложную физиологическую реакцию клетки, организма. Так, для возникновения ощущения света у человека, достаточно попадания в глаза нескольких десятков квантов энергии.
Необходимо отметить, что среди фотобиологических процессов, безусловно, ведущее положение занимает фотосинтез. Запасаемая при фотосинтезе энергия солнечных лучей является основным источником энергии для всех организмов. Процесс фотосинтеза определяет облик биосферы, газовый состав атмосферы, климат, эволюцию организмов.
Результатом фотодеструктивных процессов является повреждения биологических молекул, в первую очередь, нуклеиновых кислот, белков, липидов и других соединений, имеющих в своем составе хромофорные группы. Фотодеструктивные процессы являются патологическими, т.е. приводят к возникновению мутаций, нарушению структуры и физиологических функций клеток, организма, гибели клеток и организмов.
Протекание различных фотобиологических процессов в организмах имеет общие черты и условно этот процесс можно разделить на несколько стадий. Любой фотобиологический процесс начинается с поглощения квантов света определенными молекулами-хромофорами, что приводит их в возбужденное состояние. Далее следует внутримолекулярный размен энергии – миграция электронно-возбужденного состояния по молекуле и локализация его в определенном участке молекулы. Электронно-возбужденное состояние одной молекулы может транспортироваться и на другие молекулы. В этом случае имеет место межмолекулярный перенос энергии. Поглощение энергии и внутри и/или межмолекулярный транспорт возбужденного состояния составляют фотофизическую стадию фотобиологического процесса.
Фотофизическая стадия процесса сопровождается химическими реакциями, т.е. превращениями, приводящими к возникновению первичных фотопродуктов. Первичные фотопродукты представлены нестабильными веществами и претерпевают дальнейшие превращения до образования стабильных молекул. Химические превращения веществ, индуцированные фотофизическими процессами, составляют фотохимическую стадию фотобиологического процесса. Продукты реакций, происходящих в фотохимической стадии, принимают участие в последующих биохимических и физиологических явлениях, которые определяют конечную биологическую реакцию клетки (организма) на действие света.
Необходимо отметить, что фотобиологические процессы протекают лишь при действии квантов света с определенной энергией. Энергия квантов поглощенных квантов должна быть соизмерима с энергией атомных (молекулярных) связей в хромофорной группировке. Если поглощенная энергия значительно превышает энергию связей, произойдет ионизация атома, что может привести к распаду молекулы. Если энергия поглощенного кванта существенно ниже энергии связи, то электроны не возбуждаются и фотобиологический процесс не произойдет. В поглощении энергии света биологическими молекулами в видимой и УФ части спектра, большую роль играют π-электроны, которые участвуют в образовании сопряженных связей.
Таким образом, фотобиологические процессы происходят только при поглощении света определенной длины волны.
Дата добавления: 2015-12-08; просмотров: 89 | Нарушение авторских прав