Биофизика - Владимиров Ю.А.
Скачать (прямая ссылка):
Видимая область (400-750 нм): зрение, фотопериодизм.
Ультрафиолетовая область (200-400 нм): ее в свою очередь разбивают на три
участка.
УФ-А (315-400 нм): загар, синтез витамина D из провитаминов,
фотоаллергические и сенсибилизированные фо-тотоксические эффекты.
УФ-В (280-315 нм): эритема, эдема, загар, ожог глаз,-канцерогенез, синтез
витамина D.
t50r 1отн.ед.
Ультрафиолетовое Видимый свет излучение
излучение
Рис. 13. Спектральное распределение излучения.
1 - солица, достигающего поверхности земли (коротковолновая граница 285
нм); 2- эритемной люминесцентной лампы типа ЭУВ;
3 - загариой люминесцентной лампы типа ЗУВ; линейчатый спектр
газоразрядной ртутно-кварцевой лампы ПРК-2. -
УФ-С (200-280 нм): эритема, загар, канцерогенез, мутации, бактерицидный
эффект.
Один из важнейших методических приемов при изучении первичных стадий
фотобиологических процессов - измерение спектров фотобиологического
действия.
2.7. СПЕКТРЫ 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 фотобиологический 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 (а). Чтобы понять, как можно найти эту величину,
рассмотрим кинетику наиболее простого фотохимического процесса -УФ-
инактивации фермента.
52
Пусть в кювете находится разбавленный раствор фермента в концентрации п
молекул • см-3; / -толщина
кюветы, см; s [см2] - поперечное сечение поглощения фермента (см.
уравнение 2.2); /0и / (кванты • см-1 • с-1) - интенсивности падающего и
прошедшего через раствор света. Каждую секунду раствор будет поглощать
(/0-/) квантов ¦ см'2, при этом в слое раствора толщиной I см и площадью
1 см2 разрушается - I • dn/dt = = ф* • U о-П молекул, где фж-квантовый
выход фотохимической реакции. Между /0, /, s и / существует соотношение,
аналогичное закону Бугера -Ламберта - Бера (2.1):
Из последних двух уравнений находим
(2.16)
at
В разбавленных растворах, где s • п ¦ I < 0,1 выражение в скобках
приблизительно равно s • п • I (погрешность С5%). Тогда можно написать,
что
- ~ = <рх • /0 • s • п . (2.17)
at
Интегрирование выражения 2.17 дает:
In = /0 • t • s • <рх = Д ¦ о, (2.18)
"t
где /"• t = Д - доза облучения, а произведение s • q>x = = о - поперечное
сечение инактивации фермента.
Для определения а строят график зависимости In tijtif = /(Д) (рис. 14),
величина а определяет наклон прямой. Поскольку при пь/п1 - е, In п0/nt =
1, можно найти а непосредственно из дозовой кривой инактивации: а =
1/Дз7%. где Д37% -доза облучения, при которой осталось неразрушенными 37%
молекул (см. рис. 14).
В фотохимии спектром действия называется зависимость о от длины волны
действующего света (рис. 15, кривая I).
Важный закон фотохимии, который был экспериментально подтвержден в
работах. О. Варбурга и сотрудников, изучавших действие света на белковые
системы, заклю-
53
Рис. 14. Дозовая зависимость инактивации фермента.
А0, At - активности фермента до и после облучения дозой J\t
(соответственно).
Рис. 15. Спектры действия фотобиологических процессов.
I - спектр действия инактивации и 2 - спектр поглощения трипсина (о -
поперечное сечение инактивации, D - оптическая плотность). 3 - спектр
действия УФ-эритемы человека. 4 - спектр действия фотопериоднческой
стимуляции полового созревания утят (SW/SE - отношение размеров
семенников в конце и начале опыта), 5-спектр пропускания (1/10) тканей
головы утят со стороны глазных орбиталей до гипоталамуса.
чается в том, что квантовый выход фотохимических реакций в растворах не
зависит от длины волны действующего света. Физический смысл этого закона
аналогичен закону Вавилова в люминесценции (см. с. 37): в фотохимическую
54
реакцию вступают молекулы, находящиеся на самом нижнем уровне
возбужденного состояния. Следствие этого закона состоит в том, что
поскольку о = s • срх спектр действия о(К) по форме соответствует для
индивидуального вещества спектру его поглощения s(K). Измерив по дозовым
кривым спектр действия в сложной биологической системе, мы можем
определить спектр поглощения фотолизируемого вещества, не проводя никаких
спектрофотометрических измерений. Именно это и обусловливает интерес к
регистрации спектров действия в фотобиологии: мы узнаем, фотолиз какого
компонента сложной системы ответственен за конечный фотобиологический
эффект.
Сравнительно простой случай -определение спектров действия
фотоинактивации белков. На рис. 15 (кривая 1) представлен спектр действия
фотоинактивации трипсина. В трипсине есть три главных хромофора: остатки
триптофана, тирозина и цистина, которые и обусловливают спектр его
