Биофизика - Владимиров Ю.А.
Скачать (прямая ссылка):
поглощения. Как видно из спектра действия, для инактивации белка
существенен фотолиз всех трех перечисленных аминокислот, так как спектр
действия близок суммарному спектру поглощения этих аминокислот (рис. 15,
кривая 2).
Точно так же было установлено, что кривая гибели бактерий под действием
ультрафиолета имеет максимум в области 265 нм и что форма этой кривой
очень напоминает спектр поглощения нуклеиновых кислот. Поэтому был сделан
вывод, что гибель бактерий под действием УФ-из-лучения связана с
повреждением нуклеиновых кислот. Аналогичное наблюдение было сделано при
изучении мутагенного действия ультрафиолета.
В случае сложных фотобиологических процессов, когда конечному эффекту
предшествуют частично обратимые фотохимические процессы и темновые
стадии, уравнение кинетики 2.18 может не соблюдаться, и неясно, как
определить о для построения спектра действия. Обычно в этом случае по
ординате откладывают величину "эффективности света" Э, обратную дозе Дс,
вызывающей какой-то определенный фотобиологический эффект, одинаковый для
всех длин волн: 3 = 1 /Дс- 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 (рис. 15, кривая 3). Подобная же величина
откладывается на спектрах действия загара человека,
55
фототропизма и фототаксиса растений, чувствительности глаза и т. д.
При изучении спектров действия в сложных биологических системах может
искажаться описанная выше сравнительно простая картина за счет эффектов
экранировки. Суть экранирующего эффекта 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 / 0, интенсивность которого мы знаем.
Примером могут служить фотобиологические процессы, протекающие в коже
человека и животных. До хромофоров в клетках доходит свет, ослабленный
поверхностными слоями кожи (например, роговым слоем), т. е. имеет место
оптическое экранирование, которое будет искажать регистрируемый спектр
действия эритемы.
На рис. 15 (кривая 4) изображен спектр действия фото-периодической
стимуляции полового созревания утят. Здесь экранировка проявляется
особенно сильно, так как фоторецептором является гипоталамус и свет
должен дойти до него через ткани головы. Знание спектра действия в данном
фотобиологическом процессе позволяет дать практические рекомендации по
режиму освещения.
Когда природа акцептора квантов в исследуемом фотобиологическом процессе
установлена, становится возможным выяснить, какие именно фотохимические
реакции происходят в этом рецепторе.
2.8. ИЗУЧЕНИЕ ПРОДУКТОВ ПЕРВИЧНЫХ
ФОТОБИОХИМИЧЕСКИХ РЕАКЦИИ
Первичные продукты фотохимических реакций -молекулы в электронно-
возбужденном состоянии и свободные радикалы - крайне неустойчивы и быстро
переходят либо в исходные вещества, либо в более устойчивые фотопродукты
(новые молекулы). Упрощенно это можно представить в виде превращения
вещества А в В по схеме:
ft. k,
А & А' -*> В, (2.19)
k,
где А' -первичный фотопродукт, a ku k2 и ka-константы скоростей
соответствующих мономолекулярных реакций. Накопление "продукта А'во
времени описывается
66
обычным для таких систем кинетическим дифференциальным уравнением:
= кг ¦ [Д] - (ft, + к3) ¦ [А'\. (2.20)
at
В стационарных условиях d[A'\/dt - 0,
откуда
^ 1 - =---. (2.21)
[Д] + k3
Скорость образования А' может быть представлена в следующем виде (сравни
2.17 и 2.18):
= ki • И1 = 4>х • V s • И1 = /0 • о, (2.22)
\ /обр
откуда
[Д'1/[Д] = /0-о/(*8 +*з). (2.23)
Очевидно, что увеличить относительную концентрацию неустойчивого
фотопродукта А' можно двумя способами: либо надо увеличить
интенсивность действующего света
10, либо замедлить скорость темповых процессов (сни-
зить &2 и кз). Оба эти приема широко используются в фотохимии и
фотобиологии для изучения спектральных свойств и времени жизни первичных
фотопродуктов. Первый способ реализуется путем использования мощного
импульсного освещения образцов (метод импульсного фотолиза), второй -
путем глубокого замораживания образцов жидким азотом, в результате
которого практически прекращаются или по крайней мере резко замедляются
все темповые реакции, тогда как фотохимическое образование первичных
продуктов продолжается с прежней скоростью, как и при плюсовых
температурах.
Метод фотолиза при низких температурах использовался, например, при
изучении первичных фотохимических процессов в белках. Измерение спектров
действия показало, что фотоинактивация белков-ферментов связана с
фотолизом аминокислот триптофана, тирозина и цистина (в некоторых случаях
также фенилаланина и цис-теина). Последующее использование
низкотемпературной техники и импульсного фотолиза позволило изучить
механизм первичных фотохимических реакций в ароматических и
серусодержащих аминокислотах. Если заморо-
