Биофизика - Владимиров Ю.А.
Скачать (прямая ссылка):
57
зить и охладить до температуры жидкого азота щелочной раствор триптофана
или тирозина, то при УФ-облучении образец приобретает сине-фиолетовую
окраску: возникает максимум поглощения около 600 нм. За это поглощение
ответственен сольватированный электрон е~, т. е. электрон, выбитый из
молекул аминокислот в результате реакции фотоионизации и захваченный в
матрице растворителя. Его можно обнаружить не только по поглощению, но и
методом ЭПР, так как сольватированный электрон обладает
нескомпенсированным спином. Параллельно накоплению е~ происходит фотолиз
триптофана и тирозина, разобранный в разделе 2.4 и на рис. 15 и 16.
Измеряя спектры флюоресценции, возбуждения флюоресценции и ЭПР таких
замороженных и облученных образцов, удалось выяснить химическое строение
нейтральных радикалов ароматических аминокислот (А) (Ю А. Владимиров и Д.
И. Рощупкин):
Радикал триптофана Радикал тирозина
Радикал фенилаланина
Метод импульсного фотолиза основан на освещении образца очень яркой
вспышкой, при которой в возбужденное состояние переходит одновременно
значительная доля молекул исследуемого вещества. Как следствие этого
сразу -после вспышки лабильные фотопродукты образуются в достаточно
высоких концентрациях, позволяющих проводить их спектральное определение,
но уже через несколько сотен микросекунд они вновь исчезают.
Метод импульсного фотолиза позволяет обнаружить такие фотопродукты, как
молекулы в триплетном возбужденном состоянии и свободные радикалы
биомолекул.
58
Анализ с помощью ингибиторов. Ионол, витамин Е и другие соединения,
имеющие низкий потенциал ионизации, легко отдают электрон свободным
радикалам, тем самым ингибируя свободнорадикальные реакции.
Цистеин, цистин, KNOe, N0 имеют высокое сродство к электрону и поэтому
эффективно ингибируют реакции с участием сольватированных электронов,
захватывая последние.
Парамагнитные ионы (Mn2+, Ni2+, Со2+, Fe2+ и др.) тушат триплетные
возбужденные состояния, тогда как непарамагнитные (Са2+, Zn2+ и др.) этим
свойством не обладают.
Если в ходе фотохимической реакции образуется синг-летный возбужденный
кислород Ю2 (см. ниже), то реакции с участием Ю2 лучше всего ингибировать
добавлением Р-каротина.
Таким образом, изучив влияние на данный фотобиологический процесс
различных ингибиторов, можно выяснить природу существенных для его
инициирования лабильных фотопродуктов.
2.9. ПЕРВИЧНЫЕ ФОТОХИМИЧЕСКИЕ РЕАКЦИИ БЕЛКОВ,
ЛИПИДОВ И НУКЛЕИНОВЫХ КИСЛОТ
Белки, нуклеиновые кислоты и липиды являются основными компонентами всех
живых существ, поэтому их фотохимические превращения изучались очень
интенсивно.
Фотохимические превращения белков рассматривались в разделах 2.2, на рис.
15. Здесь приведем итоговую схему фотореакций, приводящих к инактивации
ферментов (рис. 16).
Процессы свободнорадикального окисления липидов рассматривались в разделе
2.4. Эти процессы могут инициироваться под действием УФВ-излучения
солнечного спектра, поэтому представляют значительный интерес для
медицины. Процесс фотоокисления липидов играет важную роль в. развитии
УФВ-эритемы. Этот вывод основан на двух фактах. Во-первых, нанесение на
кожу антиоксидантов (витамина Е или ионола) уменьшает степень покраснения
и увеличивает МЭД. Во-вторых, нанесение на кожу ненасыщенных липидов
резко повышает эритемную чувствительность кожи (Д. И. Рощупкин и соавт.).
Под действием УФ-света происходит несколько фотохимических реакций
повреждения нуклеиновых кислот.
59
Рис. 16. Фотопревращения аминокислотных остатков белков при УФ-облучении.
I-III - пути фотосенснбнлизироваииого триптофаном разрушения остатков
серусодержащих аминокислот; остальные обозначения в тексте.
Важнейшими из них являются фотодимеризация и фотогидратация пиримидиновых
оснований, а также образование ковалентных сшивок с белками (рис. 17).
Эти повреждения являются причиной летальных и мутагенных эффектов УФ-
излучения в клетках кожи, у микроорганизмов и растений.
2.10. ФОТОСЕНСИБИЛИЗИРОВАННЫЕ ФОТОБИОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ
В медицине большое значение имеют фотобиологические процессы, возникающие
в результате поглощения
60
Тимин,
цитозин или урацил
Димеры: Т-Т, Т-Ц, Ц-Ц
ЛЯ"зСНчз!
hn'3 45C
I * II
Л,6(tm)
° NH
Тимин* О
^ Ь -б'чп
I ЛМН О
NH
ТимиН
О
o'-VcSh
Д! сн3Янз"
HN^ -^
I
/Амн "н н \,н~'чо
I
с
Цинлобутановый димер Т-Т
II
•з 4 ,
NH
* II С ;HS HNз 4бСН 1 *.11 Л
н .0 2 efiH
/ '*Н * 4n6
он Урацил*
'н 0 1 II 1
б-окси-5-
гидроурацил
I
NH,
Цистеин
^C^^S-CHjpCH-COOH
NH.
ГН
С С'н б' NH "Н
5_Б-Цистеин-6-гидроурацил
I II III
Рис. 17. Фотохимическое повреждение нуклеиновых кислот. Звездочками
обозначена электронно-возбужденная молекула; 1 - фотодиме-ризация; II -
фотогидратация; III-сшивкн С белками.
света экзогенными веществами или эндогенными соединениями, концентрация
которых резко возрастает при некоторых патологиях (протопорфирии,
билирубинемии и др.). Вещества, повышающие чувствительность организма к
ультрафиолетовому или видимому свету, в фотобиологии называются
