Особенности действия УФ излучения на белки в работах Ю.А. Владимирова (стадии процесса)

Ультрафиолетовое (УФ) излучение Солнца действует на живые организма с момента зарождения жизни на Земле, оказывая благотворное или повреждающее действие. УФ-облучение кожи используется в физиотерапии, поскольку приводит к фотосинтезу витамина D и оказывает бактерицидное и стимулирующее действие. В больших дозах УФ-излучение вызывает покраснение кожи (эритему) и может вызвать ожоги и развитие раковых опухолей. В экспериментальных исследованиях УФ-облучение клеток и внутриклеточных структур применяют, чтобы вызвать мутации или окисление липидов мембран, избирательно разрушить определенные клеточные структуры.

Основной закон фотохимии и фотобиологии гласит, что действует только тот свет, который поглощается. В живых клетках, не содержащих хлорофилл, УФ-излучение поглощается в основном нуклеиновыми кислотами и белками, в меньшей степени коферментами, гормонами и пигментами. Поглощение света нуклеиновыми кислотами лежит в основе мутагенного и бактерицидного действия УФ-излучения. Вместе с тем слабо делящиеся клетки повреждаются УФ-излучением главным образом из-за денатурации белков и повреждения биологических мембран.

Инактивация ферментов под действием ультрафиолетового излучения не только очень важный, но и относительно простой фотобиологический процесс, гораздо более простой, чем фотосинтез или зрение. На его примере можно познакомиться с общими принципами и методами современной фотобиологии [1].

Электронно-возбужденные молекулы, обладая избытком энергии, охотно вступают в химическое взаимодействие с другими молекулами (фотохимические реакции), при этом вероятность вступить в реакцию с синглетного и триплетного уровней различна по двум причинам. С одной стороны, энергия молекулы в синглетном состоянии выше. Но, с другой стороны, в синглетном состоянии молекула живет 10- 8-10- 9 с, а в триплетном - 10- 5-10- 4 с (при комнатной температуре), то есть в тысячи раз дольше. Таким образом, в триплетном состоянии энергии меньше, но выше вероятность столкнуться с подходящей молекулой и вступить с ней в реакцию. В итоге в различных ситуациях преобладают реакции с участием либо синглетного, либо триплетного возбужденного состояния возбужденных молекул. Так, например, ароматические аминокислоты белков тирозин и триптофан под действием ультрафиолетового облучения отдают электрон молекулам окружающей их воды, который некоторое время может существовать в окружении диполей молекул H2O:

AH + hn 1AH JAH+ + (e-)s ,

где AH - молекула аминокислоты в основном состоянии, 1AH - молекула в синглетном возбужденном состоянии, JAH+ - катион-радикал, (e-)s - сольватированный (захваченный средой) электрон. Эта реакция идет через синглетное возбужденное состояние аминокислоты. По другому механизму идут, например, реакции с участием фотосенсибилизаторов, к которым относятся, в частности, производные гематопорфирина, используемые при так называемой фотодинамической терапии [1] раковых заболеваний:

A + hn 1A 3A; 3A + 3O2 A + 1O2 .

Молекула фотосенсибилизатора (A), поглотив фотон, переходит сначала в синглетное возбужденное (1A), а затем в триплетное состояние (3A). Последнее при взаимодействии с молекулой кислорода (3O2) переводит ее из обычного для кислорода триплетного состояния в возбужденное синглетное (1O2). Синглетный кислород (1O2) - чрезвычайно активное химическое соединение. Вступая в реакции с белками, липидами и нуклеиновыми кислотами, он разрушает клеточные структуры. По счастью, раковые клетки накапливают гораздо большие количества сенсибилизатора, чем окружающие нормальные клетки, и при освещении опухоли после приема пациентом сенсибилизатора разрушаются преимущественно эти клетки.

24. Фотоэлектроколориметр — это при­бор для опре­де­ле­ния концен­трации веще­ст­ва в рас­тво­ре по ве­ли­чине пог­лоще­ния мо­но­хро­ма­ти­че­ского све­та; в био­логии и ме­дицине ис­поль­зу­ет­ся, напр., для ка­че­ствен­ного и ко­ли­че­ствен­ного ана­ли­за био­логи­че­ски ак­тив­ных веществ и ле­кар­ствен­ных средств.

Фотометр (фотоколориметр) представляет собой оптический аналитический прибор для количественного определения химического состава различных образцов. Фотометр - прибор для измерения каких-либо из фотометрических величин, чаще других - одной или нескольких световых величин. При использовании фотометра осуществляют определённое пространственное ограничение потока излучения и регистрацию его приёмником излучения с заданной спектральной чувствительностью.
Фотометрический метод анализа широко применяется в промышленности, медицине, для контроля качества пищевых продуктов, питьевых и сточных вод, химических продуктов, металлов и сплавов, экологических объектов и т.д.

1 - смеситель;2 - фотоэлектроколориметр; 3 - самописец. принципиальная схема. все время совершенствуются, повышаются чувствительность методов... Автоматические анализаторы.

Вопрос 25

Закон Бугера-Ламберта-Бера — основной закон, описывающий поглощение света средой. Он связывает между собой интенсивности I_l света, прошедшего слой среды толщиной l, и исходного светового потока I₀.

где показатель поглощения вещества. Для растворов поглощающих веществ в непоглощающих растворителях показатель поглощения может быть записан как

где коэффициент, характеризующий взаимодействие молекулы поглощающего вещества со светом длины волны λ, C — концентрация растворённого вещества.

или

Отношение t = I_l / I₀ называется коэффициентом пропускания.

Оптическая плотность вещества равна

Вопрос 26

Концентрационная колориметрия – метод определения концентрации вещества в окрашенном растворе. Основывается на определении концентрации вещества из выражения С = (lg (I0 / Iℓ )/.ℓ при условии наличия табличных сведений о . для λ=const.

Закон Бугера – Ламберта – Бера лежит в основе концентрационной колориметрии: фотометрических методов определения концентрации вещества в окрашенных растворах. В концентрационной колориметрии используются методы, связанные с той или иной формой фотометрии, т.е. изменением интенсивности света. Для этой цели используют две группы приборов: объективные (фотоэлектроколориметры) и субъективные, или визуальные (фотометры).

Описание установки.

В основу устройства фотоэлектроколориметра положен принцип уравнивания двух световых потоков путем изменения одного из них с помощью диафрагмы с переменным отверстием.

Если диафрагмы одинаково освещены и в одинаковой мере раскрыты, то яркость обеих половин поля зрения будут одинаковы. Если же при равенстве яркостей на пути одного светового потока, например первого, поместить объект, частично поглощающий свет, то фотометрическое равенство нарушится, так как правая половина поля зрения станет менее яркой. Для того чтобы уровнять яркость полей, необходимо ослабить интенсивность пучка, уменьшив отверстие диафрагмы, через которую он проходит.

При измерении концентрации вещества в растворах на пути одного из пучков света ставится стеклянная кювета с исследуемым раствором. Для того чтобы учесть поглощение света растворителем, на пути второго пучка ставится такая же кювета с чистым растворителем. Количество жидкостей в обеих кюветах должно быть одинаковым.

Для проведения измерений в монохроматическом свете прибор снабжён одиннадцатью светофильтрами, расположенными в револьверном диске. При повороте диска номера светофильтров появляются в его окошечке. Восемь светофильтров делят видимую область спектра на примерно равные участки шириной в среднем 40 нм. Остальные обладают более широкой полосой пропускания и делят видимую область на три части: красную, зелёную и синюю. Светофильтры характеризуются эффективной длиной волны l_эф, соответствующей максимуму коэффициента пропускания для данного светофильтра. Эффективные длины волн светофильтров и их маркировка приведены в следующей таблице.

Вопрос 27 .

Спектрофотометрия (абсорбционная) — физико-химический метод исследования растворов и твёрдых веществ, основанный на изучении спектров поглощения в ультрафиолетовой (200—400 нм), видимой (400—760 нм) и инфракрасной (>760 нм) областях спектра. Основная зависимость, изучаемая в спектрофотометрии зависимость интенсивности поглощения падающего света от длины волны. Спектрофотометрия широко применяется при изучении строения и состава различных соединений (комплексов, красителей, аналитических реагентов и др.), для качественного и количественного определения веществ (определения следов элементов в металлах, сплавах, технических объектах). Приборы спектрофотометрии — спектрофотометры.

Спектрофотометры

Устройство спектрофотометров и их характеристики могут значительно отличаться в зависимости от производителя и задач, для решения которых рассчитан прибор. Однако основные элементы конструкции у всех приборов сходны. Это источник света, монохроматор, кюветное отделение с образцом и регистрирующего детектора. В качестве источника света чаще всего используются ртутные или галогеновые лампы. Монохроматор — устройство для выделения из всего излучаемого спектра какой-то узкой его части (1-2 нм). Монохроматоры могут быть построены на основе разделяющих свет призм либо на основе дифракционной решетки. Также в некоторых приборах могут дополнительно применяться наборы светофильтров. Кюветное отделение может быть оборудовано механизмами для термостатирования, перемешивания, добавления вешеств непоспедственно в ходе процесса измерения. Для исследований малых объемов веществ может использоваться безкюветная технология, когда образец удерживается за счет сил поверхностного натяжения жидкости.