1.2. Фотопроцессы в биомакромолекулах, индуцированные источниками оптического излучения
До сих пор окончательно не выяснен механизм фотопроцессов, принимающих участие в регуляции функциональной активности биологических структур живого организма; но, тем не менее, значение этих процессов очень велико. Полностью подтвердился принцип единства молекулярных механизмов начальных стадий фотопроцессов, которые основаны на электронно-конформационных взаимодействиях в фотоактивном хромофорном комплексе (30, 58, 141, 107).
Для реализации эффектов, индуцированных источником излучения, необходимо наличие фотосенсибилизаторов. Фотосенсибилизаторы - это молекулы, которые поглощают свет и индуцируют реакции, которые в их отсутствие не происходят. Известно, что после поглощения света они переходят в возбужденное состояние, что и обеспечивает дальнейшую реализацию фотоэффектов (6, 39, 141).
К фотодинамическим перестройкам склонны гистидин, тирозин, триптофан, метионин, цистеин. Пептидные связи при этом не разрушаются. В белках при фотоиндуцированных реакциях, благодаря ароматическим аминокислотам происходит наложение на основное электронное возбуждение еще и возбуждения колебаний и вращений (39, 41, 57, 58).
Известно, что все фотопроцессы объединяет общий принцип функциональной организации. Любой фотобиологический процесс можно представить в виде ряда последовательных стадий: поглощение света в биоструктурах - миграция энергии - возбуждение фотоактивного хромофорного комплекса - первичный фотофизический акт трансформации электронной энергии - образование первичных фотохимических продуктов - развитие вызванных ими фотобиологических эффектов (6, 5, 41, 88).
Молекулярные механизмы начальных этапов всех фотобиологических процессов тоже основаны на общих принципах. За счет энергии электронного возбуждения молекула фотоактивного хромофора изменяет состояние своего ближайшего микроокружения в биоструктурах, и это дает начало дальнейшим структурно-функциональным перестройкам, индуцирующим биохимические процессы, которые приводят в итоге к конечному биологическому эффекту (120, 139, 141, 180).
Фотохимические реакции вызываются поглощением света, при котором прежде всего изменяется распределение и энергетика электронов в молекуле. При поглощении света с длиной волны l, соответствующей энергии Е, молекула переходит из основного состояния в состояние, обладающее большей энергией (5, 6, 10, 45, 88).
Итак, электронно-возбужденные состояния молекул качественно и количественно отличаются от основного по энергии, распределению электронов, и структуре связей (по длинам связей, углам между связями). Несмотря на высокие энергии возбужденных состояний молекул, их фотохимические реакции обычно протекают с высокой избирательностью (57, 58, 120, 141). Главной причиной этого является избирательность возбуждения реагентов и связей в них. Энергия возбуждения квантована и передается определенной электронной системе определенной молекулы (имеющей соответствующую полосу поглощения), тогда как второй реагент и его связи не возбуждаются, если только второй реагент не поглощает в данной области. Для фотофизических процессов характерно, что возникающие возбужденные состояния обладают малым временем жизни и быстро снова переходят в основное состояние. (6, 39, 57, 88).
Специфика биологического действия света определяется конкретными местами локализации фотоактивных молекул, начальными фотопревращениями в биоструктурах и характером взаимодействия первичных продуктов с ближайшим окружением (39, 141, 151). Все известные в настоящее время фотобиологические процессы можно разделить на три основные группы. Первую группу составляют фотоэнергетические процессы, в ходе которых происходит непосредственное запасание энергии света в конечных продуктах. Эти процессы протекают в специализированных высокоорганизованных структурах, возникших в результате длительного эволюционного развития, и могут рассматриваться как полезные фотобиологические процессы, имеющие фундаментальное энергетическое значение для поддержания жизни на Земле (12, 23, 30, 58, 120). Примером таких структур является хлорофилл растений.
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.