– наука, изучающая механизм действия света на биосистемы - видимого
(380-760 нм), ультрафиолетового (120-380 нм) и ближнего инфракрасного (760-900 нм) света.Биологическим эффектом обладает только поглощенный свет
Разделы презентаций
- Разное
- Английский язык
- Астрономия
- Алгебра
- Биология
- География
- Геометрия
- Детские презентации
- Информатика
- История
- Литература
- Математика
- Медицина
- Менеджмент
- Музыка
- МХК
- Немецкий язык
- ОБЖ
- Обществознание
- Окружающий мир
- Педагогика
- Русский язык
- Технология
- Физика
- Философия
- Химия
- Шаблоны, картинки для презентаций
- Экология
- Экономика
- Юриспруденция
Фотобиология
Содержание
- 1. Фотобиология
- 2. ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологииФотобиология
- 3. ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии
- 4. Шкала электромагнитных колебанийФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологииОптическая область спектра
- 5. Закон Бугера-Ламберта-БераФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии
- 6. ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии
- 7. ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологииОсновные
- 8. ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии
- 9. ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии
- 10. ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии
- 11. ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологииПоглощение
- 12. ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологииВзаимодействие
- 13. ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии
- 14. ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологииЭлектронные
- 15. ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологииПреобразование энергии возбужденных электронных состояний
- 16. ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологииТрансформация энергии электронного возбуждения (внутренняя конверсия)
- 17. ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии1.
- 18. ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологииИндуктивно-резонансная
- 19. ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологииУсловия
- 20. ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии
- 21. Обменно-резонансная миграция энергия (ОРМЭ), Т-Т миграция
- 22. ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологииПри
- 23. ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии
- 24. ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии2. Основные типы фотохимических реакций1.Фотораспад2.Фотоперегруппировка Фотоизомеризация Фототаутомеризация
- 25. ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии3.
- 26. 3. Люминесценция – свечение ионов,
- 27. Классификация видов фотолюминесценцииПо длительности свечения2. По способу возбуждения
- 28. Классификация фотолюминесценции по длительности свечения
- 29. Диаграмма ЯблонскогоФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии
- 30. ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии
- 31. Спектр фосфоресценции лежит в области более длинных волн, чем спектр флуоресценции
- 32. Классификация люминесценции по способу возбужденияФотолюминесценцияТермолюминесценцияЭлектролюминесценцияСонолюминесценцияТриболюминесценцияХемилюминесценцияБиолюминесценцияФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии
- 33. ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологииЗаконы
- 34. 2.Правило Каши – спектр флуоресценции (и фосфоресценции)
- 35. ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии3.Закон
- 36. 4.Закон зеркальной симметрии (правило Левшина)
- 37. Cпектрофлуориметр фирмы Horiba Fluoromax - 4
- 38. Хемилюминесценция (ХЛ) – это свечение, сопровождающее биохимические
- 39. ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии
- 40. Виды хемилюминесценции (ХЛ) в живых системахМитогенетическое излучениеСверхслабое
- 41. Эмпирические правила ХЛ1.Спектр хемилюминесценции подобен спектру фосфоресценции,
- 42. ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии
- 43. ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологииПри
- 44. ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии2. Собственная ХЛ. Измерение собственного свечения органов животного
- 45. ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии1)
- 46. ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологииРеакции, сопровождающиеся сверхслабым свечением
- 47. ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии
- 48. ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологииТипы
- 49. ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологииЛюциферины живых организмовЛюциферин светляковлюциферин дождевых червейцелентеразинваргулинлюциферин улиткилюциферин грибов
- 50. ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии3.1. Адениннуклеотидный тип БЛ - биолюминесценция жуков-светляков
- 51. ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологииКаракатицаКаракатицаНочесветкаУдильщик3.2.
- 52. ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологииСибирский биолюминесцентный червь Fridericia heliota и структура люциферина F. heliota.
- 53. ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии3.3.
- 54. ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии
- 55. ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии
- 56. Экворин – апопротеин + целентеразин (189 АК,
- 57. ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологииШимомура
- 58. ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии
- 59. ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологииОсама
- 60. ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологииСтруктура
- 61. ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии
- 62. ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологииСкульптурная композиция, посвящённая GFP (Вашингтон, США).
- 63. GFP – флуоресцентная метка для изучения экспрессии клеточных белковФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии
- 64. ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологииРазноцветные GFP-подобные белки коралловых полипов
- 65. ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологииВизуализация различных компонент живых клеток с помощью флуоресцентных белков.
- 66. ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологииКлеточный
- 67. ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии
- 68. ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологииПоросенок
- 69. ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологииФлуоресцентное
- 70. ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологииПространственные
- 71. ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии
- 72. ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологииНаправленный
- 73. ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии
- 74. Биолюминесцентный имиджинг (БИ)БИ основан на реакции окисления
- 75. 4. Активированная ХЛ Химические активаторы
- 76. ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологииБиофизика
- 77. ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологииМеханизм зрительного восприятия. Строение глаза.
- 78. ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологииСтроение сетчатки и зрительной клетки-фоторецептора - палочки
- 79. ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологииМеханизм зрительного восприятия. Строение палочки.
- 80. ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологииМеханизм зрительного восприятия. Строение глаза и сетчатки .
- 81. ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии
- 82. ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологииПространственная структура зрительного родопсина
- 83. ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологииЛауреаты
- 84. ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологииМеханизм
- 85. ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологииЦикл фотопревращений родопсина.
- 86. ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии
- 87. ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии
- 88. ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологииСхема активации зрительного каскада
- 89. ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии
- 90. ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии
- 91. ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии
- 92. ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии
- 93. ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии
- 94. ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологииПурпурная
- 95. ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологииПруды на юге Мертвого моря с галобактериями
- 96. ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологииБактериородопсин
- 97. ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологииСтруктура бактериородопсина и путь протона
- 98. ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологииМеханизм
- 99. ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии
- 100. ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологииТехнические
- 101. Идеализированный спектр поглощенияФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии
- 102. ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологииМеханизм зрительного восприятия. Строение глаза.
- 103. Характеристики люминесцирующих молекулСпектр возбуждения люминесценции - зависимость
- 104. Скачать презентанцию
ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологииФотобиология (ФБ, квантовая биофизика) – наука, изучающая механизм действия света на биосистемы - видимого (380-760 нм), ультрафиолетового (120-380 нм) и ближнего инфракрасного (760-900 нм) света.Биологическим
Слайды и текст этой презентации
Слайд 2ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии
Фотобиология (ФБ, квантовая биофизика)
Биологическим эффектом обладает только поглощенный свет
Слайд 4Шкала электромагнитных колебаний
ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии
Оптическая область
спектра
Слайд 7ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии
Основные стадии фотобиологического процесса
1.Фотофизическая
(поглощение кванта света, размен и миграция энергии)
2.Первичная фотохимическая (образование первичного
фотопродукта)3.Вторичная фотохимическая (образование стабильного продукта)
4.Темновые реакции (цепь биохимических реакций или перестройки клеточных структур)
5.Биологический эффект (физиологический ответ на действие света)
Слайд 11ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии
Поглощение и испускание света
иллюстрирует диаграмма уровней энергии, предложенная Яблонским
Слайд 12ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии
Взаимодействие молекул с фотонами
Возбуждение
молекулы →переход электрона из основного состояния в возбужденное (с большей
энергией) →переход в основное состояние + hν. Энергия молекуля складывается из 3 частей:Различают два главных состояния электронных оболочек:
1) синглетное основное и возбужденное состояние (все спины электронов антипараллельны, неспаренные электроны отсутствуют)
2) триплетное основное и возбужденное состояние (спины электронов параллельны, имеются неспаренные электроны).
Основное состояние для большинства веществ - синглетное, за исключением кислорода, для которого основное состояние – триплетное.
Емол = Ее + Екол + Евр
Ее >> Екол >> Евр
Слайд 14ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии
Электронные переходы являются настолько
быстрыми (10-14 – 10-15 с) по сравнению с движением ядер
в молекуле (10-12 – 10-13 с), что за время электронного перехода относительное расположение ядер и их кинетическая энергия не изменяются.Принцип Франка - Кондона.
Слайд 15ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии
Преобразование энергии возбужденных
электронных
состояний
Слайд 16ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии
Трансформация энергии электронного возбуждения
(внутренняя конверсия)
Слайд 17ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии
1. Миграция энергии
-
это безызлучательный обмен энергией между возбужденной молекулой донора (D) и
молекулой акцептора (А) в основном состоянии:D* + A → D + A*
Известно 3 механизма миграции энергии:
1. Индуктивно-резонансный
2. Обменно-резонансный
3. Экситонный
Слайд 18ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии
Индуктивно-резонансная миграция энергии
Индуктивно-резонансная миграция
энергии (ИРМЭ) осуществляется при слабых энергиях взаимодействия между молекулами.
Слайд 19ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии
Условия ИРМЭ:
1. Донор (D)
должен быть способен к люминесценции.
2. Расстояние между донором (D) и
акцептором (A) 2 - 10 нм.3. Спектр флуоресценции донора (D) должен перекрываться со спектром поглощения акцептора (A). Эффективность миграции прямо пропорциональна площади перекрытия.
Особенности ИРМЭ:
1. Перенос энергии происходит с очень большой скоростью:
V = 10-6 - 10-11 с
2. Перенос энергии происходит на расстояния > 10 нм.
3. ИРМЭ проходит не только между S-уровнями D и A, но и путем "запрещенных" переходов: Т → S, S → T.
Слайд 21Обменно-резонансная миграция энергия (ОРМЭ),
Т-Т миграция
Открыта А.Терениным и В.Ермолаевым
в 1952 г.
2. Миграция происходит по триплетным уровням донора и
акцептора.3. Происходит за счет перекрывания триплетных е-орбиталей и электростатического взаимодействия электронов донора и акцептора, идет обмен электронами.
4. Расстояние между донором и акцептором < 2 нм.
ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии
Слайд 22ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии
При экситонном переносе энергии
возбуждение «бежит» по верхним колебательным уровням взаимодействующих молекул, не успевая
локализоваться на каждой из них в отдельности.Экситон – область возбуждения, охватывающая одновременно большое количество молекул.
Время миграции τ м << 10-12 с.
Экситонный механизм передачи энергии.
Слайд 24ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии
2. Основные типы фотохимических
реакций
1.Фотораспад
2.Фотоперегруппировка
Фотоизомеризация
Фототаутомеризация
Слайд 25ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии
3. Фотоприсоединение
Фотодимеризация
А* + А = (А*….А) = А2
Фотогидратация А* + Н2О = НАОН
4. Фотоперенос электронов
Фотоокисление А* + В = А+ + Х-
Фотовосстановление А* + С = А- + С+
5. Фотоперенос протона
фотоприсоединение Н+ А + ВН =АН+ + В-
фотоотдача Н+ АН+ + В = А- + Н+В
6. Фотогидролиз
А-В → А-В* + Н2О → АН + ВОН
Слайд 26 3. Люминесценция – свечение ионов, молекул в результате
электронного перехода из возбужденного состояния в основное. При этом молекула
преобразует поглощенную энергию в собственное излучение.Люминесценцию называют холодным свечением
Люминесцирующие вещества могут находиться в любом агрегатном состоянии
Длительность люминесценции от 10-10 с до нескольких часов
Слайд 28Классификация фотолюминесценции по длительности свечения
1.Флуоресценция (~10-8 c)
– фотолюминесценция, при которой молекула переходит из короткоживущего возбужденного состояния
S* в основное S0. Наблюдается сразу же после поглощения квантов света и быстро затухает в результате столкновений излучающей молекулы с другими молекулами в растворе.2.Фосфоресценция (10-3 с - секунды) – фотолюминесценция, при которой молекула переходит из относительно долгоживущего возбужденного состояния S* в основное S0 → S* → Т* → S0, называется послесвечением. Для фосфоресценции характерны большая длина волны излучения, меньшая интенсивность.
Слайд 32Классификация люминесценции по способу возбуждения
Фотолюминесценция
Термолюминесценция
Электролюминесценция
Сонолюминесценция
Триболюминесценция
Хемилюминесценция
Биолюминесценция
ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и
микробиологии
Слайд 33ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии
Законы люминесценции
1.Закон Стокса -
спектр флуоресценции лежит в более длинноволновой области по сравнению со
спектром поглощения, т.к. энергия испускаемого кванта ниже, чем энергия поглощенного кванта.
Слайд 342.Правило Каши – спектр флуоресценции (и фосфоресценции) не зависит от
длины волны возбуждающего света, т.к. излучательный переход может происходить только
с самого нижнего возбужденного колебательного уровня.
Слайд 35ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии
3.Закон Вавилова – квантовый
выход флуоресценции (Q) не зависит от длины волны возбуждающего света,
т.к. излучательный переход может происходить только с самого нижнего возбужденного колебательного уровня.Квантовый выход Q. - отношение числа излучаемых квантов к числу поглощенных квантов светового потока.
Q (φ) = N/ No
N – количество излучаемых квантов
No – количество поглощенных квантов
Слайд 36 4.Закон зеркальной симметрии (правило Левшина) – спектр испускания
флуоресценции представляет собой зеркальное отражение спектра поглощения, поскольку структура колебательных
подуровней одинакова в основном и возбужденном состоянии.
Слайд 38Хемилюминесценция (ХЛ) – это свечение, сопровождающее биохимические реакции
Процесс хемилюминесценции включает
2 стадии:
Образование продукта в возбужденном состоянии (хемилюминесцентная реакция)
А + В → Р*2. Испускание кванта света (люминесценция)
Р* → Р + фотон
ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии
Слайд 40Виды хемилюминесценции (ХЛ) в живых системах
Митогенетическое излучение
Сверхслабое свечение (собственная хемилюминесценция
СХЛ) клеток и тканей
Биолюминесценция (БЛ)
Активированная хемилюминесценция (АХЛ)
ФГОУ ВПО ЮФУ каф.
биохимии и микробиологии
Слайд 41Эмпирические правила ХЛ
1.Спектр хемилюминесценции подобен спектру фосфоресценции, а не спектру
флуоресценции.
2. Абсолютная величина квантового выхода в хемилюминесцентных реакциях имеет
невысокие значения.3. Энергия испускаемого фотона равна сумме энтальпии реакции и энергии активации люминесценции (правило Одюбера).
hν = Eа + ∆H
ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии
Слайд 42ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии
1.Митогенетическое излучение
В 1923 году А.Гурвич
обнаружил митогенетическое излучение делящихся клеток и определил его диапазон -
область ультра-фиолетового излучения(λ = 180-300 нм). Создал концепцию морфогенетического поля организма, которое создает и поддерживает в живых системах специфическую молекулярную упорядоченность.
Слайд 43ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии
При помощи биологических объектов
возможно производить индукцию митозов на расстоянии, т. е. можно увеличивать
количество митозов в биологическом объекте без непосредственного соприкосновения.
Слайд 44ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии
2. Собственная ХЛ. Измерение
собственного свечения органов животного
Слайд 45ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии
1) реакциями активированных кислородных
метаболитов (АКМ) 2) реакциями перекисного окисления липидов 3) реакции с участием оксида
азотаСобственная ХЛ или сверхслабое свечение обусловлено реакциями 3 типов
Слайд 47ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии
3.Биолюминесценция (БХЛ)— способность живых
организмов светиться, которая достигается самостоятельно или с помощью симбионтов.
Это
видимое глазом свечение, связанное со специфическими ферментативными реакциями, при которых освобождающаяся энергия выделяется в виде света. Специфический фермент - люцифераза, а его субстрат – люциферин.БХЛ была открыта в 1887 г. Р. Дюбуа, который показал, что за БХЛ отвечают 2 фракции: 1)низкомолекулярная, устойчивая к нагреванию - люциферин; 2) белковая, инактивирующаяся при нагревании, - люцифераза.
Люциферины окисляются в присутствии люциферазы с образованием оксилюциферина и фотона.
Слайд 48ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии
Типы биолюминесценции (БЛ):
3.1.Адениннуклеотидная
ЛН2 +
АТФ + О2 → оксиЛ* +АМФ + СО2 + Н2О
+ hν↑ (λ=560 нм) 3.2.Пиридиннуклеотидная RCHO + O2 + НАДН2 + ФМН2 → RCOOH + Н2О + НАДН+ + ФМН + hν↑ (λ=490 нм) 3.3.Фотопротеины Целентеразин + Ca2+ = Целентерамид* + CO2 = Целентеразин + hν (469 нм)
Слайд 49ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии
Люциферины живых организмов
Люциферин светляков
люциферин
дождевых червей
целентеразин
варгулин
люциферин улитки
люциферин грибов
Слайд 50ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии
3.1. Адениннуклеотидный тип БЛ
- биолюминесценция жуков-светляков
Слайд 51ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии
Каракатица
Каракатица
Ночесветка
Удильщик
3.2. Пиридиннуклеотидный тип БЛ
- организмы, которые светятся с помощью бактерий
Слайд 52ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии
Сибирский биолюминесцентный червь Fridericia heliota
и структура люциферина F. heliota.
Слайд 53ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии
3.3. Фотопротеины - белки,
способные к люминесценции (биолюминесценция медузы эквореи)
Экворин — люминесцентный белок из медузы эквореи (Aequorea victoria)
и некоторых других морских организмов. Впервые выделен в 1961—1962 годах американскими учеными Джонсоном и Шимомурой. Состоит из белковой части (апопротеина) и простетической группы целентеразина Люминесцирует в присутствии ионов кальция.целентеразин
Слайд 54ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии
Фотопротеины
Исследование биолюминесцентной системы
медузы Aequorea victoria Осама Шимомурой привели к открытию 2 белков
– Са-регулируемого фотопротеина экворина и зеленого флуоресцирующегобелка (GFP).
Биолюминесценция экворина инициируется ионами Са2+ и не зависит от кислорода. Фотопротеин состоит из апопротеина и простетической группы –целентеразина (имидазолпиразина).
Слайд 55ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии
Проблема, с которой всегда сталкиваются специалисты по биолюминесценции, — получение достаточного
количества биомассы для выделения и исследования веществ, участвующих в реакции. Характерно в этом смысле описание сбора материала на биостанции Фрайди Харбор, которое дал Шимомура в своей нобелевской лекции:«Мы начинали собирать медуз в шесть утра, а в восемь - часть нашей группы принималась отрезать кольца (краевые участки зонтика медузы, наиболее ярко светящиеся). Всю вторую половину дня мы проводили, экстрагируя экворин из колец. Потом мы снова собирали медуз с семи до девяти вечера, на завтра. Наша лаборатория выглядела как фабрика по переработке медуз, и пахло в ней медузами».
Слайд 56Экворин – апопротеин + целентеразин (189 АК, 22 кДа) Целентеразин +
Ca2+ = Целентерамид* + CO2 = Целентеразин + hν (469
нм) Экворин с простетической группой целентеразином, используется как индикатор присутствия ионов Са2+ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии
Слайд 57ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии
Шимомура обнаружил, что выделенный
из медузы и очищенный экворин in vitro излучает синий свет,
в то время как живая медуза светится зелёным. Дальнейшие исследования показали, что за зелёное свечение ответственен другой белок — GFP (green fluorescent protein — зелёный флуоресцентный белок), флуоресцирующий зелёным светом под действием голубого излучния экворина.
Слайд 59ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии
Осама Шимомура
Нобелевскую премию по
химии 2008 года получили О.Шимомура, М.Чалфи, Р.Тсьен «за открытие зелёного
флуоресцирующего белка и за разработку новых методов исследований на его основе»Зелёный флуоресцирующий белок (green fluorescent protein, GFP) впервые обнаружили в 1962 году в организме медузы Aequorea victoria.
Медуза Aequorea victoria (а) обитает в Тихом океане, у западного побережья Северной Америки. Её биолюми-несцентные органы расположены по краю «зонтика» (б, в).
Зелёный флуоресцирующий белок состоит из 238 аминокислот (27 кДа). Аминокислотная цепочка свёрнута в форме «бочки». Внутри расположена хромофорная группа, которая поглощает синий свет, а излучает зелёный.
Слайд 60ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии
Структура зеленого флуоресцентного белка
(GFP), выделена хромофорная группа – циклический трипептид Ser65-Tyr66-Gly67. Флуоресцентные белки имеют
бочкообразную структуру, состоящую из плотно подогнанных 11 β-листов, хорошо экранирующих от внешней среды хромофорную группу, которая поглощает hν в синем диапазоне (395 нм) и испускает hν зеленого света (509 нм).
Слайд 62ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии
Скульптурная композиция, посвящённая GFP
(Вашингтон, США).
Слайд 63GFP – флуоресцентная метка для изучения экспрессии клеточных белков
ФГОУ ВПО
ЮФУ каф. биохимии и микробиологии
Слайд 64ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии
Разноцветные GFP-подобные белки коралловых
полипов
Слайд 65ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии
Визуализация различных компонент живых
клеток с помощью флуоресцентных белков.
Слайд 66ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии
Клеточный белок актин, меченный
красным флуоресцирующим белком (RFP), выглядит под флуоресцентным микроскопом как изящная
пирамидка.Только что синтезированный в клетке рецепторный белок LAMP2 светится голубым, аппарат Гольджи — зелёным, а рецепторные белки дают красную флуоресценцию.
Внутри клетки на фоне зелёного свечения клеточной цитоплазмы видны красные нити белка тубулина.
Слайд 67ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии
Американские ученые создали котов, невосприимчивых к кошачьему вирусу иммунодефицита
(ВИК). Чтобы посмотреть, насколько ген, обеспечивающий устойчивость, активен в разных клетках животного, исследователи добавили к нему ген флуоресцирующего белка, благодаря которому генно-инженерные коты в ультрафиолетовых лучах светятся зеленым светом.С помощью вирусного вектора внедрили в ДНК кошачьей яйцеклетки ген противовирусного фактора макаки TRIMCyp, снабжающего клетки устойчивостью к вирусу иммунодефицита. Чтобы проверить, не используя сложных инструментальных методик, насколько этот ген будет активен в различных тканях трансгенных животных, ученые добавили к нему ген зеленого флуоресцирующего белка медузы Aequorea victoria.
Зеленые кошки не болеют СПИДом
Слайд 68ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии
Поросенок со встроенным геном
желтого белка
Головастики африканской шпорцевой лягушки — нормальный
(справа) и генетически модифицированный
Детеныш
макака резуса со встроенным геном GFP 
Слайд 69ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии
Флуоресцентное «творчество».
А. «Рисунок» бактериями, экспрессирующими
гены различных флуоресцентных белков, на чашке петри.
Б. Мыши, несущие ген зеленого флуоресцентного
белка, и обычные мыши.
Слайд 70ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии
Пространственные структуры белка miniSOG
и его активного центра
При облучении синим светом miniSOG производит синглетный кислород,
чрезвычайно токсичный для клеток. Фототоксический флуоресцентный белок miniSOG генно-инженер-ными методами получен из домена рецептора синего света растений.
Слайд 71ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии
Апоптотическая гибель клеток
HeLaKyoto, содержащих miniSOG в митохондриях. Видны специфические для апоптоза пузырьковые
структуры. miniSOG - эффективный генетически кодируемый фотосенсибилизатором, вызывающим гибель клеток при облучении.
Слайд 72ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии
Направленный апоптоз клеток с
помощью белка KillerRed, экспрессированного в митохондриях
KillerRed (красный
киллер) - флуоресцентный мутант красного белка из антомедузы, облучение которого в клетках бактерий приводит к их массовой гибели. Его индуцируемая светом токсичность определяется продукцией АФК. KillerRed - фотосенсетайзер. При облучении зеленым светом он теряет способность флуоресцировать и начинает продуцировать АФК.
Слайд 74Биолюминесцентный имиджинг (БИ)
БИ основан на реакции окисления люциферазой субстрата, которая
сопровождается испусканием кванта света.
ДНК, кодирующую люциферазу, встраивают в геном
целевых клеток, а субстрат вводится системно.БИ с использованием маркера luc2 - быстрый, крайне чувствительный и неинвазивный метод исследования, в том числе и онкологических процессов.
Продемонстрирована возможность изучения :
- генной экспрессии,
- активности клеточных рецепторов,
- путей сигнальной передачи,
- процессинга РНК,
- белок-белковых взаимодействий,
- жизнедеятельности стволовых клеток,
- процесса апоптоза
ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии
Слайд 754. Активированная ХЛ
Химические активаторы ХЛ – это
соединения, вступающие в химические реакции с активными формами кислорода (АФК)
или органическими радикалами R•, в ходе которых образуются продукты в возбужденном состоянии.R• + А → РА* → РА + hν
Активаторы: люминол – 3-аминофталевый гидразид
ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии
Слайд 76ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии
Биофизика зрительного восприятия
1877 г.
- Франц Болл открыл зрительный пурпур – родопсин сетчатки глаза,
наблюдая выцветание сетчатки лягушки при освещении.1967 г. – Джордж Уолд - Нобелевская премия по физиологии и медицине «за открытия, связанные с первичными физиологическими и химическими зрительными процессами»
Слайд 78ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии
Строение сетчатки и зрительной
клетки-фоторецептора - палочки
Слайд 79ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии
Механизм зрительного восприятия. Строение
палочки.
Слайд 80ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии
Механизм зрительного восприятия. Строение
глаза и сетчатки .
Слайд 83ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии
Лауреаты Нобелевской премии 2012
г. по химии «за раскрытие подробной схемы того, как работают
рецепторы, связанные с G-белками (GPCRs)»Роберт Лефковиц
Брайан Кобилка
Слайд 84ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии
Механизм зрительного восприятия. Строение
ретиналя.
Родопсин включает белковую часть – опсин, и хромофор 11-цис-ретиналь, связанный
ковалентно с ε-аминогруппой остатка лизина-296. Родопсин обладает характерным спектром поглощения при 500 нм.Поглощение молекулой кванта света индуцирует изомеризацию 11-цис-ретиналя в полностью транс-форму. В результате изменяется геометрия ретиналя, а спустя 10 мс происходит аллостерический переход родопсина в его активную форму
Слайд 94ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии
Пурпурная мембрана и бактериородопсин
Светозависимый
синтез
АТФ в клетках H. halobium
В 1971 году В.
Стоккениус и Д. Остер-хельт выделили из галофильных бактерий Halobacterium halobium хромопротеид интенсивного пурпурного цвета.В качестве хромофорной части группы бактериородопсин содержит 13-цис и транс-ретиналь. Бактериородопсин выполняет роль светозависимого протонного насоса, создающего градиент ионов водорода, энергия которых используется для синтеза АТФ
Слайд 96ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии
Бактериородопсин в мембране (а
- вид вдоль мембраны, б - вид на мембрану сверху).
Цилиндрами показаны семь спиралей этого белка. Показаны и соединяющие эти спирали петли, а также (голубым цветом) молекула ретиналя, прикрепленная внутри бактериородопсина.
Слайд 98ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии
Механизм перекачивания протонов за
счет энергии света
у H. halobium
Слайд 100ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии
Технические приложения бактериородопсина (проекты):
протонный
транспорт:
генерация АТФ в реакторах;
опреснение морской воды;
генерация электрической энергии из света;
фотоэлектрические
применения:ультрабыстрая световая детекция;
искусственная сетчатка;
детекция подвижности;
фотохромные применения:
хранение информации:
2D-носители;
3D-носители;
голографические носители;
различные применения:
детекция радиации;
биосенсорные приложения.
Слайд 103Характеристики люминесцирующих молекул
Спектр возбуждения люминесценции - зависимость интенсивности люминесценции I
от длины волны возбуждающего света
Спектр люминесценции - зависимость интенсивности люминесценции
от длины волны люминесценции I = f(λ); I = f(v)
Время жизни люминесценции – время, за которое интенсивность излучения уменьшится в е раз, поскольку затухание люминесценции происходит по закону: It = I0 e-t/τ
t - время люминесценции
τ – время затухания люминесценции
