Фотобиология

– наука, изучающая закономерности и механизм действия света на биосистемы.

спектра

(поглощение кванта света, размен и миграция энергии)
2.Первичная фотохимическая (образование первичного

иллюстрирует диаграмма уровней энергии, предложенная Яблонским

молекулы →переход электрона из основного состояния в возбужденное с большей

Различают два главных состояния электронных оболочек:
1) синглетное основное и воезбужденное состояние (все спины электронов антипараллельны, неспаренные электроны отсутствуют) и
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

без изменения межъядерного расстояния. Электронные переходы являются настолько быстрыми (10-14

Принцип Франка - Кондона.

состояний

(внутренняя конверсия)

механизм передачи энергии осуществляется при слабых энергиях взаимодействия между молекулами.

возбуждение «бежит» по верхним колебательным уровням взаимодействующих молекул, не успевая

Экситонный механизм передачи энергии.

Фотоизомеризация
Фототаутомеризация

перехода при их возвращении из возбужденного состояния в основное. При

от длины волны возбуждающего света
Спектр люминесценции - зависимость интенсивности люминесценции

– вид фотолюминесценции, при котором молекула переходит в основное состояние

флуоресценции

микробиологии

спектр флуоресценции лежит в более длинноволновой области по сравнению со

длины волны возбуждающего света, т.к. излучательный переход может происходить только

выход флуоресценции (Q) не зависит от длины волны возбуждающего света,

Q (φ) = N/ No

N – количество излучаемых квантов
No – количество поглощенных квантов

флуоресценции представляет собой зеркальное отражение спектра поглощения, поскольку структура колебательных

2 стадии:
Образование продукта в возбужденном состоянии (хемилюминесцентная реакция)

ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии

СХЛ) клеток и тканей
Биолюминесценция (БЛ)
Активированная хемилюминесценция (АХЛ)

ФГОУ ВПО ЮФУ каф.

флуоресценции.
2. Абсолютная величина квантового выхода в хемилюминесцентных реакциях имеет

ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии

обнаружил митогенетическое излучение делящихся клеток и определил его диапазон -

возможно производить индукцию митозов на расстоянии, т. е. можно увеличивать

собственного свечения органов животного

метаболитов (АКМ) 2) реакциями перекисного окисления липидов 3) реакции с участием оксида

Собственная ХЛ или сверхслабое свечение обусловлено реакциями 3 типов

организмов светиться, которая достигается самостоятельно или с помощью симбионтов.
Это

АТФ + О2 → оксиЛ* +АМФ + СО2 + Н2О

дождевых червей
целентеразин
варгулин
люциферин улитки
люциферин грибов

- биолюминесценция жуков-светляков

- организмы, которые светятся с помощью бактерий

и структура люциферина F. heliota.

медузы эквореи
Экворин — люминесцентный белок из медузы эквореи (Aequorea victoria) и некоторых других морских

целентеразин

медузы Aequorea victoria Осама Шимомурой привели к открытию 2 белков

специалисты по биолюминесценции, — получение достаточного количества биомассы для выделения и

Ca2+ = Целентерамид* + CO2 = Целентеразин + hν (469

ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии

из медузы и очищенный экворин in vitro излучает синий свет,

химии 2008 года получили О.Шимомура, М.Чалфи, Р.Тсьен «за открытие зелёного

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.

(GFP), выделена хромофорная группа – циклический трипептид Ser65-Tyr66-Gly67. Флуоресцентные белки имеют

(Вашингтон, США).

ЮФУ каф. биохимии и микробиологии

полипов

клеток с помощью флуоресцентных белков.

красным флуоресцирующим белком (RFP), выглядит под флуоресцентным микроскопом как изящная

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.

Американские ученые создали котов, невосприимчивых к кошачьему вирусу иммунодефицита

Зеленые кошки не болеют СПИДом

желтого белка
Головастики африканской шпорцевой лягушки — нормальный
(справа) и генетически модифицированный

Детеныш

гены различных флуоресцентных белков, на чашке петри.
Б. Мыши, несущие ген зеленого флуоресцентного

и его активного центра
При облучении синим светом miniSOG производит синглетный кислород,

Фототоксический флуоресцентный белок miniSOG генно-инженер-ными методами получен из домена рецептора синего света растений.

HeLaKyoto, содержащих miniSOG в митохондриях. Видны специфические для апоптоза пузырьковые

miniSOG является эффективным генетически кодируемым фотосенсибилизатором, вызывающим гибель клеток в ответ на облучение.

помощью белка KillerRed, экспрессированного в митохондриях
KillerRed (красный

сопровождается испусканием кванта света.
ДНК, кодирующую люциферазу, встраивают в геном

ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии

соединения, вступающие в химические реакции с активными формами кислорода (АФК)

ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии

- Франц Болл открыл зрительный пурпур – родопсин сетчатки глаза,

глаза.

клетки-фоторецептора - палочки

палочки.

глаза и сетчатки .

г. по химии «за раскрытие подробной схемы того, как работают

Роберт Лефковиц

Брайан Кобилка

ретиналя.
Помимо белковой части – опсина, молекула родопсина включает остаток

родопсина.

синтез
АТФ в клетках H. halobium
В 1971 году В.

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

моря с галобактериями

- вид вдоль мембраны, б - вид на мембрану сверху).

протона

счет энергии света у H. halobium

транспорт:
генерация АТФ в реакторах;
опреснение морской воды;
генерация электрической энергии из света;
фотоэлектрические

Важный путь образования 1О2 – фотодинамические реакции с участием пигментов

синтезе гема, что приводит к появлению необычно большого количества фотосенсибилизаторов

Важнейшие симптомы: сверхчувствительность кожи к свету - эритемы, язвы, желудочно-кишечные расстройства, боли, онемения мускулов. Некоторые формы порфирии поражают ЦНС (недостаток производного порфирина витамина В12 ), диапазон проявлений: от раздражительности и мрачности до полной психической ненормальности.

гем, ПФ входят в состав цитохромов и других ферментов

свету и ультрафиолетовым лучам, вызывает заболевание животных гиперицизм

свету и ультрафиолетовым лучам, вызывает заболевание животных фагопиризм

белок церкоспорин, запускающий реакцию фотосенсибилизации и образование АФК).

- активно развивается во многих странах мира
Принцип метода: опухолевые клетки

Необходимые условия ФДТ :
свет определенной длины волны,
Фотосенсибилизатор (ФС), избирательно накапливающийся в опухолевых клетках,
кислород.
ФС переносит энергию света на кислород, благодаря чему последний переходит в возбужденное синглетное состояние и вызывает разрушение опухолевых клеток.

бактериостатический (клетки живут, но не размножаются) и бактерицидный (клетки гибнут)

ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии

образованием катион-радикала и сольватированного электрона. При распаде катион-радикала возникает нейтральный

ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии

липидов.
3.2. Повышение проницаемости биомембран для различных веществ, и прежде всего

ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии