Фотобіологічні процеси

План

Фотобіологічні процеси і їх стадії  

Фотохімічний спектр дії        

Зміна властивостей молекул в електронно-збудженому стані     

Комплекси з перенесенням заряду 

Фітобіологічні процеси і їх стадії

Вивчення біофізичних аспектів фото біологічних процесів є центральним розділом квантової біофізики. До фото біологічних відносять процеси, що починаються з поглинання кванта світла біологічно важливою молекулою і що закінчуються якою-небудь фізіологічною реакцією (позитивною або негативною) на рівні організму. До таких процесів відносяться:

Фотосинтез - синтез органічних молекул за рахунок енергії сонячного світла;

Фототаксис - рух організмів, наприклад бактерій, до світла або від світла;

Фототропізм - поворот листя або стебел рослин до світла або від світла;

Зір - перетворення світлової енергії на енергію нервового імпульсу в сітківці ока або в аналогічних фоторецепторах;

Дія ультрафіолетових променів (бактерицидна або бактеріостатична дія на мікроорганізми, мутагенна дія, канцерогенна дія, утворення вітаміну D з провітамінів, єритемне дія на шкіру, утворення загару, терапевтичні ефекти).

До фото біологічних процесів також може бути віднесена біохімілюмінесценція(см. гл. 9). (Тут, навпаки, певні біохімічні реакції супроводжуються появою електронно-збудженого продукту з наступним випусканням кванта люмінесценції. )

Фітобіологічні процеси дуже різноманітні. Кожен з них складається з багатьох стадій, починаючи з акту поглинання кванта світла і кінчаючи фізіологічними реакціями на рівні цілого організму. Умовно всякий фотобіологічний процес можна розбити на декілька стадій: 1) поглинання кванта світла, 2) внутрішньомолекулярні процеси розміну енергією (фотофізичні процеси); 3) міжмолекулярні процеси перенесення енергії збудженого стану; 4) первинний фотохімічний акт; 5) темнових реакцій, що закінчуються утворенням стабільних продуктів; б) біохімічні реакції за участю фотопродуктів; 7) загальнофізіологічна відповідь на дію світла.

У справжній книзі будуть розглянуті переважно початкові, фізико-хімічні стадії фотобіологічних процесів

Перші три стадії фотохімічного процесу однакові для процесів фотохімії і люмінесценції; тому закони фотохімії мають свої аналоги із законами люмінесценції (см. гл. 3). Первинний фотохімічний акт - це процес, в який вступає молекула з нижнього синглетного S0 або триплетного t! збудженого стану.

Квантовий вихід Q - це відношення числа молекул, що прореагували, до поглинених фотонів. У разі первинних стадій

фотохімічних реакцій квантовий вихід дорівнює відношенню числа збуджені молекул речовини, вступаючих у фотохімічний процес, до загального числа збуджених молекул:

 ( (продукти реакції)

 ( (перехід молекули в основний стан)

 (Рисунок 1)

У реальних умовах досвіду квантовий вихід можна визначати, вимірюючи спад початкової речовини АА або накопичення продукту реакції АР за кінцевий час t під дією опромінення об'єкту монохроматичним світлом з інтенсивністю J Ейнштейн/с):

 (Рисунок 2)

де (1-Т) коофіцієнт поглинання; Jt - доза опромінення; Jt (l - Т) –загальна кількість поглинених фотонів (Ейнштейн).

Визначуваний в досвіді квантовий вихід Q залежить від умов експерименту. Так, поглинання діючого світла продуктами реакції або сторонніми речовинами знижуватиме Q, а розвиток ланцюгових реакцій, що ініціюються радикалами, що первинно утворилися, може привести до високих квантових виходів утворення продуктів реакції (значно більше одиниці. Для розуміння механізму фотохімічного процесу особливо важливий квантовий вихід первинної реакції, визначуваний по рівнянню 4. 1).

Фотохімічний спектр дії

Одне із завдань при вивченні фотобіологічних процесів – визначення речовини, яка поглинає діюче випромінювання і тим самим бере участь в

1 2 3 4 5