Фотобиологические процессы. Основые правила фотохимии

Согласно основному закону фотохимии, который является следствием закона сохранения энергии, фотохимическое действие может оказывать только тот свет, который поглощается данной системой. Поэтому для рассмотрения энергетики фотобиологического процесса важно знать поглощательную способность системы. Это позволяет определить законБУГЕРА-ЛАМБЕРТА-БЕРА

ГЕОМЕТРИЧЕСКАЯ оптика - раздел физики, в котором изучают законы распространения света, где световой луч представляют в виде линии вдоль которой распространяется энергия световой волны. ЦЕНТРИРОВАННЫМИ называют оптические системы, состоящие из сферических поверхностей (линз), центры которых лежат на одной прямой - главной оптической оси. ИДЕАЛЬНОЙ центрированной оптической системой является система, в которой каждой точке или линии пространства предметов соответствует только одна точка или линия пространства изображений. Оптической системе глаза свойственны недостатки: близорукость, дальнозоркость и астигматизм. Астигматизм обычно связан с несферичностью роговицы или хрусталика, вследствие чего изображение точечного объекта имеет вид короткой линии. В нормальном глазу при отсутствии аккомодации задний фокус совпадает с сетчаткой. Близорукость - недостаток глаза, когда при отсутствии аккомодации задний фокус лежит перед сетчаткой. Дальнозоркость - при отсутствии аккомодации задний фокус лежит за сетчаткой. Для коррекции близорукого глаза применяют рассеивающую линзу, дальнозоркого - собирающую. Недостатки оптических систем (аберрации): сферическая, хроматическая аберрации, астигматизм косых пучков и дисторсия.

Угловое увеличение (М) Лупы:. М = N/f, гдеN= 25 см для нормального глаза – расстояние наилучшего зрения, f - фокусное расстояние.

86.Интерференция света.

Интерференцией света называется такое сложение световых волн, при котором образуется устойчивая картина их усиления и ослабления. Усилениенаблюдается на экране, если разность хода волн D= ml, m=0,1,2,…, гдеl -длина волны. Значениеmназывается порядком интерференционной полосы. Ослабление интерференция наблюдается в том случае, когда разность хода D=(m + ½)l, m=0,1,2,…

Оптическим путемназывается произведение геометрического пути на показатель преломления среды.

Голография –метод записи и восстановления изображения, основанный на интерференции и дифракции волн. Закон Брюстера: отраженный луч полностью плоскополяризован, если угол падения удовлетворяет условию: tgi_s = n (1) Здесь угол падения i_s - угол Брюстера, или угол полной поляризации; n - относительный показатель преломления двух сред.

Закон Малюса: I = I₀·cos²j (3), где I₀ - интенсивность плоскополяризованного света, падающего на анализатор, I - интенсивность света, вышедшего из анализатора.При прохождении плоскополяризованного света определенной длины волны в оптически активном веществе: угол a поворота плоскости поляризации пропорционален расстоянию l, пройденному светом

a = a₀ l, где a₀ коэффициент пропорциональности, или постоянная вращения, град/мм

Для растворов был установлен следующий количественный закон: a = [a₀] C l, (2), где С – концентрация оптически активного вещества; l – толщина слоя раствора; [a₀] -удельное вращение, которое приблизительно обратно пропорционально квадрату длины волны и зависит от температуры и свойств растворителя.

https://studopedia.ru/3_176538_fotobiologicheskie-protsessi-osnovie-pravila-fotohimii.html

МОДУЛЬ 4 СТРОЕНИЕ И ФУНКЦИИ БИОЛОГИЧЕСКИХ МЕМБРАН

_Темы_

4.1. Общая характеристика мембран. Строение и состав мембран

4.2. Транспорт веществ через мембраны

4.3.Трансмембранная передача сигналов_

Цели изучения Уметь:

1. Интерпретировать роль мембран в регуляции метаболизма, транспорте веществ в клетку и удалении метаболитов.

2. Объяснять молекулярные механизмы действия гормонов и других сигнальных молекул на органы-мишени.

Знать:

1. Строение биологических мембран и их роль в обмене веществ и энергии.

2. Основные способы переноса веществ через мембраны.

3. Главные компоненты и этапы трансмембранной передачи сигналов гормонов, медиаторов, цитокинов, эйкозаноидов.

ТЕМА 4.1. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА МЕМБРАН.

СТРОЕНИЕ И СОСТАВ МЕМБРАН

Все клетки и внутриклеточные органеллы окружены мембранами, которые играют важную роль в их структурной организации и функционировании. Основные принципы построения всех мембран одинаковы. Однако плазматическая мембрана, а также мембраны эндоплазматического ретикулума, аппарата Гольджи, митохондрий и ядра имеют существенные структурные особенности, они уникальны по своему составу и по характеру выполняемых функций.

Мембраны:

• отделяют клетки от окружающей среды и делят ее на компартменты (отсеки);

• регулируют транспорт веществ в клетки и органеллы и в обратном направлении;

• обеспечивают специфику межклеточных контактов;

• воспринимают сигналы из внешней среды.

Согласованное функционирование мембранных систем, включающих рецепторы, ферменты, транспортные системы, помогает поддерживать гомеостаз клетки и быстро реагировать на изменения состояния внешней среды путем регуляции метаболизма внутри клеток. Биологические мембраны построены из липидов и белков, связанных друг с другом с помощью нековалентныхвзаимодействий. Основу мембраны составляет двойной липидный слой,в состав которого включены белковые молекулы (рис. 4.1). Липидный бислой образован двумя рядами амфифильныхмолекул, гидрофобные «хвосты» которых спрятаны внутрь, а гидрофильные группы - полярные «головки» обращены наружу и контактируют с водной средой.

Липиды мембран.

В состав липидов мембран входят как насыщенные, так и ненасыщенные жирные кислоты. Ненасыщенные жирные кислоты встречаются в два раза чаще чем насыщенные, что определяет текучесть мембран и конформационную лабильность мембранных белков.В мембранах присутствуют липиды трех главных типов - фосфолипиды, гликолипиды и холестерол (рис. 4.2 - 4.4). Чаще всего встречаются глицерофосфолипиды - производные фосфатидной кислоты.

Рис. 4.1. Поперечный разрез плазматической мембраны

Рис. 4.2. Глицерофосфолипиды.

Фосфатидная кислота - это диацилглицеролфосфат. R₁, R₂ - радикалы жирных кислот (гидрофобные «хвосты»). Со вторым углеродным атомом глицерола связан остаток полиненасыщенной жирной кислоты. Полярной «головкой» является остаток фосфорной кислоты и присоединенная к нему гидрофильная группа серина, холина, этаноламина или инозитола

Существуют также липиды - производные аминоспирта сфингозина.

Аминоспирт сфингозин при ацилировании, т.е. присоединении жирной кислоты к NH₂-группе, превращается в церамид. Церамиды различаются по остатку жирной кислоты. С ОН-группой церамида могут быть связаны разные полярные группы. В зависимости от строения полярной «головки» эти производные разделены на две группы - фосфолипиды и гликолипиды. Строение полярной группы сфингофосфолипидов (сфингомиелинов) сходно с глицерофосфолипидами. Много сфингомиелинов содержится в составе миелиновых оболочек нервных волокон. Гликолипиды представляют собой углеводные производные церамида. В зависимости от строения углеводной составляющей различают цереброзиды и ганглиозиды.

Холестеролсодержится в мембранах всех животных клеток, он придает мембранам жесткость и снижает их жидкостность(текучесть). Молекула холестерола располагается в гидрофобной зоне мембраны параллельно гидрофобным «хвостам» молекул фосфо- и гликолипидов. Гидроксильная группа холестерола, как и гидрофильные «головки» фосфо- и гликолипидов,

Рис. 4.3. Производные аминоспирта сфингозина.

Церамид - ацилированный сфингозин (R₁ - радикал жирной кислоты). К фосфолипидам относятся сфингомиелины, у которых полярная группа состоит из остатка фосфорной кислоты и холина, этаноламина или серина. Гидрофильной группой (полярной «головкой») гликолипидов является углеводный остаток. Цереброзиды содержат моноили олигосахаридный остаток линейного строения. В состав ганглиозидов входит разветвленный олигосахарид, одним из мономерных звеньев которого является НАНК - N-ацетилнейраминовая кислота обращена к водной фазе. Молярное соотношение холестерола и других липидов в мембранах равно 0,3-0,9. Самое высокое значение имеет эта величина для цитоплазматической мембраны.Увеличение содержания холестерола в мембранах уменьшает подвижность цепей жирных кислот, что влияет на конформационную лабильность мембранных белков и снижает возможность их латеральной диффузии.При повышении текучести мембран, вызванном действием на них липофильных веществ или перекисным окислением липидов, доля холестерола в мембранах возрастает.

Рис. 4.4. Положение в мембране фосфолипидов и холестерола.

Молекула холестерола состоит из жесткого гидрофобного ядра и гибкой углеводородной цепи. Полярной «головкой» является ОН-группа у 3-го углеродного атома молекулы холестерола. Для сравнения на рисунке представлено схематическое изображение фосфолипида мембран. Полярная головка этих молекул значительно больше и имеет заряд. Липидный состав мембран различен, содержание того или другого липида, по-видимому, определяется разнообразием функций, которые выполняют эти молекулы в мембранах.

Главные функции липидов мембран состоят в том, что они:

• формируют липидный бислой - структурную основу мембран;

• обеспечивают необходимую для функционирования мембранных белков среду;

• участвуют в регуляции активности ферментов;

• служат «якорем» для поверхностных белков;

• участвуют в передаче гормональных сигналов.

Изменение структуры липидного бислоя может привести к нарушению функций мембран.

Белки мембран.

Белки мембран различаются по своему положению в мембране (рис. 4.5). Мембранные белки, контактирующие с гидрофобной областью липидного бислоя, должны быть амфифильными, т.е. иметь неполярный домен. Амфифильность достигается благодаря тому, что:

• аминокислотные остатки, контактирующие с липидным бислоем, в основном неполярны;

• многие мембранные белки ковалентно связаны с остатками жирных кислот (ацилированы).

Ацильные остатки жирных кислот, присоединенные к белку, обеспечивают его «заякоревание» в мембране и возможность латеральной диффузии. Кроме того, белки мембран подвергаются таким посттрансляционным модификациям, как гликозилирование и фосфорилирование. Гликозилирование наружной поверхности интегральных белков защищает их от повреждения протеазами межклеточного пространства.

Рис. 4.5. Белки мембран:

1, 2 - интегральные (трансмембранные) белки; 3, 4, 5, 6 - поверхностные белки. В интегральных белках часть полипептидной цепи погружена в липидный слой. Те участки белка, которые взаимодействуют с углеводородными цепями жирных кислот, содержат преимущественно неполярные аминокислоты. Участки белка, находящиеся в области полярных «головок», обогащены гидрофильными аминокислотными остатками. Поверхностные белки разными способами прикрепляются к мембране: 3 - связанные с интегральными белками; 4 - присоединенные к полярным «головкам» липидного слоя; 5 - «заякоренные» в мембране с помощью короткого гидрофобного концевого домена; 6 - «заякоренные» в мембране с помощью ковалентно связанного ацильного остатка

Наружный и внутренний слои одной и той же мембраны различаются по составу липидов и белков. Эта особенность в строении мембран называется трансмембранней асимметрией.

Белки мембран могут участвовать в:

• избирательном транспорте веществ в клетку и из клетки;

• передаче гормональных сигналов;

• образовании «окаймленных ямок», участвующих в эндоцитозе и экзоцитозе;

• иммунологических реакциях;

• качестве ферментов в превращениях веществ;

• организации межклеточных контактов, обеспечивающих образование тканей и органов.