Биологический каталог




Фотобиология

Автор С.В.Конев, И.Д.Волотовский

С. В. КОНЕВ, И. Д. ВОЛОТОВСКИЙ

Издание второе, переработанное и дополненное

Допущено Министерством высшего и среднего специального образования БССР в качестве учебного пособии для студентов биологических специальностей высших учебных заведений

Минск

Издательство БГУ им. В. И, Ленина

1979

57.04 К 64

УДК 577 : 3 : 541,14 : 541.144.7 : 547.96 : 581.188.5 : 591.185.6

Рецензент

кафедра физико-химической биологии Московского государственного университета (зав. кафедрой кандидат биологических наук

Ф. Ф. Литвин)

Фотобиология. Изд. 2-е, перераб. я доп. Конев С. В., Волотовскии И. Д. Минск, Изд-во БГУ им. В. И. Ленина, 1979.

В пособии рассматриваются важнейшие закономерности взаимодействия света с веществом, основные понятия фотофизики и фотохимии, общие стадии различных фотобиологических процессов и приводится классификация фотобиологических реакций. Подробно освещены практически все известные на данный момент фотобиологические процессы. Центральное место отведено систематическому описанию фотосинтеза и зрения. В соответствии с современными представлениями о механизмах фотобиологических реакций внимание читателя акцентируется также на молекулярных и мембранных аспектах проблемы.

Табл. 13, рис. 68, библиогр. в конце глав.

МЗ 17.79

21005-025

17-79

© Издательство БГУ им. В. И. Ленина, 1979

ПРЕДИСЛОВИЕ

Фотобиология — раздел биологической науки, изучающий закономерности и механизмы действия света на биологические системы различной сложности организации. В соответствии с многообразием биологических реакций, связанных с действием света, современная фотобиология разделилась на ряд самостоятельных дисциплин, изучающих определенные фотобиологические процессы. В свою очередь отдельный фотобиологический процесс представляет собой сложную последовательность различных стадий: фотофизика ~> первичная фотохимия образование и превращение промежуточных фотопродуктов молекулярные механизмы реализации -> конечный биологический эффект. Эти стадии столь сильно различаются по своей природе, что требуют смены подходов исследования, поскольку фотобиологическая реакция имеет в начале чисто физический, а в конце чисто биологический характер. Каждая стадия представляет самостоятельный интерес для физика, химика и биолога. Иными словами, фотобиология находится на стыке физической, химической и биологической наук. По мере удаления от первичного, начального этапа процесс, инициируемый светом, становится больше физиологическим, чем биофизическим. Поэтому современная фотобиология рассматривает главным образом физико-химические превращения, непосредственно связанные с поглощением света.

Начиная со второй трети нашего столетия «старая» описательная фотобиология, изучавшая конечные ответные реакции организма на действие света и не рассматривавшая внутренние процессы, разделяющие «вход» и «выход» биологической системы, обогатилась новыми данными на квантовомеханическом и молекулярном уровнях. Расшифровка молекулярных механизмов фотобиологических реакций стала возможной благодаря расчленению клетки на фрагменты с выделением органелл, мембран, макромолекул, пигментов в чистом виде (ультрацентрифугирование, хроматография, электрофорез) и разработке прецизионных физических, физико-химических и биохимических методов исследования (дифференциальная спектрофотометрия, дихроизм, спектры действия, люминесцентный анализ, электронный парамагнитный резонанс, спиновая метка, нефелометрия, ИК-спектроскопия, флешфотолиз и лазерная техника, электронная микроскопия и т. д.).

Целенаправленное проникновение во внутренние молекулярные механизмы фотобиологических реакций открывает перспективы сознательного управления ходом многих важных световых процессов, таких как фотосинтез или фитохром-зависимый морфогенез. С другой стороны, открывается возможность избирательного повреждения жизненно важных молекулярных структур с целью выяснения их биологической роли, локализации и взаимоотношения с другими структурно-функциональными компонентами клетки. Наконец, немаловажен и бионический аспект вопроса. Наиболее ценные находки живой природы, несомненно, окажутся полезными для техники и производства (промышленный синтез продуктов питания, светотехника, телевидение, искусственные органы зрения и т. д.).

Со времени выхода в свет первого издания (1974 г.) в фотобиологической науке произошли существенные изменения. Значительно расширился фронт исследований, вырос объем экспериментального материала, установлены новые количественные закономерности, что позволило не только уточнить, но и в ряде случаев пересмотреть некоторые схемы и положения. При подготовке второго издания авторы стремились дать современную трактовку механизмов фотобиологических реакций. Это привело не только к переработке и дополнению отдельных разделов пособия, но и к появлению новых глав, посвященных бактериородопснновому синтезу АТФ, роли света в возникновении жизни на Земле и особенностям биологического действия лазерного излучения.

С. В. Конев, И. Д. Волотовский

Глава I. ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ СВЕТА С ВЕЩЕСТВОМ

1. ПРИРОДА СВЕТА

Свет представляет собой электромагнитное излучение (рис. I), распространяющееся в пространстве с предельной в природе скоростью (в вакууме — около 300 000 км/с), с длинами волн от 400 до 700 нм. Оптический диапазон длин волн включает в себя также

Рис. 1. Спектр оптического диапазона электромагнитного излучения

инфракрасное (700—10 000 нм) и ультрафиолетовое (400—100 нм) излучения. Поперечно-плоская световая волна характеризуется электрическим и магнитным векторами напряженности полей, ориентированными взаимно перпендикулярно, Световой луч распространяется в направлении, перпендикулярном к электрическому и магнитному векторам, В прямом свете солнца или лампочки представлен большой набор электромагнитных волн, направления электрических векторов которых ориентированы случайным образом. Такой свет называется неполяризованным.

Если электрические векторы всех волн ориентированы в одном направлении, свет будет плоскополяризованным (линейно-поляризованным). Наряду с волновыми свет обладает корпускулярными свойствами, и тогда говорят о квантах (фотонах) света. Двойственная природа света находит отражение в соотношении Планка:

Е ~~ hv - —

где Е — энергия кванта; h — постоянная Планка, равная 6,6256* Ю-27 эрг-с; с — скорость света; v — частота колебаний вектора; X—длина световой волны.

Энергия, содержащаяся в одном моле квантов, получила название Эйнштейн (1 Эйнштейн = N • hv, где N — число Авогадро, равное 6,022-1023).

2. ЗАКОНЫ ПОГЛОЩЕНИЯ СВЕТА

Поглощение света внешне проявляется в ослаблении светового потока после прохождения через исследуемый объект. Поглощение тем больше, чем больше концентрация вещества, поглощательная способность его молекул и толщина слоя раствора. Для монохроматического света эти соотношения выражаются законом Ламберта — Бера:

/ = /0е-гС', или lg IJI - &С1,

где /0 и / — интенсивности падающего на объект и вышедшего из него света соответственно; е — коэффициент поглощения, характеризующий поглощательную способность молекул вещества и зависящий от длины волны света; / — толщина слоя; С—концентрация вещества.

Из закона Ламберта — Бера вытекает, что хотя абсолютное количество поглощенной световой энергии прямо пропорционально интенсивности (мощности) светового потока, падающего на объект, процент (доля) поглощенного света от нее не зависит. Поэтому эффект поглощения оценивается не по абсолютной величине поглощенной световой энергии, а по ее отношению к интенсивности падающего на объект света. Так, коэффициент поглощения (10—показывает процент поглощенного, а коэффициент пропускания (/До) — процент прошедшего света. Из закона Ламберта—Бера видно также, что коэффициент поглощения не пропорционален концентрации вещества. Прямая пропорциональная зависимость выполняется между lg и концентрацией вещества; lg /0/7 принято называть оптической плотностью раствора (D). Условлено определять оптическую плотность для толщины слоя 1 см. Оптическая плотность одномолярного раствора называется молярной экстинкцией. Иногда пользуются поперечным или молярным сечением поглощения, связанным с молярной экстинкцией соотношением 5=3,8-10~21 е. Физический смысл поперечного сечения— площадь молекулы, абсолютно непроницаемая для света. (В табл. 1 приведены другие па7* а б лица L Параметры, используемые в абсорбционной

спектрофотометрии

Название Обозначение Определяющее уравнение Единица измерения

Пропускание Т Т = 100 (///0) °/о

Оптическая плотность D Z?-=lg/„// безразмерная величина

Коэффициент экстннкцин s г = В/х см-1

Удельный коэффициент ослабления 8УД D

ЕУД~ сх л/г-см

Молярный коэффициент ослабления D

6м_ сх л/моль-см

Коэффициент поглощения И1 1п77 см-*1

Молярный коэффициент поглощения Р л/моль-см

Молярное сеченне поглощения s см2

раметры для оценки поглощательной способности вещества.)

Свет различных длин волн поглощается одним и тем же веществом неодинаково. Зависимость поглощательной способности вещества от длины волны света называется спектром поглощения. Чаще всего используются зависимости типа D=f(X) или e=f(X), Каждое вещество характеризуется специфическим спектром поглощения. Однако формальные законы поглощения света веществом еще ие вскрывают внутренние механизмы поглощения.

Поглощение света веществом — внутримолекулярный физический процесс. Свет поглощается молекулами (их комплексами, атомами, радикалами, ионами), а не сложными биологическими структурами, такими, например, как ядра, митохондрии, клетки, сетчатка глаза. Исключение составляют лишь полупроводники, у которых в поглощении света участвуют обобществленные энергетические уровни, создающиеся в результате взаимодействия многих центров (атомов, ионов или молекул). Во взаимодействии вещества со светом, связанном с поглощением, проявляются как квантовые (корпускулярные), так и волновые свойства последнего.

Квантовая природа света выражается в том, что вся энергия, заключенная в кванте света, поглощается молекулой ср

страница 1
< К СПИСКУ КНИГ > 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69

Скачать книгу "Фотобиология" (3.60Mb)


[каталог]  [статьи]  [доска объявлений]  [обратная связь]

п»ї
Rambler's Top100 Химический каталог

Copyright © 2009
(25.11.2017)