Биологический каталог




Фотобиология

Автор С.В.Конев, И.Д.Волотовский

двумя сопряженными двойными связями называются диеновыми, с тремя — триеновыми, с многими — полиеновыми. Обычно липиды поглощают свет в более коротковолновой области (?t<240 нм), чем белки или нуклеиновые кислоты. Максимум поглощения ненасыщенных жирных кислот располагается в области 200 нм. Под действием ультрафиолетового света липиды окисляются, причем существует прямая корреляция между степенью их окисляемости и степенью ненасыщенности жирных кислот.

Процессы УФ-индуцированного окисления приводят к образованию гидроперекисей жирных кислот—первичного относительно стабильного продукта реакции. Образование диеновых и триеновых гидроперекисей при УФ-облучении сопровождается возникновением новых максимумов поглощения при 233 и 270 нм соответственно (рис. 50). Квантовый выход такой реакции значительно превышает единицу—например, 90 для этиллинолеата (Н. М. Эмануэль и др.). Это означает, что механизмы фотоокисления и хорошо изученного цепного, свободнорадикального автоокисления липидов близки. Их единство вытекает также из сходства кинетики авто- и фотоокисления ненасыщенных жирных кислот, отмеченного Бейтманом и Ги. На основании этого фотоокисление липида можно представить в виде определенной последовательности реакций

RH+/tv^R+02->R02+RH-*R+02i 1

ROOH> RO"2+RH-» R' + 02^ R02-f-RH^R'.

ROOH ROOH

Свет через образование первичного свободного радикала R' инициирует цепную реакцию перекисного окисления; R-, взаимодействуя с кислородом, превращается в перекисный радикал R0'2, который реагирует с молекулой жирной кислоты RH. При этом регенерирует радикал R* и возникает молекула гидроперекиси.

Первичной фотохимической реакцией, приводящей к образованию радикала является отрыв электрона или атома водорода от одного из атомов углерода жирной кислоты. С энергетической точки зрения энергии кванта света с длиной волны 240 нм, равной около 120 ккал/моль, вполне достаточно, чтобы разорвать любые С—Н-связи в жирных кислотах. Энергия С—Н-свя-зей составляет 93 ккал/моль для насыщенных соединений с длинной цепью, 89 ккал/моль для связи у С = С-угле-родных атомов ненасыщенных соединений и 77 ккал/моль для связи у углерода, находящегося в а-положении к С = С-связи. Поэтому при прочих равных условиях более вероятен разрыв С—Н-связей у а-углеродного атома.

В случае ненасыщенных жирных кислот при образовании RO-2 и ROOH связь С = С перемещается и возникает сопряженная (конъюгированная) система двойных связей:

—СН2—СН-СН—СН2—СН=СН—сн2— -> -» —СН2—СИ—СИ=СН—СН=СН—СНа->

оо*> СН2—СН—СН=СН—СН=СН—сн2.

Возможно также образование из двух перекисных радикалов димерного бирадикала Ri — О — О — R2. Цепи свободнорадикального окисления имеют различную длину вследствие их обрыва при взаимодействии радикалов R' +

+ R', R' + R02 и R0*2 + R02, приводящем к образованию

молекулярных продуктов нерадикальной природы. Цепи обрываются также под влиянием металлов переменной валентности (например, железо) и антиоксидантов (например, а-токоферол).

Образовавшиеся гидроперекиси претерпевают дальнейшие химические превращения с образованием ряда стабильных продуктов окисления и прежде всего альдегидов:

/Н Оч

сн»—сн—сн=сн—»снй—с< ;с—сна.

I чО W

ООН

Типичный представитель конечных продуктов окислеН /Н

ния — малоновый диальдегид 0/С—сн»~сч0 » который

идентифицируется в липидных препаратах по реакции с тиобарбитуровой кислотой. При этом образуется окрашенное соединение с максимумом поглощения при 532 нм. Образование конечных продуктов окисления — липидов, по данным Ю. А. Владимирова с сотр., включает две последовательные фотохимические реакции:

липид —? гидроперекиси —*- конечные продукты. 02

Процесс в целом носит двухквалтовый характер, причем реакция распада гидроперекисей (вторая стадия) происходит и в отсутствие кислорода. Двухквантовый двухстадийный механизм перекисного фотоокисления ли-ггидов делает его зависимым от длины волны действующего света: длинноволновый УФ-свет приводит к накоплению преимущественно гидроперекисей, в то время как коротковолновое излучение, интенсивно поглощаемое гидроперекисями, способствует образованию конечных продуктов (альдегидов).

Как известно, в клетках преобладающая часть липидов сосредоточена в биологических мембранах. В липидной фазе мембран наиболее существенной и эффективно протекающей реакцией является перекисное, свободнора-дикальное фотоокисление полиненасыщенных жирных кислот — фосфолипидов. При этом фотолиз может иниГлава XIV. Действие УФ-света на липиды

275

циироваться как непосредственным поглощением квантов света липидом, так и через поглощение света другими молекулами. В качестве фотосенсибилизаторов выступают такие соединения, как триптофановые и тирозиновые хромофоры белков, порфирины, флавины и т. д. Отсюда следует, что перекисное окисление липидов может инициироваться не только ультрафиолетовым, но и видимым светом. (Относительный вклад последнего процесса для меморан и клеток невелик.)

Каково же значение перекисного окисления липидов в фотобиологии? Прежде всего уже само разрушение липидов может привести к серьезным нарушениям структурной организации мембран. Вместе с тем известно» что продукты их окисления имеют достаточно выраженные токсические свойства. Результатом действия перекисей липидов и продуктов их дальнейших превращений (альдегидов и кетонов) может быть повреждение белков (прежде всего, сульфгидрильных групп), обусловленное как их окислением, так и образованием стабильных кова-лентных связей между белком и продуктами окисления липидов. Известно, что эти продукты способны инактиви-ровать многие ферменты. Кроме того, они окисляют ряд других биологически важных соединений: цистеин, глю-татион, нуклеотиды, витамины А и D, липоевую кислоту и т. д.

С другой стороны, перекиси липидов могут увеличивать проницаемость мембран как в результате повреждения белков, так и вследствие влияния на липидную часть биологической мембраны. В предельном случае наступает глубокая дезинтеграция мембран. Однако в нормальной мембране цепное перекисное фотоокисление липидов, по-видимому, заторможено вследствие структурных ограничений и наличия разнообразных ан-тиоксидантов.

Рекомендуемая литература

Владимиров Ю. А. Сверхслабые свечения в биохимических реакциях. М., 1966.

Владимиров Ю. А., Арчаков А. И. Перекисное окисление липидов в биологических мембранах. М., 1972.

Потапенко А. Я., Р о щуп кии Д. И., Ко гон Е. А., Влади м и р о в Ю. А. Исследование действия УФ-света на биологические

мембраны. Изменение электропроводности бимолекулярных фосфоли-пидных мембран.—Докл. АН СССР, 1972, 202, 882.

Рощупкин Д. И., Пеленицын А. Б., Талицкий В. В. Действие ультрафиолетового излучения на мембранные структуры животных клеток.— В сб.: Роль изменений структуры мембран в клеточной патологии. М., 1977, с. 53.

Семенов Н. Н. О некоторых проблемах химической кинетики и реакционной способности. М., 1958.

Свободнорадикальные состояния и их роль при лучевом поражении и злокачественном росте. Тезисы докл. М., 1971.

Тарусов Б. К, Иванов И. И., ПетрусевичЮ. М. Сверхслабое свечение биологических систем. М,, 1969.

Эмануэль Н. М., Лясковская Ю. П. Торможение процессов окисления жиров. М., 1961.

Bateman U., Gee G. A kinetic investigation of the photochemical oxidation of certain non-conjugated aleins.— Proc. Roy. Soc. Ser. A, 1948, 195, 391.

Lundberg W.f J б г n i P. Peroxidation of polyunsaturated fatty compounds.—Prog. Chem. Fat. Lipids, 1968, 9, 379.

Глава XV. ЛЕТАЛЬНОЕ ДЕЙСТВИЕ СВЕТА

1. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ЭФФЕКТА

Ультрафиолетовое излучение оказывает летальное действие в основном на животные, растительные, бактериальные вирусы (фаги) и одноклеточные организмы (микробы и простейшие). Летальный эффект у высокоорганизованных многоклеточных (например, птиц, млекопитающих и т. д.) при облучении их ультрафиолетовыми лучами в реальных дозах практически не наблюдается, хотя в принципе он может быть достигнут при очень больших дозах.

У фагов летальное действие проявляется в утрате способности к внутриклеточному размножению, а у микроорганизмов — в гибели клеток до первого деления или чаще всего в первом или последующих поколениях. В конечном счете одиночная клетка теряет способность к образованию макроколоний. Причиной гибели клетки является повреждение жизненно важных молекулярных структур.

Если клетка гибнет от одного «удачно» поглощенного кванта (попадание в мишень), то процесс инактивации клеточной популяции описывается экспоненциальной зависимостью, основ-анной на распределении Пуассона: где N0—число исходных клеток; N— число выживших клеток; а—поперечное сечение инактивации; D — доза; eD — среднее число ударов по чувствительной единице (при о* —

D37 (в квантах на 1 мм2)

В большинстве случаев наблюдается экспоненциальная зависимость выживаемости от дозы облучения, т. е. имеет место одноударный процесс — гибель клетки или фага от «удачного» попадания едийственного кванта (хотя гибель клетки происходит лишь после поглощения 105—107 квантов).

При гетерогенности (по фоточувствительности) клеточной популяции процесс инактивации описывается би-фазной кривой, отражающей наложение двух одноудар-ных экспоненциальных реакций. Известны, однако, случаи и многоударной инактивации. Двухударная инактивация описывается уравнением

N/N0 = e~3D+sDe~jD — e-^O+sD) ( а многоударная (k ударов) — уравнением

k=n—\

NjN0 = 1 — er*D 2 (aD) k№>

где n — число попаданий.

Еще в 1929 г. Гейтс показал, что спектр действия летальности микроорганизмов совпадает не со спектром поглощения клетки в целом, а со спектром поглощения нуклеиновых кислот. В дальнейшем этот факт был подтвержден многочисленными экспериментами.

Как правило, спектры действия летального эффекта имеют выраженный нуклеиновый максимум при 260— 265 нм (рис. 51). Однако для отдельных организмов описаны как чисто «белковые» с максимумом при 280 нм, так и

страница 49
< 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
(20.09.2019)