Биологический каталог




Структура и функции мембран

Автор В.К.Рыбальченко, М.М.Коганов

в УФ-области спектра. Поглощение белков обусловлено двумя основными процессами — переходом с несвязывающей на разрыхляющую орбиталь в пептидных группах, а также переходами со связывающей на разрыхляющую орбиталь в ароматических аминокислотах. УФ-спектры липидов наблюдаются из-за поглощения сопряженных диеновых и ено-льных групп, а также кетонов. Поэтому изменения в спектрах поглощения липидов дают информацию, например, о ходе реакций перекисного окисления липидов.

Весьма характерными являются спектры поглощения входящих в состав мембранных структур коферментов, пигментов и некоторых гормонов, многие из которых поглощают как в УФ-, так и в видимой области.

В последние годы спектроскопия в видимой области спектра широко используется для изучения процессов генерации разности потенциалов внутри фотосинтетической мембраны. Так, было установлено, что в электрическом поле происходит характерное изменение поглощения некоторых пигментов (по-видимому, каротиноидов), величина которого пропорциональна напряженности электрического поля. Этот феномен получил название электрохромно-го эффекта. Благодаря ему оценивают градиент потенциала, возникающего внутри фотосинтетической мембраны при све-тоиндуцированном разделении зарядов между реакционными центрами и первичными акцепторами электронов.. Рис. 23. Схема энергетических

уровней хромофора:

S, S* — основное и возбужденное состояние молекулы; 1—5 и 1—3 — колебательные уровни сииглетиого и триплетиого состояний соответственно; П — поглощение кванта света; БД — безизлучательная диссоциация энергии в виде тепловых колебаний; ФЛ — флуоресценция; Фос — фосфоресценция; ИК — иитеркомбинациоиная конверсия — переориентация спина возбужденного электрона и переход молкулы нз S* в возбужденное триплетное состояние (T); Е — энергия

Флуоресценция. Молекула, находящаяся в основном энергетическом состоянии, поглощая квант света, может перейти в состояние, характеризующееся более высокой энергией. Установлено, что энергия возбуждения может расходоваться тремя различными путями. Один из них сопровождается процессами внутренней конверсии энергии. При этом молекула не испускает поглощенную ею световую энергию (рис. 23). Может происходить фосфоресценция, когда моменты возбуждения и испускания энергии разделены сравнительно большим временным интервалом (от 10-7 с до нескольких часов).

Наконец, одним из путей расходования поглощенной энергии является флуоресценция — высвечивание кванта света с энергией, меньшей энергии поглощенного кванта. Это объясняется тем, что поглощение энергии света переводит молекулу из основного состояния в возбужденное (время жизни такого состояния 10-8—10-9 с). Колебательная энергия уровня 2—5 (S *) будет рассеиваться в виде тепла, например, при соударении молекулы с молекулами растворителя. Молекула достигает самого нижнего (первого) колебательного уровня возбужденного состояния. С этого уровня молекула может вернуться в основное состояние с высвечиванием кванта света (флуоресценция — ФЛ), энергия которого будет меньше энергии поглощенного кванта на ту часть, которая рассеялась в виде тепла. Учитывая, что Emam&=hv, это означает, что высвеченный квант будет иметь меньшую частоту.

^¦возб. света ^флуор-

Эффективность флуоресценции описывается квантовым выходом, т. е. отношением числа квантов флуоресценции к числу квантов поглощаемого света. Уменьшение квантово-

XX

Ш

БД

ФП

з ~TS

ик

3FZE

БД.

Фос ¦* J

7 '

ГЦ Рис. 24. Схема устройства для изучения поглощения света (1—5) и флуоресценции (7—3, 6—8):

1 — источник света; 2, 6 — моно-хроматоры (для выделения пучка света с определенной длиной волны); 3 — держатель кюветы ^образцом; 4, 7 — ФЭУ (фотоэлектронные умножители); 5, 8 — измерительные приборы

го выхода называется тушением флуоресценции, которое является следствием химической реакции столкновения молекул с обменом энергией, миграции энергии по типу резонанса. Все эти факторы зависят (как и при поглощении света) от f, рН среды и концентрации флуоресцирующих молекул.

Схема устройства, позволяющего проводить упомянутые исследования, представлена на рис. 24.

Флуоресценция мембранных систем наблюдается главным образом потому, что один из их основных компонентов — белок, как правило, обладает «собственной» флуоресценцией. Это обусловлено наличием в белковых молекулах ароматических аминокислот — триптофана, тирозина и фенилаланина. Основной вклад во флуоресценцию вносит триптофан. Весьма существенно, что интенсивность флуоресценции триптофана и положение ее максимума зависят от гидрофобностн окружения этой аминокислоты и от свойств растворителя.

Изучение спектра флуоресценции мембран показало, что он аналогичен спектру флуоресценции входящих в них белков. Однако в спектрах наблюдаются определенные различия, обусловленные, в частности, взаимодействием белков с липидами, а также конформационными перестройками в системе. Необходимо отметить, что в состав мембранных систем кроме белков, содержащих ароматические аминокислоты, могут входить также различные компоненты, обладающие собственной флуоресценцией — НАД, фла-вины, ретинол, филлохиноны (вит. A h'Ki), а также хлоро-филлы и другие пигменты, участвующие в процессах трансформации энергии в мембранах. Поэтому флуоресцентные методы широко используются для изучения структуры и функций сопрягающих и рецепторных мембран.

В последние годы область использования флуоресцентных методов в изучении мембранных систем значительно расширена благодаря применению так называемых флуоресцентных меток — соединений, обладающих высоким уровнем собственной флуоресценции и могущих связываться с белками. Используются два основных типа меток, одни из которых ковалентно связываются с белком (например, флуоресцеинизотиоцианат, диазосульфанилат, фор-милметионилсульфометилфосфат), а другие адсорбируются на нем (арсанилинохлорметоксиакридин, пирен-3-суль-фонат). Такие флуоресцентные метки используются для исследования конформационных переходов в

страница 41
< 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 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109

Скачать книгу "Структура и функции мембран" (2.22Mb)


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

п»ї
Rambler's Top100 Химический каталог

Copyright © 2009
(20.09.2019)