Физические аспекты поглощения света молекулами вещества при протекании фотобиологических процессов. Особенности строения хроматофорных групп, типы электронных переходов.

Общая схема фотобиологических процессов.

Отдельный фотобиологический процесс представляет собой сложную последовательность различных стадий:

1. Поглощение энергии фотона хромофорной группой биомолекулы и образование электронно-возбужденных состояний системы

2. Миграция энергии электронного возбуждения

3. Первичный фотофизический акт и появление первичных фотопродуктов

4. Промежуточные стадии, включающие перенос заряда

5. Образование стабильных химических продуктов

6. Физиолого-биохимические процессы

7. Конечный фотобиологический эффект.

Поглощение монохроматического света веществом описывается законом Бугера-Ламберта-Бера

I = I0e- snl или I = I010- ecl,

где I и I0 - интенсивности ослабленного образцом и падающего на образец монохроматического света ; l - толщина образца (см); n и c - концентрация вещества в образце, выражаемая соответственно в числе молекул на 1 см3 (1/см3) или в молях на литр (М); коэффициенты s (см2) и e [л/(моль " см)] характеризуют способность молекул исследуемого вещества поглощать свет данной длины волны и называются поперечным сечением поглощения и молярным коэффициентом поглощения соответственно. Часто способность образцов поглощать свет количественно оценивают величиной оптической плотности D = ecl = lg (I0 / I ). Зависимость s, e или D от длины волны называют спектром поглощения .

Способность поглощать свет и положение полосы поглощения определяются прежде всего тем, как связаны между собой в молекулах атомы углерода. Чем длиннее в молекуле система сопряженных двойных связей (система чередующихся двойных и одинарных связей между атомами углерода), тем в более длинноволновой области располагается спектр поглощения

Меняя длину волны, можно избирательно возбуждать и фотохимически модифицировать разные биомолекулы. На этом основана избирательность действия света. Поглощение квантов рентгеновского или гамма-излучения осуществляется не молекулами , а атомами и не зависит от того, в состав каких молекул эти атомы входят. Поэтому поглощение ионизирующего излучения происходит в основном теми элементами, которых в организме больше. А так как наш организм на 80% состоит из воды, то радиохимические процессы приводят преимущественно к появлению свободных радикалов воды.

По закону Бугера-Ламберта-Бера молекулы представляют собой мишени с некоторым эффективным сечением s, при попадании в которое происходит поглощение кванта света . В фотохимии ввели понятие поперечного сечения фотохимической реакции s = js (см2). Видно, что s меньше s по абсолютному значению, так как j меньше единицы, но форма кривых зависимостей величин s и s от длины волны света одинакова. Зависимость от длины волны называется спектром действия фотохимической реакции. Для нахождения формы спектра действия проводят определение значений s при нескольких длинах волн. При исследовании относительно простых систем, например растворов ферментов, при каждой длине волны регистрируют дозовую кривую инактивации фермента. Скорость фотоинактивации описывается уравнением

dn / dt = -I0(1 - e- snl)/ l,

где n - концентрация активного фермента.

Особенности строения хроматофорных групп.

Хромофоры — это функциональные группы, которые поглощают электромагнитное излучение независимо от того, возникает при этом окраска или нет. Они содержат группировки атомов, содержащие π - электроны или свободные электронные пары гетероатомов, которые дают свои, характеристические линии поглощения в УФ – области спектра. К хромофорам относят азогруппу —N=N—, нитрогруппу —NO2, нитрозогруппу —N=O, карбонильную группу >С=О.

Рисунок : Типы электронных переходов.