Литература

• Владимиров Ю.А. Биофизика. – М., 1983, с. 41-50

• Берберова Н.Т. Из жизни свободных радикалов // СОЖ, 2000, №5, с. 39-44

• Владимиров Ю.А. Свободные радикалы в биологических системах // СОЖ, 2000, №12, с. 13-19

• Кулинский В.И. Активные формы кислорода и оксидативная модификация макромолекул: польза, вред и защита // СОЖ, 1999, №1, с. 2-7

Занятие № 12

ТЕМА: Хемилюминесценция

Цель: Изучить механизмы высвечивания фотонов при химических реакциях и возможности метода хемилюминесценции в исследовании биологических процессов

Хемилюминесценцией (ХЛ) называют свечение, сопровождающее химические реакции. Наличие такого свечения означает, что энергия, которая выделяется на одной из стадий химического процесса, протекающего в системе, оказывается достаточной для образования одного из продуктов реакции в электронно-возбужденном состоянии. Среди огромного разнообразия биохимических реакций, протекающих в живых организмах, лишь единичные сопровождаются измеримым излучением в видимой или ультрафиолетовой областях спектра. Наиболее изучены пять типов процессов, сопровождающихся свечением: биолюминесценция; хемилюминесценция в системах, содержащих активные формы кислорода; хемилюминесценция, сопровождающая реакции свободнорадикального окисления органических соединений; свечение, образующихся при действии физических факторов; термолюминесценция.

Вопросы для рассмотрения на занятии:

1. Разновидности люминесценции (био-, хеми-, фотохеми-, трибо-, соно-) и факторы их порождающие.

2. Механизм возникновения люминесценции свободных радикалов на примере УФ-возбужденного триптофана (рекомбинационное свечение). Антистоксов сдвиг.

3. Общие черты хемилюминесцентных реакций. Хемилюминесценция при электролизе.

4. Механизм хемилюминесцентных реакций в растворах. Люминесценция рубрена.

5. Люциферин-люциферазная реакция.

6. Стадии превращения перекисей липидов, приводящие к появлению хемилюминесценции.

7. Типы радикалов, которые могут давать хемилюминесценцию. Реакция карбонатов, приводящая к появлению возбужденных молекул.

8. Характеристики хемилюминесценции (спектр, квантовый выход, время жизни). Доказательства триплетного состояния продуктов перекисного окисления.

9. Физические активаторы хемилюминесценции.

10. Химические факторы активации. Механизм активации на примере люминола.

11. Применение люминесценции в биологии и медицине.

Самостоятельная работа

Прозрачность некоторых типов солнечных очков для света зависит от его интенсивности. Линзы очков светлые в условиях слабой освещенности в помещении, но темнеют на солнце. Веществом, которым определяется это изменение, является кристаллическое хлористое серебро, входящее в состав стекла. Предложите фотохимический механизм для объяснения этого эффекта.

Литература

• Владимиров Ю.А. Потапенко А.Я. Физико-химические основы фотобиологических процессов. – М., 1989, с. 157-187 (Глава 9)

• Рощупкин Д.И., Артюхов В.Г. Основы фотобиофизики. – Воронеж, 1997, с. 29-34 (Глава 3)

Занятие № 13

ИТОГОВОЕ ЗАНЯТИЕ: Структура и свойства мембран. Мембранные процессы

Контрольные вопросы:

1. Диффузионный перенос частиц через мембрану. Уравнение Теорелла. Первый закон Фика.

2. Проницаемость мембран. Второй закон Фика.

3. Влияние примембранных слоев воды на проницаемость мембран.

4. Молекулярные машины, осуществляющие первичный активный транспорт ионов.

5. Последовательность стадий работы Са-АТФазы.

6. Молекулярная организация и стадии работы Na-K-АТФазы.

7. Факторы, определяющие распределение ионов между водной и липидной фазой.

8. Факторы, определяющие подвижность ионов.

9. Переносчики ионов. Селективность.

10. Каналообразующие агенты. Селективность.

11. Молекулярная организация Na- и K- каналов. Селективность.

12. Перенос протонов через мембрану.

13. Факторы, определяющие формирование потенциала покоя.

14. Вольтамперные характеристики каналов. Отличия от характеристик переносчиков при постоянном и переменном напряжении.

15. Регистрация токов через мембрану в условиях фиксации потенциала (экспериментальные предпосылки для теории Ходжкина-Хаксли).

16. Блокаторы ионных каналов.

17. Регистрация потенциала действия потенциал-зависимых натриевых и калиевых токов. Пороговость действия.

18. Динамика натриевых и калиевых токов при формировании потенциала действия.

19. Модель Ходжкина-Хаксли. Воротные механизмы каналов.

20. Воротные токи. Регистрация воротных токов.

21. Распространение импульса: эквивалентная цепь с распределенными элементами. Телеграфное (кабельное) уравнение.

22. Решение телеграфного уравнения для стационарных условий: падение напряжения в зависимости от толщины (радиуса) нервного волокна, сопротивления мембраны. Влияние миэлинизации на скорость распространения импульса.

23. Особенности потенциалов в кардиомиоцитах. Влияние кальциевых токов.

24. Инициация сигналов. Возникновение автоколебаний – осциллятор Теорелла.

25. Свободные радикалы. Определение, обнаружение, свойства.

26. Факторы, определяющие активность и стабильность свободных радикалов. Примеры.

27. Свободные радикалы в организме. Источники.

28. Номенклатура свободных радикалов.

29. Активные формы кислорода. Свойства, источники.

30. Первичные радикалы в организме.

31. Вторичные радикалы в организме.

32. Перекисное окисление липидов.

33. Свойства природных и синтетических антиоксидантов.

34. Ферментативная антиоксидантная система.

35. Продукты перекисного окисления в организме.

36. Роль свободных радикалов в физиологических и патофизиологических процессах.

37. Люминесценция. Классификация процессов и факторы их вызывающие.

38. Биолюминесценция. Примеры систем.

39. Рекомбинационное свечение. Причины возникновения антистокова сдвига.

40. Химическая природа соединений, способных высвечивать фотоны.

41. Физические активаторы хемилюминесценции. Механизмы действия.

42. Общая схема процессов, приводящих к высвечиванию фотона на примере рубрена.

43. Схема процессов, приводящих к образованию возбужденных продуктов перекисного окисления липидов.

44. Химические активаторы. Механизм действия на примере люминола.

45. Состояние возбужденного продукта, оценка характеристик.

46. Определение квантового выхода хемилюминесценции.

47. Определение спектральных характеристик хемилюминесценции.

48. Определение времени жизни возбужденного продукта при хемилюминесценции.