Вопрос 4. 19 минут. Фотобиологические процессы.
Фотобиологическими называются процессы, которые начинаются с поглощения света биологическими системами, а заканчиваются определенной физиологической реакцией организма.
Существуют разнообразные фотобиологические процессы, к важнейшим из которых относятся фотосинтез, зрение, фоторецепторные реакции, деструктивное действие ультрафиолетового света, биохемилюминсценция.
По воздействию на организм человека и животных их можно разделить на позитивные (полезные) и негативные (вредные).
К позитивным фотобиологическим эффектам у человека и животных относятся:
Зрение.
Фотопериодизм (регуляция суточных и годовых циклов жизни животных путем циклического воздействия “темнота-свет”).
Образование витамина Д из его провитаминов.
К негативным фотобиологическим процессам относят:
Фототоксические эффекты:
световые повреждения глаз и кожи, проявляются в форме помутнения хрусталика, эритемы, пигментации кожи;
бактерицидное действие (имеет и положительное значение);
канцерогенное действие ультрафиолетового излучения.
Фотоаллергические эффекты (то есть увеличение чувствительности организма к некоторым аллергенам под действием света).
По характеру биологического воздействия на организм человека и животных весь оптический диапазон электромагнитного излучения принято разбивать на несколько областей, вызывающих вполне определенные фотобиологические эффекты:
1. Инфракрасная область. (750 нм) - тепловые эффекты.
2. Видимая область (400750 нм) - зрение, фотопериодизм.
3. Ультрафиолетовая область делится в свою очередь на три диапазона:
УФ - А (315340 нм) - загар, синтез витамина Д, фотоаллергические и фототоксические эффекты.
УФ - В (280315 нм) - эригема, загар, ожог кожи и глаз, синтез витамина Д, канцерогенез.
УФ - С (200280 нм) - эригема, загар, канцерогенез, мутация, бактерицидный эффект.
Каким же образом формируется отклик организма на световое воздействие? Оказывается, что несмотря на большое разнообразие фотобиологических процессов, в любом из них всегда можно выделить следующие первичные стадии:
Поглощение кванта
света хромофорной группой и
образование
электронно-возбужденного состояния
Миграция энергии
электронного возбуждения
(внутримолекулярная
и межмолекулярная)
Первичный
фотофиический акт и
появление первичных
фотопродуктов
(ионов,
радикалов или ион-радикалов)
Промежуточные
стадии, включающие перенос заряда
Образование
первичных стабильных химических
продуктов
Физиолого-биохимические
процессы.
Биохимические
реакции с участием образовавшихся
фотопродуктов (например, инактивация
ферментов и белков, окисление липидов
и т.п.).
Общефизический
ответ на действие света
(эритема,
ожог, пигментация, зрение и т.п.).
К первичным фотохимическим реакциям относятся:
а
)
фотодиссоциация молекул с образованием
ионов, радикалов
A + B
(А-В)+ h (A-B)* A+ + B+
A + B
б) фотоизомеризация (или перегруппировка)
А(транс-форма) + h (A)* А(цис-форма)
в) фотоприсоединение или фотоотдача протона
А*+ВН
Одной из важнейших характеристик любого фотобиологического процесса является спектр его фотобиологического действия.
Спектром фотобиологического действия называется зависимость фотобиологического эффекта от длины волны действующего света.
Знание спектра действия для какого-либо фотобиологического процесса позволяет в зависимости от стоящей задачи выбрать область спектра, либо наиболее вызывающую этот процесс, либо наоборот, практически не вызывающую этот фотобиологический процесс, если он нежелателен. С увеличением дозы эффективность фотобиологических процессов возрастает.
Очень важным законом, широко используемым в приложениях, является следующий: форма спектра фотобилогического действия соответствует спектру поглощения вещества, ответственного за рассматриваемое фотобиологическое действие.
Этот закон весьма важен, так как позволяет путем сравнения спектров фотобиологического действия со спектрами поглощения отдельных веществ, входящих в биосистему, выяснять физико-химические механизмы интересующего фотобиологического процесса.
Например, было установлено, что кривая гибели бактерий под действием света УФ-С диапазона имеет максимум в области 265 нм, а ее форма близка к спектру поглощения нуклеиновых кислот. Это и позволило сделать вывод, что гибель бактерий под действием УФ-излучения обусловлена именно повреждением нуклеиновых кислот (ДНК).
Подобным путем удается выяснить природу акцептора квантов света, а затем делать предположения и выводы относительно фотохимических реакций, протекающих в организме.
5 минут
Заключение
По характеру биологического воздействия на организм человека и животных весь оптический диапазон электромагнитного излучения принято разбивать на несколько областей, вызывающих вполне определенные фотобиологические эффекты:
1. Инфракрасная область. (750 нм) - тепловые эффекты.
2. Видимая область (400750 нм) - зрение, фотопериодизм.
3. Ультрафиолетовая область делится в свою очередь на три диапазона:
УФ - А (315340 нм) - загар, синтез витамина Д, фотоаллергические и фототоксические эффекты.
УФ - В (280315 нм) - эригема, загар, ожог кожи и глаз, синтез витамина Д, канцерогенез.
УФ - С (200280 нм) - эригема, загар, канцерогенез, мутация, бактерицидный эффект.