Фотобиологические процессы

Так или иначе, физика фотобиологических процессов стоит перед большой совокупностью нерешенных проблем, имеющих принципиальное значение для биофизики и теоретической биологии. [c.482]

Глава 14 ФОТОБИОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ [c.447]

Спектром действия называется кривая зависимости скорости какого-либо фотобиологического процесса (например, фотосинтеза) от длины волны возбуждающего света, интенсивность которого в разных спектральных областях одинакова [c.238]

Рис. 8. Спектр фотобиологических процессов

Задача этой главы — проследить черты общности и специфичности разнообразных фотобиологических процессов, рассмотренных в предыдущих главах. [c.365]

Конечно, предстоит еще большая работа по разработке физических моделей внутримолекулярной динамики макромолекул. Однако уже сейчас ясно, что принцип ЭКВ позволяет с единых общенаучных позиций рассмотреть функционирование различных молекулярных машин, казалось бы, далеких друг от друга по своей биологической роли. Специфика и общность молекулярных механизмов фотобиологических процессов состоит в том, что первичный фотофизический акт использования энергии электронного возбуждения хромофора происходит при непосредственном участии его белкового окружения и ведет к созданию локального конформационно-напряженного состояния. Это состояние затем распространяется на всю макромолекулу, причем возникающие функционально значимые изменения есть результат конформационных превращений в белковой части фоточувствительного хромопротеина. [c.12]

Биофизика фотобиологических процессов IX [c.275]

Выяснение механизмов и путей регуляции начальных этапов трансформации энергии электронного возбуждения и сопровождающих ее молекулярных превращений, включая изменения в хромофорных группах, их белковых носителях и окружающей мембране, представляет собой одну из основных задач биофизики. Эта проблема связана с выяснением роли и механизмов участия электронно-возбужденных состояний в биологических процессах. Специфическая особенность фотобиологических процессов, отличающая их от других темновых биохимических реакций, состоит в том, что источником электронного возбуждения здесь являются кванты света. Однако, несмотря на это отличие, биофизические исследования в области фотобиологии привели к установлению ряда закономерностей, имеющих общебиологическое значение. [c.276]

Общая характеристика начальных стадии фотобиологических процессов [c.277]

Огромное количество фотобиологических процессов (рис. 8) может быть систематизировано как с энергетической, так и с биологической стороны. Если продукты фотобиологической реакции обладают большим, чем исходные вещества, запасом свободной энергии, то речь идет об эндергонической реакции (фотосинтез у растений и водорослей). Законсервированная энергия квантов света используется для покрытия энергетических нужд клеток и организмов. Основной биологический смысл этих реакций — превращение световой энергии в химическую с последующим запасанием ее впрок. [c.35]

По своей биологической значимости фоторецепция (зрение) по праву может быть отнесена ко второму после фотосинтеза фотобиологическому процессу. Фотобиологические процессы, лежащие в основе зрения, относятся к информационным физиологическим реакциям. Действительно, зрение позволяет животным дистанционным путем получать информацию об окружающем мире и правильно ориентироваться во внешней среде, в частности корректировать свое поведение и передвижение в зависимости от условий окружения. Еще большее значение зрение имеет для человека, обладающего второй сиг- [c.119]

Обнаружено также, что в течение, по крайней мере, 20 ч после окончания лаг-фазы накопление антоцианов со временем протекает линейно, а скорость накопления определяется интенсивностью стимулирующего света. Иными словами, скорость синтеза пигментов зависит от количества активной формы фитохрома. Продолжительность лаг-фазы, представляющая собой специфическую характеристику растения данного вида, составляет около 3 ч и не зависит от дозы облучения. Достаточно вспомнить, что для других фотобиологических процессов, имеющих лаг-фазу, ее продолжительность, как правило, зависит от дозы облучения. К сожалению, уто явление еще не получило своего объяснения. [c.217]

Кроме того, способность мембран существовать в нескольких дискретных конформационных состояниях с кооперативными переходами между ними открывает эффективный путь регуляции фотобиологических процессов. Свет также способен инициировать подобные переходы, причем конформационные перестройки могут выступать в роли механизма темнового усиления. [c.375]

Таким образом, внутренняя взаимосвязь между молекулярными и мембранными аспектами фотобиологических процессов достаточно отчетлива. Квант света ини- [c.376]

Миграция энергии. Поглощение кванта света в сложной молекуле, содержащей л-электроны, вызывает переходы между уровнями (5о, Si, Т), как было показано на рис. 8.1. В любых фотобиологических процессах роль электронного возбуждения состоит в том, что таким путем преодолевается активационный барьер начальной стадии реакции. Однако в фотосинтезе свободная энергия конечных продуктов выше, чем начальных (СОг и НгО), и поэтому здесь происходит еще и запасание энергии света в виде энергии химических связей продуктов фотосинтеза. Физическая причина переноса электронной энергии от возбужденной молекулы донора Д к молекуле акцептора А [c.118]

Последовательность отдельных реакций в фотобиологических процессах включает, как правило, следующие стадии поглощение кванта света хромофорной группой и образование электронно-возбужденных состояний —> миграция энергии электронного возбуждения —> первичный фотофизический акт и появление первичных фото- m [c.158]

Действие на вещество Поляризация диэлектриков, возникновение токов проводимости в биологических жидкостях Фотобиологические процессы Когерентное рассеяние ИОНИЗАЦИЯ Фото- н комптон-эффекты образование пары [c.239]

ИК, видимое и УФ-излучения могут вызывать фотобиологические процессы в биоструктурах. [c.242]

Подробное рассмотрение и схемы всех Атетаболических путей содержатся в руководствах по биохимии. Мы вернемся к дыханию и фотосинтезу в гл. 13, посвященной биоэнергетике, и в гл. 14, посвященной фотобиологическим процессам. [c.54]

Биоэнергетические процессы, описаиные в предыдущих главах и сводящиеся к запасанию химической энергии АТФ и еа расходованию, являются темповыми, они происходят без участия света. В этой главе лш рассмотрим важнейшие фотобиологические процессы. [c.447]

Наряду с фотосинтезом важне11шим фотобиологическим процессом является процесс фоторецепции, состоящий в получении информации о факторах внешней среды посредством светового излучения. Рассмотрим наиболее совершенны11 вид фоторецепции — зрение позвоночных. [c.462]

Имеется общая проблема единства и эволюционного происхождения различных фотобиологических процессов. Как мы видели, каротиноиды фигурируют и в фотосинтетических системах, и в фоторецепторах бактерий, и в органах зрения как позвоночных, так и беспо.чвоночных. В то же время имеется сходство между фотофорами биолюминесцентных систем и фоторецепторами. Это не означает, конечно, их единого эволюционного происхождения с последующей дивергенцией. Скорее можно думать о конвергенции — о совпадении структур и функций систем различного происхождения. Так, нельзя считать, что сходство глаза человека и осьминога свидетельствует об их общем предке. Напротив, это сходство означает, что эволюция разных филогенетических ветвей может решать одинаковые задачи сходными способами, так как число этих способов принципиально ограничено. [c.482]

Во второй части учебника Биофизика клеточных процессов изменения коснулись почти всех глав. В разделе Биофизика мембранных процессов добавлен материал о молекулярных механизмах функционирования ионных каналов. Глава XXV написана 3. А. Подлубной и Н. Г. Дещеревской. Серьезно переработаны все главы в разделе Биофизика фотобиологических процессов . [c.3]

Все сказанное предопределяет и построение современного обш его курса биофизики, который подразделяется на две основные части первую — теоретическую биофизику, включаюш ую биофизику сложных систем (в свою очередь подразделяется на кинетику биологических процессов и термодинамику биологических процессов) и молекулярную биофизику (строение и электронные свойства полимеров) вторую — биофизику клеточных процессов, включаюшую биофизику мембранных процессов, биофизику фотобиологических процессов и радиационную биофизику. Вторая часть посвяш ена биофизике конкретных биологических процессов, проте-каюш их на разных структурных уровнях организации живого. Поскольку элементарной ячейкой живого является клетка, эту часть и целесообразно именовать биофизикой клеточных процессов. [c.6]

В книге изложены представления о переносе электронов и трансформации энергии в биомембранах, биофизике сократительных систем и процессах рецепции. Подробно представлен материал о биофизике фотобиологических процессов. Описаны первичные процессы фотосинтеза и другие биологические процессы в биологических системах трансформация энергии и электронно-конформационные взаимодействия в первичных процессах фотосинтеза фотохимические реакции бактериородопсина и родопсина фоторегуляторные и фотодеструктивные процессы. [c.4]

Фотобиология изучает действие света на различные биологические системы. Современный этап развития этой области биологии характеризуется глубоким проникновением в молекулярные механизмы первичных реакций, выяснением внутренней организации фотоэнергетических и фоторецепторных систем. Проблемы фотобиологии оказались в центре внимания серьезных биофизических исследований, а их результаты во многом обогатили современную молекулярную биофизику и, в частности, способствовали раскрытию механизмов электронно-конформационных взаимодействий. Существуют разнообразные фотобиологические процессы, к важнейшим из которых относятся фотосинтез, зрение, фоторецепторные реакции, деструктивное действие ультрафиолетового света. [c.276]

Во всех фотобиологических процессах энергия света необходима для преодоления активационных барьеров химических превращений. Однако в фотосинтезе при этом происходит непосредственное запасание световой энергии и виде энергии химических связей, конечных продуктов (глюкоза), поскольку последние обладают большим запасом свободной энергии по сравнению с исходными веществами (СО2 и Н2О). В остальных фотобиологических процессах свет также индуцирует фотохимические реакции, но в их продуктах не содержится избытка свободной энергии по сравнению с исходными веществами. Тем не менее и в этих случаях в последующих за фотохимической стадиях темновых процесах могут инициироваться сложные физиолого-биохимические превращения, в ходе которых мобилизуются большие количества свободной энергии, ранее запасенной в биоструктурах. Конечные результаты такого рода превращений (например, стимулирующее действие света на морфогенез, биосинтез пигментов, фотостимуляция дыхания) по общему энергетическому эффекту могут быть весьма велики, хотя непосредственного запасания энергии света при этом и не происходит. Последовательность превращений в фотобиологических процессах может включать следующие стадии поглощение света хромофорной группой и образование электронно-возбужденных состояний миграция энергии электронного возбуждения первичный фотофизический акт и появление первичных фотопродуктов промежуточные стадии, включая перенос заряда, образование первичных стабильных химических продуктов физиологобиохимические процессы конечный фотобиологический эффект. [c.276]

Исследования молекулярных механизмов фотопревращений родопсина и бактериородопсина представляют собой важную область биофизики фотобиологических процессов, которая особенно бурно развивается в последние годы. Бактериородопсин Бр был обнаружен в пурпурной мембране галофильных бактерий (В. Стокениус, 1971), которая оказалась новым типом биологической мембраны, способной преобразовывать энергию света. Эта система, видимо, является наиболее простой из всех изученных систем запасания световой энергии в форме разности электрохимических потенциалов Н . Каждая молекула Бр содержит один хромофор-ретиналь (полиеновый альдегид) в комплексе с белком — опси-ном — единственным белком, который содержится в пурпурной мембране. Опсин использует энергию света для активного перемещения протонов через мембрану, в результате чего происходит синтез АТФ и обеспечивается выполнение других физиологических функций. В основе этого биоэнергетического процесса лежит фотохимический цикл превращений Бр. [c.388]

Действие света на растительные и микробные организмы не ограничивается фотосинтезом. Существует большое количество дРУгих, прямо не связанных с фотосинтезом фотобиологических процессов, среди которых в первую очередь следует выделить процессы фоторегуляции. В отличие от фотосинтеза они не участвуют непосредственно в запасании энергии квантов света. Однако фоторегуляторные системы выполняют весьма важную функцию, регулируя многие стороны жизнедеятельности организмов. [c.425]

Еще один тип фотобиологических процессов, также индуцируемых синим светом, составляет большая группа реакций фоторегуляции движения микроорганизмов, называемых фототаксисом. [c.432]

Фотореактивация. Это фотобиологический процесс, направленный на устранение УФ-индуцированных летальных фотопродуктов ДНК. Механизм этого процесса предполагает участие специального фоточувствительного фермента фотолиазы, субстратом которого являются только пиримидиновые димеры. Фотореактивация приводит к распаду димеров пиримидина. Кинетические закономерности реакции фотоферментативного расщепления димеров соответствуют кинетике классических ферментативных процессов, описываемых по схеме Михаэлиса—Ментен [c.443]

Фотозащита. Помимо фотоферментативного расщепления димеров ДНК (про-цесс фотореактивации), уменьшить выход этих фотопродуктов в клетках можно с помощью другого фотобиологического процесса — фотозащиты. Фотозащитный эффект заключается в том, что предварительное облучение меток длинноволновым УФ-светом приводит к значительному уменьшению их чувствительности к летальному действию коротковолнового УФ-излучения. Недавно такой эффект обнаружен у ряда представителей дрожжевых организмов. [c.443]

Интерес к жимии флавишов во многом связан с их предполагаемой ролью в переходе от двухэлектронного механизма окислитапь-но-восстановительных реакций к одноэлектронному. Кроме участия флавинов в митохондриальном переносе электронов они могут также вовлекаться в большое число других фотобиологических процессов [5751, таких, как фототропизм 12561 фототаксис [202] и фотодинамическая активность, учао вуя i них либо непосредственно, либо в качестве сенсибилизаторов. В органах зрения некоторых рыб н млекопитающих содержится кристаллический рибофлавин. [c.243]

В пособии рассматриваются важнейшие закономерности взаимодействия света с веществом, основные понятия фотофизики и фотохимии, общие стадии различных фотобиологических процессов и приводится классификация фотобиологических реакций. Подробно освещены практически исе известные на данный момент фотобиоло-гические процессы. Центральное место отведено систематическому описанию фотосинтеза и зрения. В соответствии с современными представлениями о механизмах фотобиологических реакций внимание читателя акцентируется также на молекулярных и мембранных аспектах проблемы. [c.2]

Как и зрительные реакции, фототаксис относится к информационным фотобиологическим процессам. Под фототаксисом понимают фотоиндуцированные направленные движения свободных биологических объектов. Разумеется, приспособительные двигательные реакции высокоорганизованных животных, вызванные световыми сигналами (например, условные и безусловные рефлексы на свет), можно было бы также отнести к реакциям фототаксиса. Мы же рассмотрим в основном фотобиологические реакции, которые осуществляются без участия высокоспециализированных органов зрения и дифференцированной нервной системы. [c.152]

Спектры действия фотоканцерогенеза (впрочем, как и других фотобиологических процессов в коже) имеют несколько условный характер. Они отражают одновременно как спектральную чувствительность клеток, способных к злокачественному перерождению, так и спектры поглощения инертных покровных тканей. Неудивительно поэтому, что различные авторы, работающие с разными животными, приписывают максимальную канцерогенную активность несколько варьирующим спектральным участкам (от 260 до 300 нм), хотя длинноволновая граница спектров действия единодушно локализуется вблизи 320—340 нм. По мнению Блюма, акцепторами биологически активного света в тканях являются нуклеопротеиды. [c.326]

В настоящей главе рассматриваются фотобиологические процессы, которые не приводят к гибели клеток, а сопровождаются лишь нарушением их физиологических функций. Данная группа реакций может быть отнесена к патофизиологическим реакциям. УФ-свет влияет практически на все метаболические и физиологические реакции растительных и животных клеток и микроорганизмов, причем рассмотрение колоссального фактического материала наталкивается на большие трудности. Это обусловлено преимущественно феноменологическим характером работ и отсутствием точных сведений о природе акцепторов света, фотофизике и фотохимии процессов. [c.327]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология