Фотодинамический эффект

Фотосенсибилизаторы — молекулы, способные поглощать свет и индуцировать химические реакции, которые в их отсутствие не происходят. Способность поглощать свет обусловлена наличием в молекулах хромофорных группировок, содержащих обычно циклические ядра. Известно более 400 веществ, обладающих свойствами фотосенсибилизаторов. Среди природных веществ фотосенсибилизаторами являются хлорофиллы, фикобилины, порфирины и промежуточные продукты их синтеза, ряд антибиотиков, хинин, рибофлавин и др. Некоторые фотосенсибилизаторы действуют только в присутствии О2, вызывая фотодинамический эффект. [c.333]

Фотодинамическое действие реализуется не через разрывы пептидных связей, а прежде всего через окисление остатков таких аминокислот, как гистидин, триптофан, тирозин, метионин, цистеин, причем наиболее легко окисляется гистидин и триптофан. Варьируя красители и характеристики среды, можно достичь более или менее избирательной деструкции определенных аминокислот. Например, гистидин разрушается при pH 6 (азот ими-дазола ионизирован), тирозин — при рН>10 (ионизирована гидроксильная группа фенольного кольца). Как правило, экспонированные иа поверхности белковой глобулы аминокислоты разрушаются более эффективно, чем расположенные в ее сердцевине. При измерении методом флеш-фотолиза переходных спектров поглощения тирозина и триптофана Гросвейнером было показано, что, как и УФ-облучение, видимый свет в присутствии эозина (фотодинамический эффект) приводит к образованию одних и тех же лабильных промежуточных продуктов — аланин-феноксильных и 3-индольных свободных радикалов соответственно. Конечными стабильными продуктами фотоокисления триптофана являются кинуренины и меланины, цистина — цистеиновая кислота гистидин и тирозин дают большой набор продуктов. [c.346]

Фотодинамический эффект обнаружен у всех живых организмов. У прокариот в результате фотодинамического действия индуцируются повреждения многих типов утрата способности формировать колонии, повреждение ДНК, белков, клеточной мембраны. Причина повреждений — фотоокисление некоторых аминокислот (метионина, гистидина, триптофана и др.), нуклеозидов, липидов, полисахаридов и других клеточных компонентов. [c.333]

Фотодинамический эффект наблюдается при облучении растворов, в которых концентрация красителя ниже концентрации окисляемого вещества и составляет 10 —Ю" Кривая зависимости скорости реакции от концентрации красителя имеет колоколообразную форму, т. е. проходит через максимум. При окислении гуанозина в присутствии метиленового синего максимальная скорость реакции наблюдается при соотношении реагентов 1 41 2 . Эффективность фотодинамического действия красителей различна, т. е. при одних и тех же концентрациях разных красителей скорость фотоокисления неодинакова. Количественное сопоставление фотодинамической активности в стандартных условиях было проведено лишь в немногих случаях. Так, показано, что метиленовый синий значительно эффективнее акридинового оранжевого при разрушении гуанозина при окислении звеньев гуанозина в составе полинуклеотида это различие в значительной степени сглаживается [c.682]

Некоторые авторы [72] полагают, что между фотодинамическим эффектом и обычной сенсибилизацией существует принципиальное различие. [c.512]

Фотодинамические эффекты — явления, имеющие много общих характерных черт с сенсибилизированным фотоокислением. Эти явления вызывают глубокие биологические изменения в живых организмах при наличии сенсибилизаторов (обычно молекул красителя) и при облучении в присутствии кислорода. [c.122]

Потребление кислорода в условиях фотодинамического эффекта продолжается даже при повышенной температуре и в присутствии таких ингибиторов, как цианид, тогда как при этих же условиях нормальный расход кислорода на дыхание падает. [c.129]

Восприимчивость клеток в отношении фотодинамического эффекта, по-видимому, существенно зависит от их состояния она сильно варьирует также у клеток организмов разного вида. Изменение чувствительности на различных фазах деления клетки вполне может обусловливаться изменением кристаллической структуры содержимого клетки, приводящим к изменению путей использования энергии возбуждения (см. гл. IX). Кроме того, изменение интенсивности дыхания может вызвать соответственное изменение концентрации кислорода, используемого при фотодинамических процессах. Возможно и еще одно объяснение во время процессов переориентации, сопровождающих деление клетки, молекулы красителя могут оказаться в более уязвимых местах, чем в покоящейся клетке. [c.129]

Во всяком случае, не остается сомнений в том, что причиной большей части наблюдаемых радиационных повреждений служит радиолиз обогащенной кислородом воды. Действительно, летальные эффекты наблюдаются при погружении живых организмов в предварительно облученную воду, хотя в этом случае для получения значительного эффекта требуется очень большая доза облучения. Следует, однако, опасаться предположения, что кислород реагирует только таким (или же всегда таким) образом. Исследование фотодинамического эффекта под действием видимого света, кото- [c.213]

Действие видимого света. Индуцируемые видимым светом деструктивные реакции в биологических мембранах наиболее эффективно протекают при облучении биологических систем в присутствии экзогенных сенсибилизаторов и кислорода. Фотодинамические эффекты такого рода оказываются столь сильными, что их можно использовать для фототерапии опухолей — метода, в основе которого лежит разрушение опухолевых клеток видимым светом в присутствии порфириновых молекул, способных достаточно избирательно накапливаться в опухолевой ткани. [c.454]

Особой разновидностью летальных реакций представляется так называемый фотодинамический эффект, когда искусственно внесенная в клетку краска сенсибилизирует организм к видимому свету в присутствии кислорода. [c.39]

Как уже отмечалось, большинство реакций, вызываемых ультрафиолетовым светом, относится к деструк-тивно-повреждающим. Однако и видимый свет в ряде случаев способен к аналогичному действию фотодинамический эффект, большие (лазерные) интенсивности света. [c.40]

Ультрафиолетовый свет является одним из естест-венны мутагенных факторов. Наибольшей мутагенной активностью обладает свет с длиной волны менее 300 нм. Мутагенное действие видимого света (с очень низким квантовым выходом), как правило, зависящее от кислорода, по-видимому, в большинстве случаев обусловлено фотодинамическим эффектом. Свет с длиной волны 300 нм, обладающий слабой бактерицидной активностью, мутаций не вызывает. [c.306]

Впервые роль каротиноидов в предотвращении летального эффекта, вызываемого фотоокислением, была показана при изучении бескаротиноидного мутанта пурпурной бактерии КИоёорзеи- отопаз зркего1(1ез. Исходная культура хорошо росла фототрофно в анаэробных условиях, но могла также расти на свету и в темноте в аэробных условиях. Полученный из нее мутант, лишенный каротиноидов, обладал низкой скоростью роста на свету в анаэробных условиях и в темноте в аэробных условиях, но быстро погибал при перенесении на свет + воздух. Фотоокислительные повреждения могут развиваться и у нефотосинтезирующих прокариот, так как в их клетках также имеются окрашенные молекулы, поглощающие видимый свет, которые могут функционировать как фотосенсибилизаторы. Действие каротиноидов не ограничивается только их участием в защите от фотодинамического эффекта. Они гасят синглетное состояние кислорода независимо от того, в каких реакциях он возникает на свету или в темноте. [c.339]

Фотодинамическим эффектом, или фотодинамическим действием, в химии нуклеиновых кислот называют сенсибилизированное красителя.ми окисление оснований и их производных при облучении видимым светом в присутствии кислорода. Результатом фотодина-мического действия является деструкция главным образом пуриновых оснований и нуклеозидов 255-258 приводящая в случае нуклеиновых кислот к потере биологической активности 259-262 более жестких условиях облучения иногда помимо пуриновых нуклеозидов частично деградируют также тимидин и уридин [c.681]

Согласно имеющимся данным, наиболее вероятные механизмы фотодинамического эффекта сводятся к следующему либо возбужденный краситель реагирует с кислородом и получающееся при этом соединение окисляет производное основания, либо осуществляется перенос энергии сенсибилизатора на кислород, который в возбужденном состоянии реагирует с производным основания Прямой перенос энергии сенсибилизатора на производные основания невозможен, так как V красителя меньще Ет производного основания. Например, Ет люмифлавина составляет 16 500 слг , а Ет гуанозина 23 300 см . Однако не может быть полностью исключен механизм переноса энергии на производное основания с высших возбужденных уровней триплетного состояния красителя, заселенных в результате двухфотонного процесса [c.685]

Охарактеризовав в общих чертах химическую природу фотосинтеза, целесообразно аналогично определить и его физическую природу, причислив фотосинтез к сенсибилизированным фотохимическим реакциям. Эта реакция должна быть сенсибилизирована пигментом, потому что субстрат реакции ( Og + HjO) не поглощает видимого света. Понятие сенсибилизации привычно из фотографии, а также из представлений о так называемом фотодинамическом эффекте в биологии и о многих фотохимических реакциях in vitro. В точном смысле слова сенсибилизация обозначает фотохимическую реакцию, индуцированную веществом, поглощгющим свет, которое само не претерпевает необратимых изменений в реакции и не исчезает. [c.61]

Действие излучений. Микроорганизмы в процессе жизнедеятельности могут быть подвержены воздействию различных видов излучений. Влияние излучений на микроорганизмы зависит от длины волны. Инфракрасное излучение оказывает тепловое воздействие на микроорганизмы. Важное экологическое значение имеет свет для фотосинтезирующих микроорганизмов, которые не могут развиваться в его отсутствие. Излучения определенной длины волны видимой части спектра необходимы для жизнедеятельности пигментообразующих бактерий. Изменение интенсивности освещенности сопровождается перемещением микроорганизмов, находящихся в воде во взвешенном состоянии (фотодинамический эффект). Све толюбивые (фотопозитивные) виды перемещаются в верхние слои. Фотонегативные формы характерны для донных отложений. Ультрафиолетовое излучение с длиной волны от 200 до 300 нм обладает наиболее сильно выраженным бактерицидным действием. На прямом солнечном свету отмирание микробов происходит в тонком слое воды через 20—30 мин. [c.221]

Волны длиной от 4000 до 8000 ангстрем, т. е. видимая часть спектра также обладают способностью убивать бактериальные клетки. Однако бактерицидная сила их уже меньше, по сравнению с более короткими ультрафиолетовыми лучами. Волны, входящие в состав видимой части спектра, обладают, кроме того, еще особым фотодинамическим действием. Оно заключается в том, что бактерии вообще свободно переносят небольшие концентрации таких анилиновых красок, как метиленовая голубая, фуксин, зозин и др. На питательных средах, в которые добавлены эти краски, бактерии обычно дают хороший рост, однако при непременном условии, чтобы инкубация происходила без доступа дневного света. Это обусловлено тем, что в присутствии анилиновых красок бактериальные клетки перестают пропускать череэ себя лучи, входящие в видимую часть спектра. Задерживаясь в теле микробов, эти лучи производят свое разрушительное действие. По-видимому здесь происходит усиление окислительных процессов, так как в отсутствие кислорода воздуха подобного фотодинамического эффекта не наблюдается. [c.24]

Фотодинамическое действие можно рассматривать как сенсибн лизируемое красителем фотоокисление субстрата типа окислительной деструкции определенных аминокислотных боковых цепей белка [639], которое протекает без разрушения красителя [320, 651]. Биологический эффект этого процесса отличается от биологического эффекта, вызываемого прямым поглощением ультрафиолетового излучения [662—665]. Например, при бактерицидном действии УФ-света (280 нм) может иметь место фотодимеризация тимина, протекающая в процессе дезактивации ДНК [665, 666]. Для объяснения различных фотодинамических эффектов могут быть привлечены механизмы, рассмотренные на стр. 454, например, механизмы с переносом кислорода. В отсутствие кислорода фотоокисленИе может протекать и по пути отрыва водорода с образованием семи-хиноновых радикалов красителя и радикалов субстрата [237]. [c.459]

Единственное отличие между химическими процессами, происходящими при фотодинамических эффектах, и фотосенсибилизи-рованным окислением, описанным выше, вероятно, состоит в том, что первые происходят в живых организмах. Поэтому реакции фотосенсибилизированного окисления, происходящие в неживых полиэлектролитных системах, часто недостаточно точно называют фотодинамическими процессами. [c.128]

Положение еще более усложняется тем, что некоторые организмы (например, В1ерНог1зта [53]) очень восприимчивы к совместному действию света и кислорода вследствие присутствия в них внутриклеточного пигмента, обусловливающего фотодинамический эффект. [c.130]

Из всех явлений, в которых химические процессы связаны с возбужденными электронными состояниями, легче всего обнаружить те, в которых прямое поглощение света сопровождается химической реакцией (например, фотосинтез, фотодинамический эффект, фототропизм и т. д.), или же те, в которых химические реакции приводят к прямому излучению света (хемолюминесценция). Исследованию таких процессов посвящено очень много работ. Изучение биолюминесцентных реакций идет по трем основным направлениям. [c.163]

Предлагаемый тип механизма такой реакции уже разбирался при обсуждении фотодинамического эффекта (гл. V). Бирадикалы, образовавшиеся при облучении, легко реагируют с бирадикальной молекулой кислорода, и поэтому они могут служить агентами, переносящими кислород. Не приходится сомневаться в том, что по крайней мере частично влияние кислорода на чувствительность к излучению определяется механизмом, аналогичным механизму, предложенному для фотодинамического процесса. Однако фотодинамиче-ское повреждение носит, вероятно, более специфический характер. Для подтверждения такой точки зрения мы располагаем только скудными данными о фотореактивации после воздействия рентгеновскими лучами [12] (хотя, по-видимому, в этом случае реактивация фага действительно происходит), тогда как при облучении уль- [c.214]

Фотодинамические эффекты наблюдаются и при облучении биологических систем видимым светом без добавленных сенсибилизаторов. Недавно такой эффект подробно исследован на дрожжевых клетках. На основании изучения спектра действия фотоинактивации клеток, обнаружившего близкое сходство со спектром поглощения порфирина, выделенного из плазматических мембран дрожжей, сделано заключение, что этот пигмент выполняет роль эндогенного фотосенсибилизатора. Показано также, что основным инициатором фотодеструктивных реакций, приводящих к нарушению барьерной функции плазматических мембран, является фотогенерируемый порфирином. Как установлено в экспериментах с изолированными плазматическими мембранами, фотосенсибилизированное изменение их проницаемости обусловлено главным образом процессом перекисного фотоокисления липидов. На основании зарегистрированного методом ЭПР ограничения подвижности спинового зонда (5-доксилпальмитат) сделан вывод о том, что перекисное фотоокисление липидов сопровождается увеличением вязкости мембраны. [c.456]

Во многих случаях фотодинамическое повреждение биологических объектов протекает по одноквантовому одноударному механизму. Однако у некоторых микроорганизмов сенсибилизация летального и мутагенного действия света имеет различные механизмы. Например, у нейроспоры фотодинамический бактерицидный эффект — одноударный, а мутагенный — двухударный процесс. Наконец, если кванты света через фотодинамический эффект адресуются ферментам, содержание которых в клетке велико (например, данный фермент представлен 1000 молекулами), то фотодинамическое действие будет протекать по многоударному механизму, поскольку инактивация одной или нескольких молекул не приведет к гибели клетки. Наоборот, гибель клеток или фагов в результате фотодинамического повреждения ДНК является, как правило, одноударным процессом. [c.340]

Гиперчувствительность к видимому свету, обусловленная повышенным содержанием порфиринов вследствие нарушения их метаболизма, характерна для млекопитающих животных и человека. Она может быть вызвана накоплением в коже и открытых для солнца местах тела животных фотодинамических веществ растительного происхождения, например гиперицина, который содержится в некоторых растениях (зверобой). Питающиеся такой травой овцы на ярком солнечном свету заболевают и даже гибнут. Нарушение функции печени приводит к накоплению в коже фотодинамически активного производного хлорофилла — филлоэритрина. Наконец, гиперчувствительность человека к свету может быть вызвана некоторыми лекарственными препаратами. Заболевания, вызванные фотодинамическим эффектом, обусловлены в основном вторичными явлениями, связанными с токсическим действием диффундирующих в кровь фотохимических продуктов. [c.350]

Первичные фотохимические реакции многообразны и охватывают почти все превращения, рассмотренные в гл. П. На стадии образования первичных фотопродуктов возникает одна из трех ситуаций либо хромофор претерпевает чисто внутримолекулярные химические перестройки, а соседние молекулы остаются химически неизменными (например, цкс-гранс-изомеризация 1-цис- и М-цис-ретиналя в родопсине и бактериородопсине соответственно) либо после быстрых и обратимых превращений хромофор не изменяется, а химические перестройки испытывает другая близлежащая молекула (такая фотоката-литическая функция хромофора свойственна хлорофиллу при фотосинтезе и красителю при фотодинамическом эффекте) либо изменяются одновременно и хромофор [c.367]

В 1967 г. ЪШегтап показал, что УФ-излучение (255—285 нм) ингибирует На , К -АТФазную активность нервных волокон краба. Видимый свет ингибировал Ыа , К -АТФазу различных типов клеток, сенсибилизируемых метиленовым синим, бенгальским розовым или протопорфирином, благодаря фотодинамическому эффекту. Однако чувствительность Ыа , К+-АТФазы к видимому свету в отсутствие экзогенных фотосенсибилизаторов не показана. Воздействие излучения аргонового лазера (488 нм, 0,1 Вт/см ) индуцировало ингибирование Ыа+, К -АТФазы из мозга крыс дозозависимым образом. [c.170]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология