Фотобиология презентация

Фотобиология

Шкала электромагнитных колебаний

Закон Бугера-Ламберта-Бера

Трансформация энергии электронного возбуждения (внутренняя конверсия)

Обменно-резонансная миграция энергия (ОРМЭ), Т-Т миграция Открыта А.Терениным и В.Ермолаевым в 1952 г. 2. Миграция происходит по триплетным уровням донора и акцептора. 3. Происходит за счет перекрывания триплетных е-орбиталей и электростатического взаимодействия электронов донора и акцептора, идет обмен электронами. 4. Расстояние между донором и акцептором < 2 нм.

3. Фотоприсоединение 3. Фотоприсоединение Фотодимеризация А* + А = (А*….А) = А2 Фотогидратация А* + Н2О = НАОН 4. Фотоперенос электронов Фотоокисление А* + В = А+ + Х- Фотовосстановление А* + С = А- + С+ 5. Фотоперенос протона фотоприсоединение Н+ А + ВН =АН+ + В- фотоотдача Н+ АН+ + В = А- + Н+В 6. Фотогидролиз А-В → А-В* + Н2О → АН + ВОН

3. Люминесценция – свечение ионов, молекул в результате электронного перехода из возбужденного состояния в основное. При этом молекула преобразует поглощенную энергию в собственное излучение. 3. Люминесценция – свечение ионов, молекул в результате электронного перехода из возбужденного состояния в основное. При этом молекула преобразует поглощенную энергию в собственное излучение. Люминесценцию называют холодным свечением Люминесцирующие вещества могут находиться в любом агрегатном состоянии Длительность люминесценции от 10-10 с до нескольких часов

Классификация видов фотолюминесценции По длительности свечения 2. По способу возбуждения

Классификация фотолюминесценции по длительности свечения 1.Флуоресценция (~10-8 c) – фотолюминесценция, при которой молекула переходит из короткоживущего возбужденного состояния S* в основное S0. Наблюдается сразу же после поглощения квантов света и быстро затухает в результате столкновений излучающей молекулы с другими молекулами в растворе. 2.Фосфоресценция (10-3 с - секунды) – фотолюминесценция, при которой молекула переходит из относительно долгоживущего возбужденного состояния S* в основное S0 → S* → Т* → S0, называется послесвечением. Для фосфоресценции характерны большая длина волны излучения, меньшая интенсивность.

Диаграмма Яблонского

Спектр фосфоресценции лежит в области более длинных волн, чем спектр флуоресценции Спектр фосфоресценции лежит в области более длинных волн, чем спектр флуоресценции

Классификация люминесценции по способу возбуждения Фотолюминесценция Термолюминесценция Электролюминесценция Сонолюминесценция Триболюминесценция Хемилюминесценция Биолюминесценция

4.Закон зеркальной симметрии (правило Левшина) – спектр испускания флуоресценции представляет собой зеркальное отражение спектра поглощения, поскольку структура колебательных подуровней одинакова в основном и возбужденном состоянии. 4.Закон зеркальной симметрии (правило Левшина) – спектр испускания флуоресценции представляет собой зеркальное отражение спектра поглощения, поскольку структура колебательных подуровней одинакова в основном и возбужденном состоянии.

Хемилюминесценция (ХЛ) – это свечение, сопровождающее биохимические реакции Процесс хемилюминесценции включает 2 стадии: Образование продукта в возбужденном состоянии (хемилюминесцентная реакция) А + В → Р* 2. Испускание кванта света (люминесценция) Р* → Р + фотон

Виды хемилюминесценции (ХЛ) в живых системах Митогенетическое излучение Сверхслабое свечение (собственная хемилюминесценция СХЛ) клеток и тканей Биолюминесценция (БЛ) Активированная хемилюминесценция (АХЛ)

Эмпирические правила ХЛ 1.Спектр хемилюминесценции подобен спектру фосфоресценции, а не спектру флуоресценции. 2. Абсолютная величина квантового выхода в хемилюминесцентных реакциях имеет невысокие значения. 3. Энергия испускаемого фотона равна сумме энтальпии реакции и энергии активации люминесценции (правило Одюбера). hν = Eа + ∆H

2. Собственная ХЛ. Измерение собственного свечения органов животного

1) реакциями активированных кислородных метаболитов (АКМ) 2) реакциями перекисного окисления липидов 3) реакции с участием оксида азота

Реакции, сопровождающиеся сверхслабым свечением

Типы биолюминесценции (БЛ): 3.1.Адениннуклеотидная  ЛН2 + АТФ + О2 → оксиЛ* +АМФ + СО2 + Н2О + hν↑ (λ=560 нм)  3.2.Пиридиннуклеотидная RCHO + O2 + НАДН2 + ФМН2 → RCOOH + Н2О + НАДН+ + ФМН + hν↑ (λ=490 нм)  3.3.Фотопротеины Целентеразин + Ca2+ = Целентерамид* + CO2 = Целентеразин + hν (469 нм)

Люциферины живых организмов

Сибирский биолюминесцентный червь Fridericia heliota и структура люциферина F. heliota.

Экворин – апопротеин + целентеразин (189 АК, 22 кДа) Целентеразин + Ca2+ = Целентерамид* + CO2 = Целентеразин + hν (469 нм) Экворин с простетической группой целентеразином, используется как индикатор присутствия ионов Са2+

GFP – флуоресцентная метка для изучения экспрессии клеточных белков

Разноцветные GFP-подобные белки коралловых полипов

Направленный апоптоз клеток с помощью белка KillerRed, экспрессированного в митохондриях KillerRed (красный киллер) - флуоресцентный мутант красного белка из антомедузы, облучение которого в клетках бактерий приводит к их массовой гибели. Его индуцируемая светом токсичность определяется продукцией АФК. KillerRed - фотосенсетайзер. При облучении зеленым светом он теряет способность флуоресцировать и начинает продуцировать АФК.

Биолюминесцентный имиджинг (БИ) БИ основан на реакции окисления люциферазой субстрата, которая сопровождается испусканием кванта света. ДНК, кодирующую люциферазу, встраивают в геном целевых клеток, а субстрат вводится системно. БИ с использованием маркера luc2 - быстрый, крайне чувствительный и неинвазивный метод исследования, в том числе и онкологических процессов. Продемонстрирована возможность изучения : - генной экспрессии, - активности клеточных рецепторов, - путей сигнальной передачи, - процессинга РНК, - белок-белковых взаимодействий, - жизнедеятельности стволовых клеток, - процесса апоптоза

4. Активированная ХЛ Химические активаторы ХЛ – это соединения, вступающие в химические реакции с активными формами кислорода (АФК) или органическими радикалами R•, в ходе которых образуются продукты в возбужденном состоянии. R• + А → РА* → РА + hν Активаторы: люминол – 3-аминофталевый гидразид

Структура бактериородопсина и путь протона

Механизм перекачивания протонов за счет энергии света у H. halobium

Идеализированный спектр поглощения

Характеристики люминесцирующих молекул Спектр возбуждения люминесценции - зависимость интенсивности люминесценции I от длины волны возбуждающего света Спектр люминесценции - зависимость интенсивности люминесценции от длины волны люминесценции I = f(λ); I = f(v) Время жизни люминесценции – время, за которое интенсивность излучения уменьшится в е раз, поскольку затухание люминесценции происходит по закону: It = I0 e-t/τ t - время люминесценции τ – время затухания люминесценции