ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии 1

Скачать презентацию ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии 1 Скачать презентацию ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии 1

4.2_do_fotobiologiya.ppt

  • Размер: 14.4 Мб
  • Автор:
  • Количество слайдов: 112

Описание презентации ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии 1 по слайдам

ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии 1 Фотобиология ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии 1 Фотобиология

ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии 2 Фотобиология (ФБ, квантовая биофизика) – ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии 2 Фотобиология (ФБ, квантовая биофизика) – наука, изучающая закономерности и механизм действия света на биосистемы. ФБ изучает фотобиологические процессы, протекающие в организмах под действием видимого (380 -760 нм), ультрафиолетового (12 -380 нм) и ближнего инфракрасного (760 -900 нм) света.

ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии

Шкала электромагнитных колебаний ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии Оптическая область спектра Шкала электромагнитных колебаний ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии Оптическая область спектра

Закон Бугера-Ламберта-Бера ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии. Закоо н Бугео ра —Закон Бугера-Ламберта-Бера ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии. Закоо н Бугео ра — Лао мберта — Бео ра — физический закон, определяющий ослабление параллельного монохроматического пучка света при распространении его в поглощающей среде. Закон выражается следующей формулой: I (l) = I 0 e -K λ l или lg I 0 \I = ε c l D = ε c l где I 0 — интенсивность входящего пучка, l — толщина слоя вещества, через которое проходит свет, k λ — показатель поглощения , D – оптическая плотность раствора 1. Оптическая плотность 1 М раствора называется молярной экстинкцией. 2. Свет различных длин волн поглощается неодинаково. 3. Показатель поглощения — коэффициент, характеризующий свойства вещества и зависящий от длины волны λ поглощаемого света. Эта зависимость называется спектром поглощения вещества.

ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии

ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии 7 Основные стадии фотобиологического процесса 1. ФотофизическаяФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии 7 Основные стадии фотобиологического процесса 1. Фотофизическая (поглощение кванта света, размен и миграция энергии) 2. Первичная фотохимическая (образование первичного фотопродукта) 3. Вторичная фотохимическая (образование стабильного продукта) 4. Темновые реакции (цепь биохимических реакций или перестройки клеточных структур) 5. Биологический эффект (физиологический ответ на действие света)

ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии 8 ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии

ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии

ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии 10 ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии

ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии 11 Поглощение и испускание света иллюстрирует диаграммаФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии 11 Поглощение и испускание света иллюстрирует диаграмма уровней энергии, предложенная Яблонским

ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии. Взаимодействие молекул с фотонами Возбуждение молекулы →переходФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии. Взаимодействие молекул с фотонами Возбуждение молекулы →переход электрона из основного состояния в возбужденное с большей энергией →переход в основное состояние + h ν. Энергия молекуля складывается из 3 частей: Различают два главных состояния электронных оболочек: 1) синглетное основное и воезбужденное состояние (все спины электронов антипараллельны, неспаренные электроны отсутствуют) и 2) триплетное основное и возбужденное состояние (спины электронов параллельны, имеются неспаренные электроны). Основное состояние для большинства веществ — синглетное , за исключением кислорода, для которого основное состояние – триплетное. Е мол = Е е + Е кол + Е вр Е е >> Е кол >> Е вр

Идеализированный спектр поглощения ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии 13 Идеализированный спектр поглощения ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии

ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии 14 ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии

ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии 15 Все электронные переходы происходят без измененияФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии 15 Все электронные переходы происходят без изменения межъядерного расстояния. Электронные переходы являются настолько быстрыми (10 -14 – 10 -15 с) по сравнению с движением ядер в молекуле (10 -12 – 10 -13 с), что за время электронного перехода относительное расположение ядер и их кинетическая энергия не изменяются. Принцип Франка — Кондона.

ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии S 0 – основной уровень  SФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии S 0 – основной уровень S 1 – первичный синглетный уровень S 2 – вторичный синглетный уровень Т 1 – первичный триплетный уровень Т 2 – вторичный триплетный уровень e -h ν e — ФОТОХИМИ Я МИГРАЦИЯ ЭНЕРГИИТЕПЛОВЫЕ ПОТЕРИ h ν флуор. ФЛУОРЕСЦЕНЦИЯ h ν фосфор ФОСФОРЕСЦЕНЦИ ЯПреобразование энергии возбужденных электронных состояний

ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии. Трансформация энергии электронного возбуждения (внутренняя конверсия) ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии. Трансформация энергии электронного возбуждения (внутренняя конверсия)

ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии. S 0 h ν донор ~ 10ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии. S 0 h ν донор ~ 10 -13 c акцепто р. S 0 ~ 10 -13 c ф л. Индуктивно-резонансный механизм передачи энергии осуществляется при слабых энергиях взаимодействия между молекулами. Время миграции τ м >> 10 -12 с. Расстояния переноса энергии 2 -10 нм

ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии

ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии. S 0 h ν  10 -13ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии. S 0 h ν 10 -13 — 10 -1 4 c При экситонном переносе энергии возбуждение «бежит» по верхним колебательным уровням взаимодействующих молекул, не успевая локализоваться на каждой из них в отдельности. Время миграции τ м << 10 -12 с. Экситонный механизм передачи энергии.

ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии. Основные типы фотохимических реакций 1. Фотораспад 2.ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии. Основные типы фотохимических реакций 1. Фотораспад 2. Фотоперегруппировка Фотоизомеризация Фототаутомеризация

ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии 3. Фотоприсоединение Фотодимеризация    ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии 3. Фотоприсоединение Фотодимеризация А* + А = (А*…. А) = А 2 Фотогидратация А* + Н 2 О = 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* + Н 2 О → АН + ВОН

ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии 23 ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии

 • Люминесценция – свечение атомов, ионов, молекул,  возникающее в результате электронного перехода • Люминесценция – свечение атомов, ионов, молекул, возникающее в результате электронного перехода при их возвращении 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

Характеристики люминесцирующих молекул • Спектр возбуждения люминесценции - зависимость интенсивности люминесценции  I отХарактеристики 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 = I 0 e-t/τ t — время люминесценции τ – время затухания люминесценции

Классификация видов фотолюминесценции 1. По длительности свечения 2. По способу возбуждения 26 Классификация видов фотолюминесценции 1. По длительности свечения 2. По способу возбуждения

Классификация фотолюминесценции по длительности свечения  1. Флуоресценция ( ~10 -8 c) – видКлассификация фотолюминесценции по длительности свечения 1. Флуоресценция ( ~10 -8 c) – вид фотолюминесценции, при котором молекула переходит в основное состояние S 0 из короткоживущего возбужденного состояния S *. 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) – вид фотолюминесценции, при котором молекула переходит в основное состояние S 0 из относительно долгоживущего возбужденного состояния S * → Т* → S 0 , называется послесвечением. Для фосфоресценции характерны большая длина волны излучения, меньшая интенсивность.

Диаграмма Яблонского ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии Диаграмма Яблонского ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии

ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии 29 ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии

 • 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 •Классификация люминесценции по способу возбуждения • Фотолюминесценция • Термолюминесценция • Электролюминесценция • Сонолюминесценция • Триболюминесценция • Хемилюминесценция • Биолюминесценция ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии

ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии. Законы люминесценции 1. Закон Стокса - спектрФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии. Законы люминесценции 1. Закон Стокса — спектр флуоресценции лежит в более длинноволновой области по сравнению со спектром поглощения, т. к. энергия испускаемого кванта ниже, чем энергия поглощенного кванта.

2. Правило Каши – спектр флуоресценции (и фосфоресценции) не зависит от длины волны возбуждающего2. Правило Каши – спектр флуоресценции (и фосфоресценции) не зависит от длины волны возбуждающего света, т. к. излучательный переход может происходить только с самого нижнего возбужденного колебательного уровня.

ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии 3. Закон Вавилова – квантовый выход флуоресценцииФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии 3. Закон Вавилова – квантовый выход флуоресценции ( Q ) не зависит от длины волны возбуждающего света, т. к. излучательный переход может происходить только с самого нижнего возбужденного колебательного уровня. Квантовый выход Q. — отношение числа излучаемых квантов к числу поглощенных квантов светового потока. Q (φ) = N/ N o N – количество излучаемых квантов N o – количество поглощенных квантов

 4. Закон зеркальной симметрии (правило Левшина) – спектр испускания флуоресценции представляет собой зеркальное 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.

C пектрофлуориметр фирмы Horiba Fluoromax - 4 C пектрофлуориметр фирмы Horiba Fluoromax —

Хемилюминесценция (ХЛ) – это свечение,  сопровождающее биохимические реакции Процесс хемилюминесценции включает 2 стадииХемилюминесценция (ХЛ) – это свечение, сопровождающее биохимические реакции Процесс хемилюминесценции включает 2 стадии : 1. Образование продукта в возбужденном состоянии (хемилюминесцентная реакция) А + В → Р* 2. Испускание кванта света (люминесценция) Р* → Р + фотон ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии

ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии 38 ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии

Виды хемилюминесценции (ХЛ) в живых системах 1. Митогенетическое излучение 2. Сверхслабое свечение (собственная хемилюминесценцияВиды хемилюминесценции (ХЛ) в живых системах 1. Митогенетическое излучение 2. Сверхслабое свечение (собственная хемилюминесценция СХЛ) клеток и тканей 3. Биолюминесценция (БЛ) 4. Активированная хемилюминесценция (АХЛ) ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии

Эмпирические правила ХЛ 1. Спектр хемилюминесценции подобен спектру фосфоресценции , а не спектру флуоресценции.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). h ν = E а + ∆ H ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии

ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии 1. Митогенетическое излучение В 1923 году А.ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии 1. Митогенетическое излучение В 1923 году А. Гурвич обнаружил митогенетическое излучение делящихся клеток и определил его диапазон — область ультра-фиолетового излучения (λ = 180 -300 нм). Создал концепцию морфогенетического поля организма, которое создает и поддерживает в живых системах специфическую молекулярную упорядоченность.

ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии. При помощи биологических объектов возможно производить индукциюФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии. При помощи биологических объектов возможно производить индукцию митозов на расстоянии, т. е. можно увеличивать количество митозов в биологическом объекте без непосредственного соприкосновения.

ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии 432. Собственная ХЛ. Измерение собственного свечения ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии 432. Собственная ХЛ. Измерение собственного свечения органов животного

ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии 1) реакциями активированных кислородных метаболитов (АКМ) 2)ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии 1) реакциями активированных кислородных метаболитов (АКМ) 2) реакциями перекисного окисления липидов 3) реакции с участием оксида азота Собственная ХЛ или сверхслабое свечение обусловлено реакциями 3 типов

ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии. Реакции, сопровождающиеся сверхслабым свечением ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии. Реакции, сопровождающиеся сверхслабым свечением

ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии 3. Биолюминесценция  (БХЛ)— способность живых организмовФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии 3. Биолюминесценция (БХЛ)— способность живых организмов светиться, которая достигается самостоятельно или с помощью симбионтов. Это видимое глазом свечение, связанное со специфическими ферментативными реакциями , при которых освобождающаяся энергия выделяется в виде света. Специфический фермент называется люциферазой , а его субстрат – люциферином. БХЛ была открыта в 1887 г. Р. Дюбуа , который показал, что за БХЛ отвечают 2 фракции: 1)низкомолекулярная, устойчивая к нагреванию — люциферин ; 2) белковая, инактивирующаяся при нагревании, — люцифераза. Люциферины окисляются в присутствии люциферазы с образованием оксилюциферина и фотона.

ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии. Типы биолюминесценции (БЛ): 2. 1. Адениннуклеотидная ЛНФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии. Типы биолюминесценции (БЛ): 2. 1. Адениннуклеотидная ЛН 2 + АТФ + О 2 → окси. Л * +АМФ + СО 2 + Н 2 О + hν ↑ (λ=560 нм) 2. 2. Пиридиннуклеотидная RCHO + O 2 + НАДН 2 + ФМН 2 → RCOOH + Н 2 О + НАДН + + ФМН + hν ↑ ( λ =490 нм) 2. 3. Фотопротеины Целентеразин + Ca 2+ = Целентерамид* + CO 2 = Целентеразин + hν (469 нм)

ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии. Люциферины живых организмов Люциферин светляков люциферин дождевыхФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии. Люциферины живых организмов Люциферин светляков люциферин дождевых червейцелентеразин варгулин люциферин улитки люциферин грибов

ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии 2. 1. Адениннуклеотидный тип БЛ - биолюминесценцияФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии 2. 1. Адениннуклеотидный тип БЛ — биолюминесценция жуков-светляков

ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии Каракатица Ночесветка Удильщик 2. 2. Пиридиннуклеотидный типФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии Каракатица Ночесветка Удильщик 2. 2. Пиридиннуклеотидный тип БЛ — организмы, которые светятся с помощью бактерий

ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии. Сибирский биолюминесцентный червь Fridericia heliota  иФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии. Сибирский биолюминесцентный червь Fridericia heliota и структура люциферина F. heliota.

ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии 2. 3. Фотопротеины - биолюминесценция медузы эквореиФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии 2. 3. Фотопротеины — биолюминесценция медузы эквореи Экворин — люминесцентный белок из медузы эквореи ( Aequorea victoria ) и некоторых других морских организмов. Впервые выделен в 1961— 1962 годах американскими учеными Джонсоном и Шимомурой. Состоит из белковой части (апопротеин) и простетической группы целентеразина Люминесцирует в присутствии ионов кальция. целентеразин

ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии  Фотопротеины Исследование биолюминесцентной системы медузы AequoreaФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии Фотопротеины Исследование биолюминесцентной системы медузы Aequorea victoria Осама Шимомурой привели к открытию 2 белков – Са-регулируемого фотопротеина экворина и зеленого флуоресцирующего белка ( GFP). Биолюминесценция экворина инициируется ионами Са и не зависит от кислорода. Фотопротеин состоит из апопротеина и простетической группы – целентеразина (имидазолпиразина).

ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии. Проблема,  с которой всегда сталкиваются специалистыФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии. Проблема, с которой всегда сталкиваются специалисты по биолюминесценции, — получение достаточного количества биомассы для выделения и исследования веществ, участвующих в реакции. Характерно в этом смысле описание сбора материала на биостанции Фрайди Харбор, которое дал Шимомура в своей нобелевской лекции: «Мы начинали собирать медуз в шесть утра, а в восемь — часть нашей группы принималась отрезать кольца (краевые участки зонтика медузы, наиболее ярко светящиеся). Всю вторую половину дня мы проводили, экстрагируя экворин из колец. Потом мы снова собирали медуз с семи до девяти вечера, на завтра. Наша лаборатория выглядела как фабрика по переработке медуз, и пахло в ней медузами» .

Экворин – апопротеин + целентеразин (189 АК, 22 к. Да) Целентеразин + Ca 2+Экворин – апопротеин + целентеразин (189 АК, 22 к. Да) Целентеразин + Ca 2+ = Целентерамид* + CO 2 = Целентеразин + hν (469 нм ) Экворин с простетической группой целентеразином, используется как индикатор присутствия ионов Са 2+ ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии

ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии. Шимомура обнаружил, что выделенный из медузы иФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии. Шимомура обнаружил, что выделенный из медузы и очищенный экворин in vitro излучает синий свет , в то время как живая медуза светится зелёным. Дальнейшие исследования показали, что за зелёное свечение ответственен другой белок — GFP ( green fluorescent protein — зелёный флуоресцентный белок ), флуоресцирующий зелёным светом под действием голубого излучния экворина.

ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии. Осама Шимомура Нобелевскую премию по химии 2008ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии. Осама Шимомура Нобелевскую премию по химии 2008 года получили О. Шимомура, М. Чалфи, Р. Тсьен «за открытие зелёного флуоресцирующего белка и за разработку новых методов исследований на его основе» Зелёный флуоресцирующий белок ( green fluorescent protein, GFP) впервые обнаружили в 1962 году в организме медузы Aequorea victoria. Медуза Aequorea victoria (а) обитает в Тихом океане, у западного побережья Северной Америки. Её биолюми-несцентные органы расположены по краю «зонтика» (б, в). Зелёный флуоресцирующий белок состоит из 238 аминокислот (27 к. Да). Аминокислотная цепочка свёрнута в форме «бочки» . Внутри расположена хромофорная группа, которая поглощает синий свет , а излучает зелёный.

ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии. Структура зеленого флуоресцентного белка (GFP), выделена хромофорнаяФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии. Структура зеленого флуоресцентного белка (GFP), выделена хромофорная группа – циклический трипептид Ser 65 — Tyr 66 — Gly 67. Флуоресцентные белки имеют бочкообразную структуру, состоящую из плотно подогнанных 11 β-листов, хорошо экранирующих от внешней среды хромофорную группу. Превращения, происходящие с хромофорной группой внутри этой макромолекулы при освещении определенными длинами волн, лежат в основе фотофизических свойств фотобелков.

ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии

ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии

ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии. Скульптурная композиция, посвящённая GFP (Вашингтон, США). ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии. Скульптурная композиция, посвящённая GFP (Вашингтон, США).

GFP – флуоресцентная метка для изучения экспрессии клеточных белков ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимииGFP – флуоресцентная метка для изучения экспрессии клеточных белков ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии

ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии 63 Разноцветные GFP- подобные бели коралловых полиповФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии 63 Разноцветные GFP- подобные бели коралловых полипов

ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии. Визуализация различных компонент живых клеток с помощьюФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии. Визуализация различных компонент живых клеток с помощью флуоресцентных белков.

ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии Клеточный белок актин, меченный красным флуоресцирующим белкомФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии Клеточный белок актин, меченный красным флуоресцирующим белком (RFP ), выглядит под флуоресцентным микроскопом как изящная пирамидка. Только что синтезированный в клетке рецепторный белок LAMP 2 светится голубым , аппарат Гольджи — зелёным, а рецепторные белки дают красную флуоресценцию. Внутри клетки на фоне зелёного свечения клеточной цитоплазмы видны красные нити белка тубулина.

ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии  Американские ученые создали котов,  невосприимчивыхФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии Американские ученые создали котов, невосприимчивых к кошачьему вирусу иммунодефицита (ВИК). Чтобы посмотреть, насколько ген, обеспечивающий невосприимчивость, активен в разных клетках животного, исследователи добавили к нему ген флуоресцирующего белка , благодаря которому генно-инженерные коты в ультрафиолетовых лучах светятся зеленым светом. С помощью вирусного вектора внедрили в ДНК кошачьей яйцеклетки ген противовирусного фактора макаки TRIMCyp , снабжающего клетки устойчивостью к вирусу иммунодефицита. Чтобы проверить, не используя сложных инструментальных методик, насколько этот ген будет активен в различных тканях трансгенных животных, ученые добавили к нему ген зеленого флуоресцирующего белка медузы Aequorea victoria. Зеленые кошки не болеют СПИДом

ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии. Поросенок со встроенным геном желтого белка ГоловастикиФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии. Поросенок со встроенным геном желтого белка Головастики африканской шпорцевой лягушки — нормальный (справа) и генетически модифицированный Детеныш макака резуса со встроенным геном GFP

ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии. Флуоресцентное «творчество» .  А.  «Рисунок»ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии. Флуоресцентное «творчество» . А. «Рисунок» бактериями, экспрессирующими гены различных флуоресцентных белков, на чашке петри. Б. Мыши, несущие ген зеленого флуоресцентного белка, и обычные мыши.

ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии. Пространственные структуры белка mini. SOG и егоФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии. Пространственные структуры белка mini. SOG и его активного центра При облучении синим светом mini. SOG производит синглетный кислород , чрезвычайно токсичный для клеток. Фототоксический флуоресцентный белок mini. SOG генно-инженер-ными методами получен из домена рецептора синего света растений.

ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии Апоптотическая гибель клеток He. La. Kyoto ,ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии Апоптотическая гибель клеток He. La. Kyoto , содержащих mini. SOG в митохондриях. Видны специфические для апоптоза пузырьковые структуры. mini. SOG является эффективным генетически кодируемым фотосенсибилизатором, вызывающим гибель клеток в ответ на облучение.

ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии. Направленный апоптоз клеток с помощью белка Killer.ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии. Направленный апоптоз клеток с помощью белка Killer. Red , экспрессированного в митохондриях Killer. Red (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. Killer. Red — фотосенсетайзер. При облучении зеленым светом он теряет способность флуоресцировать и начинает продуцировать АФК.

ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии

Биолюминесцентный имиджинг (БИ) БИ основан на реакции окисления люциферазой субстрата, которая сопровождается испусканием квантаБиолюминесцентный 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 luc 2 — 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 ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии

4. Активированная ХЛ  Химические активаторы ХЛ – это соединения, вступающие в химические реакции4. 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 → Р А * → Р А + hν Активаторы: люминол – 3 -аминофталевый гидразид ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии

ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии. Биофизика зрительного восприятия 1877 г. - ФранцФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии. Биофизика зрительного восприятия 1877 г. — Франц Болл открыл зрительный пурпур – родопсин сетчатки глаза, наблюдая выцветание сетчатки лягушки при освещении. 1967 г. – Джордж Уолд — Нобелевская премия по физиологии и медицине « за открытия, связанные с первичными физиологическими и химическими зрительными процессами »

ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии. Механизм зрительного восприятия. Строение глаза. ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии. Механизм зрительного восприятия. Строение глаза.

ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии. Строение сетчатки и зрительной клетки-фоторецептора - палочкиФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии. Строение сетчатки и зрительной клетки-фоторецептора — палочки

ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии Механизм зрительного восприятия.  Строение палочки. ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии Механизм зрительного восприятия. Строение палочки.

ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии. Механизм зрительного восприятия. Строение глаза и сетчатки.ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии. Механизм зрительного восприятия. Строение глаза и сетчатки.

ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии

ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии. Пространственная структура зрительного родопсина ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии. Пространственная структура зрительного родопсина

ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии. Лауреаты Нобелевской премии 2012 г. по химииФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии. Лауреаты Нобелевской премии 2012 г. по химии «за раскрытие подробной схемы того, как работают рецепторы, связанные с G -белками ( GPCRs )» Роберт Лефковиц Брайан Кобилка

ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии 83 Механизм зрительного восприятия. Строение ретиналя. ПомимоФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии 83 Механизм зрительного восприятия. Строение ретиналя. Помимо белковой части – опсина, молекула родопсина включает остаток 11 -цис-ретиналя , связанный ковалентно с ε — аминогруппой остатка лизина. Родопсин обладает характерным спектром поглощения при 500 нм. Поглощение молекулой кванта света индуцирует изомеризацию 11 -цис-ретиналя в полностью транс-форму. В результате изменяется геометрия ретиналя, а спустя 10 мс происходит аллостерический переход родопсина в его активную форму

ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии. Цикл  фотопревращений  родопсина. ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии. Цикл фотопревращений родопсина.

ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии 85 ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии

ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии 86 ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии

ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии 87 Схема активации зрительного каскада ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии 87 Схема активации зрительного каскада

ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии

ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии

ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии

ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии

ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии

ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии. Пурпурная мембрана и бактериородопсин Светозависимый синтез ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии. Пурпурная мембрана и бактериородопсин Светозависимый синтез АТФ в клетках H. halobium В 1971 году В. Стоккениус и Д. Остер-хельт выделили из галофильных бактерий Halobacterium halobium хромопротеид интенсивного пурпурного цвета. В качестве хромофорной части группы бактериородопсин содержит 13 -цис и транс-ретиналь. Бактериородопсин выполняет роль светозависимого протонного насоса, создающего градиент ионов водорода, энергия которых используется для синтеза АТФ

ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии. Пруды на юге Мертвого моря с галобактериямиФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии. Пруды на юге Мертвого моря с галобактериями

ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии. Бактериородопсин в мембране (а - вид вдольФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии. Бактериородопсин в мембране (а — вид вдоль мембраны, б — вид на мембрану сверху). Цилиндрами показаны семь спиралей этого белка. Показаны и соединяющие эти спирали петли, а также (голубым цветом) молекула ретиналя, прикрепленная внутри бактериородопсина.

ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии. Структура бактериородопсина и путь протона ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии. Структура бактериородопсина и путь протона

ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии. Механизм перекачивания протонов за счет энергии светаФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии. Механизм перекачивания протонов за счет энергии света у H. halobium

ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии

ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии. Технические приложения бактериородопсина (проекты): протонный транспорт: генерацияФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии. Технические приложения бактериородопсина (проекты): протонный транспорт: генерация АТФ в реакторах; опреснение морской воды; генерация электрической энергии из света; фотоэлектрические применения: ультрабыстрая световая детекция; искусственная сетчатка; детекция подвижности; фотохромные применения: хранение информации : 2 D-носители; 3 D-носители; голографические носители; различные применения: детекция радиации; биосенсорные приложения.

Роль синглетного кислорода 1 О 2  1.  Важный путь образования 1 ОРоль синглетного кислорода 1 О 2 1. Важный путь образования 1 О 2 – фотодинамические реакции с участием пигментов — сенсибилизаторов. Токсичность пигментов и красителей, которая появляется на свету и в присутствии кислорода, называется фотодинамическим действием. 2. Вызывает развитие фотодинамических болезней человека, животных, растений (гиперицизм, фагопиризм, порфирии, церкоспороз). 3. Создание новых медицинских технологий — фотодинамическая терапия рака (Т. Догерти, 1970); внутривенное лазерное облучение крови (ВЛОК). Фотосенсибилизаторы — это вещества, которые способны «усиливать» действие света за счет передачи его энергии другим веществам и тем самым запускать цепь различных физических и химических процессов.

Фотодинамические болезни 1.  Порфирии – клинические расстройства, связанные с нарушениями в синтезе гема,Фотодинамические болезни 1. Порфирии – клинические расстройства, связанные с нарушениями в синтезе гема, что приводит к появлению необычно большого количества фотосенсибилизаторов — порфиринов в крови, тканях и моче. Важнейшие симптомы: сверхчувствительность кожи к свету — эритемы, язвы, желудочно-кишечные расстройства, боли, онемения мускулов. Некоторые формы порфирии поражают ЦНС (недостаток производного порфирина витамина В 12 ), диапазон проявлений: от раздражительности и мрачности до полной психической ненормальности.

протопорфирин Порфирины (ПФ)— самые распространенные пигменты в природе. К ним относятся хлорофиллы,  гем,протопорфирин Порфирины (ПФ)— самые распространенные пигменты в природе. К ним относятся хлорофиллы, гем, ПФ входят в состав цитохромов и других ферментов

Зверобой содержит гиперицин - вещество,  повышающее чувствительность кожи к видимому свету и ультрафиолетовымЗверобой содержит гиперицин — вещество, повышающее чувствительность кожи к видимому свету и ультрафиолетовым лучам, вызывает заболевание животных гиперицизм

Фагопирин Гречиха содержит фагопирин - пигмент,  повышающий чувствительность кожи к видимому свету иФагопирин Гречиха содержит фагопирин — пигмент, повышающий чувствительность кожи к видимому свету и ультрафиолетовым лучам, вызывает заболевание животных фагопиризм

Церкоспороз листьев (сероватая пятнистость) – поражение растения грибром р. Cercospora ( содержит белок церкоспорин,Церкоспороз листьев (сероватая пятнистость) – поражение растения грибром р. Cercospora ( содержит белок церкоспорин, запускающий реакцию фотосенсибилизации и образование АФК).

Фотодинамическая терапия  (ФДТ) – новый способ лечения некоторых видов рака - активно развиваетсяФотодинамическая терапия (ФДТ) – новый способ лечения некоторых видов рака — активно развивается во многих странах мира Принцип метода : опухолевые клетки разрушаются под действием активных форм кислорода, которые образуются в фотохимической реакции фотосенсибилизации. Необходимые условия ФДТ : — свет определенной длины волны, — Фотосенсибилизатор (ФС) , избирательно накапливающийся в опухолевых клетках, — кислород. ФС переносит энергию света на кислород, благодаря чему последний переходит в возбужденное синглетное с остояние и вызывает разрушение опухолевых клеток.

Основные этапы фотодинамической терапии рака. Основные этапы фотодинамической терапии рака.

ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии

Летальные реакции 1. Приводят к гибели организма УФ-излучением. В случае микроорганизмов различают бактериостатический (клеткиЛетальные реакции 1. Приводят к гибели организма УФ-излучением. В случае микроорганизмов различают бактериостатический (клетки живут, но не размножаются) и бактерицидный (клетки гибнут) эффекты. 2. Фотодинамический эффект – сенсибилизация организма к действию видимого света в присутствии красителя и кислорода. Данный эффект был открыт Оскаром Раабом , студентом профессора Херманна фон Таппайнера в Мюнхенском Фармакологическом и нституте в 1888 г. Суть открытия Рааба состояла в том, что, когда интенсивность света в поле микроскопа была достаточно большой, окрашенные акридином или другими флуоресцирующими красителями клетки парамеции прекращают движение и погибают, причем спектр действия этого эффекта соответствует спектрам поглощения красителей. ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии

Фотодеструктивные процессы 1. Действие УФ-излучения на белковые системы 1. 1.  Фотоионизация ароматических аминокислотФотодеструктивные процессы 1. Действие УФ-излучения на белковые системы 1. 1. Фотоионизация ароматических аминокислот с образованием катион-радикала и сольватированного электрона. При распаде катион-радикала возникает нейтральный радикал. АН + h ν = АН * = AH + • + e solv AH + • = A • + H + 1. 2. Фотолиз цистина с разрывом S-S связей и возникновение радикала цистеина – тиильного радикала ( CS • ) 2. Действие УФ-излучения на нуклеиновые кислоты 2. 1. Образование фотодимеров тимина, урацила, цитозина и смешанных димеров. 2. 2. Реакция гидратации урацила и цитозина. 2. 3. Разрывы полинуклеотидной цепи ДНК. 2. 4. Образование внутримолекулярных ковалентных сшивок между двумя комплементарными цепями ДНК в растворе. 2. 5. Фотоденатурация ДНК. 2. 6. Индукция сшивок нуклеиновая кислота-белок в составе РНП и ДНП. ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии

3. Действие УФ-излучения на липиды и биологические мембраны.  3. 1. Перекисное фотоокисление липидов.3. Действие УФ-излучения на липиды и биологические мембраны. 3. 1. Перекисное фотоокисление липидов. 3. 2. Повышение проницаемости биомембран для различных веществ, и прежде всего для ионов. ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии

ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии




  • Мы удаляем страницу по первому запросу с достаточным набором данных, указывающих на ваше авторство. Мы также можем оставить страницу, явно указав ваше авторство (страницы полезны всем пользователям рунета и не несут цели нарушения авторских прав). Если такой вариант возможен, пожалуйста, укажите об этом.