Оптическая область спектра Поглощение и испускание света

Оптическая область спектра

Поглощение и испускание света иллюстрирует диаграмма уровней энергии, предложенная Яблонским

Взаимодействие молекул с фотонами Возбуждение молекулы →переход электрона из основного состояния в возбужденное с большей энергией →переход в основное состояние + hν. Энергия молекуля складывается из 3 частей:

Идеализированный спектр поглощения

Принцип Франка - Кондона.

Преобразование энергии возбужденных электронных состояний

Индуктивно-резонансный механизм передачи энергии.

Основные типы фотохимических реакций 1. Фотораспад

Классификация фотолюминесценции по длительности свечения

Диаграмма Яблонского

2. 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.

Эмпирические правила ХЛ

2. Собственная ХЛ. Измерение собственного свечения органов животного

Собственная ХЛ или сверхслабое свечение обусловлено реакциями 3 типов

Реакции, сопровождающиеся сверхслабым свечением

Люциферины живых организмов

2. 2. Пиридиннуклеотидный тип БЛ - организмы, которые светятся с помощью бактерий

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» .

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»

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.

GFP – флуоресцентная метка для изучения экспрессии клеточных белков

Разноцветные GFP-подобные бели коралловых полипов

Визуализация различных компонент живых клеток с помощью флуоресцентных белков.

Поросенок со встроенным геном желтого белка Детеныш макака резуса со встроенным геном GFP

Пространственные структуры белка mini. SOG и его активного центра Фототоксический флуоресцентный белок mini. SOG генно-инженерными методами получен из домена рецептора синего света растений. При облучении синим светом mini. SOG производит синглетный кислород, чрезвычайно токсичный для клеток.

Апоптотическая гибель клеток He. La. Kyoto, содержащих mini. SOG в митохондриях. Видны специфические для апоптоза пузырьковые структуры.

Направленный апоптоз клеток с помощью белка Killer. Red, экспрессированного в митохондриях

Биолюминесцентный имиджинг (БИ)

4. Активированная ХЛ

Механизм зрительного восприятия. Строение глаза.

Строение сетчатки и зрительной клетки-фоторецептора - палочки

Механизм зрительного восприятия. Строение палочки.

Механизм зрительного восприятия. Строение глаза и сетчатки.

Пространственная структура зрительного родопсина

Лауреаты Нобелевской премии 2012 г. по химии «за раскрытие подробной схемы того, как работают рецепторы, связанные с G-белками (GPCRs)»

Пурпурная мембрана и бактериородопсин

Пруды на юге Мертвого моря с галобактериями

Структура бактериородопсина и путь протона

Механизм перекачивания протонов за счет энергии света у H. halobium

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

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 развивается во многих странах мира Принцип метода: опухолевые клетки разрушаются под действием активных форм кислорода, которые образуются в фотохимической реакции фотосенсибилизации.

Фотодеструктивные процессы

3. Действие УФ-излучения на липиды и биологические мембраны.