Биологический каталог




Фотобиология

Автор С.В.Конев, И.Д.Волотовский

дельных фотохимических реакций, X — предшественник неидентифицированной природы):

0,05

0,26

* Т

0,02

В темноте между стереоизомерами преэргокальци-феролом (Р) и эргокальциферолом (D) устанавливается термодинамическое равновесие. Из схемы видно, что облучение любого (Е, Т, L, Р) из предшественников приводит в конечном счете к образованию эргокальци-ферола (витамина D2). При этом в ходе облучения между концентрациями продуктов устанавливается фотостационарное состояние.

Фотофизика и фотохимия конечных стадий синтеза эргокальциферола (витамина D2) не изучена. Предполагается только, что фотопревращения идут через син-глетные возбужденные состояния, но убедительных доказательств этому нет.

Сущность фотохимической реакции сводится к фотораспаду (разрыв ковалентной С — С-связи в бензольном кольце между атомами углерода в девятом и десятом положениях) у эргостерола и люмистерола или гра«с-^«с-фотостереоизомеризации у тахистерола относительно двойной связи 6—7.

Спектры действия образования витамина D3 в коже животных несколько отличаются от таковых в растворе. Хотя в спектрах поглощения предшественников интенсивность поглощения в максимумах в области 280 нм примерно в два раза больше, чем в области 297 нм, по данным различных авторов, фотохимическая эффектив

ность света с длиной волны 297 нм либо более высока, либо эффективность света обеих длин волн одинакова. Такое отличие спектров действия образования витамина D от спектров поглощения предшественников связано скорее всего с экранирующим эффектом «белкового фильтра» рогового слоя кожи. Возможно, это отчасти обусловлено фотосенсибилизацией реакции белком, расположенным в глубоких слоях кожи (Stratum gra-nulosum) и поглощающим основную часть доходящего до него длинноволнового компонента света.

Рекомендуемая литература

Годнее Т. Н. Хлорофилл. Его строение и образование в растении. Минск, 1963.

Литвин Ф. Ф., Беляева О. Б. Характеристика отдельных реакций и общая схема биосинтеза нативных форм хлорофилла в этиолированных листьях.— Биохимия, 1971, 36, 615,

Рубин Л. Б. О регуляторном действии света на метаболизм микроорганизмов. Автореф. докт. дис. М., 1973.

Хлорофилл. Минск, 1974.

Шлык А. А. Метаболизм хлорофилла в зеленом растении. Минск, 1964.

Шлык А. А. Развитие исследований метаболической гетерогенности фотосиитетических мембран. Итоги первого этапа.— В сб.: Биосинтез и состояние хлорофиллов в растении. Минск, 1975, с. 104.

Harding R., и u a n g P., Mitchell Н. Photochemical studies of the carotenoid biosynthetic pathway in Neurospora crassa.— Arch. Biochem, Biophys., 1969, 129, 696.

Havinga E., Kock R. de, Rappoldt M. The photochemical interconversion of provitamin D, lumisterol and tachisterol.— Tetrahedron, 1960, 11, 276.

L и с a H. F. d e. Vitamin D: the vitamin and the hormone.— Feder. Proa, 1974, 33, 2211.

R а и W. Untersuchungen fiber die lichtabhangige Karotinoid-synthese. IV. Die Rolle des Sauerstoffs bei der Lichtinduction.— Planta, 1969, 84, 30.

Rilling H. Mechanism of photoinduction of carotenoid synthesis.— Biochim. et biophys. acta, 1964, 79, 464.

V i n с e D. Photomorphogenesis in plant stems.— Biol. Rev,, 1964, 39, 506.

Z a 1 о k a r M. Biosynthesis of carotenoid in Neurospora. Action spectrum of photoconversion.— Arch. Biochem. Biophys., 1955, 56, 318.

Глава XII. ДЕЙСТВИЕ УЛЬТРАФИОЛЕТОВОГО СВЕТА НА НУКЛЕИНОВЫЕ КИСЛОТЫ

1. ПРИРОДА И ХАРАКТЕРИСТИКА ЭЛЕКТРОННО-ВОЗБУЖДЕННЫХ СОСТОЯНИЙ ПУРИНОВЫХ И ПИРИМИДИНОВЫХ ОСНОВАНИЙ

Основными хромофорами нуклеиновых кислот являются пуриновые (аденин и гуанин) и пиримидиновые (цитозин и тимин у ДНК, цитозин и урацил у РНК) азотистые основания нуклеотидов. Все эти соединения, как и соответствующие нуклеозиды и нуклеотиды, обнаруживают длинноволновую границу поглощения при А—300 нм. За поглощение света ответственна в основном п-электронная система колец (л— л*-переходы). Полосы поглощения оснований (максимум около 260 нм), сформированные я— я*-переходами, характеризуются высокой молярной экстинкцией. Некоторый вклад в общее поглощение, особенно в длинноволновой части спектра, вносят п — я*-переходы с участием не-поделенной пары электронов гетероатомов азота и кислорода. Участие п — л*-переходов наиболее существенно в малополярных растворителях и проявляется в спектрах поглощения в виде «плеч» в области 280 — 320 нм. Выраженное влияние на положение максимума спектра поглощения оснований и прежде всего на относительную энергию л; — л.*- и п — я*-переходов оказывают заместители в пуриновом и пиримидиновом кольцах. Наибольший эффект при этом вызывают заместители при углеродном атоме во втором и четвертом положении у пиримидинов и втором и шестом положении у пуринов.

Положение спектров поглощения оснований сильно зависит от рН раствора из-за образования различных ионных форм и в меньшей степени от полярности растворителя вследствие межмолекулярных взаимодействий. Спектры поглощения нуклеиновых кислот формируются из спектров поглощения входящих в их состав оснований и имеют «усредненную» длинноволновую полосу поглощения с максимумом, расположенным в интервале 255—270 нм (в зависимости от нуклеотид-ного состава). Однако спектры поглощения нуклеиновых кислот и эквивалентной смеси нуклеотидов полностью не совпадают. Отклонение от аддитивности обусловлено дисперсионными взаимодействиями между упорядоченно расположенными основаниями вдоль двойной спирали («стопка»). Так, гидролиз ДНК до свободных нуклеотидов сопровождается сдвигом полосы поглощения с 258 до 267 нм с одновременным увеличением экстинкции на 70%. При денатурации ДНК эти изменения выражены в меньшей степени: величина гиперхромного эффекта составляет 40%.

Итак, взаимодействие ультрафиолетового света с нуклеиновыми кислотами приводит к возникновению электронно-возбужденных состояний различных оснований. При этом нижнее синглетное возбужденное состояние оснований возникает в основном в результате л—л*-перехода, хотя в ряде случаев оно может быть следствием п — л*-перехода. Триплетное состояние нуклеотидов, как правило, возникает при л — л*-переходе. Нуклеиновые кислоты (а также основания, нуклеози-ды, нуклеотиды) при комнатных температурах и нейтральных рН практически не люминесцируют.

При физиологических условиях флуоресценция аде-нина, гуанина, цитозина, тимина, а также ДНК имеет крайне низкие квантовые выходы (около 10~4) и время жизни (т« 10~12 с) (табл. 11). Выраженная люминесценция нуклеиновых кислот и оснований наблюдается только при экстремальных значениях рН, а также при низких температурах.

2. МИГРАЦИЯ ЭНЕРГИИ

Отсутствие флуоресценции при физиологических условиях, как уже указывалось, означает, что у всех оснований время жизни синглетного возбужденного состояния очень небольшое, что исключает возможность эффективной миграции энергии по индуктивно-резонансному механизму (несоблюдение первого правила Ферстера).

Теоретически возможна, хотя экспериментально не доказана, индуктивно-резонансная миграция энергии только в афизиологических условиях — при температу

ре 77 К или ниже. До сих пор однозначно не решен и вопрос о зонной полупроводимости нуклеиновых кислот. Исследования температурных зависимостей проводимости свидетельствуют о том, что нуклеиновые кислоты скорее всего являются диэлектриками, чем полупроводниками. К тому же эти результаты были получены на сухих таблетках нуклеиновых кислот и вряд ли могут быть перенесены на растворы, поскольку обезвоживание сильно искажает вторичную и третичную структуры ДНК. Столь же неоднозначны и данные по фотопроводимости. Нет также прямых данных, свидетельствующих в пользу протекания миграции энергии между основаниями по механизму синглетного экситона. Наблюдаемые синий сдвиг спектра поглощения и красный сдвиг спектра флуоресценции у полнадениловой кислоты, по сравнению со спектрами мономера (аденина), по-видимому, не связаны с экситоном, а объясняются изменением вероятности я — л.*- ил — я*-переходов при интенсивных межмолекулярных взаимодействиях. Кроме того, низкотемпературная флуоресценция полимера не обнаруживает заметной деполяризации. Все эти факты указывают на отсутствие межадениновой миграции энергии в ДНК.

Более вероятна миграция энергии с участием триплетных уровней оснований. Согласно фосфоресцентным измерениям, энергия триплетных состояний мононуклео-тидов убывает в ряду цитозин> гуанин >аденин> тимин.

Уже это позволяет предполагать, что при благоприятных условиях миграция энергии между иуклеотидами в ДНК может протекать в направлении от цитозина к тимину.

Существуют и прямые доказательства того, что при низких температурах (77 К) энергия электронного возбуждения может мигрировать по основаниям вдоль по-линуклеотидной цепи. Этот межнуклеотидный перенос энергии представляет, по-видимому, триплет-триплет-ный экситон, о чем говорят следующие факты. В аде-нин-цитозиновом динуклеотиде в отличие от смеси мо-нонуклеотидов обнаружены сенсибилизированные ци-тозином фосфоресценция и сигнал ЭПР аденина. В двуспиральном сополимере адениловой и тимидило-вой кислот свет, поглощенный аденином, вызывает фосфоресценцию тимина. Обнаружено также, что всего один парамагнитный (Cu2+, Ni2+, Cr2+ Со2+, Fe2+, Мп2+) ион, связывающийся с одним основанием в ДНК или полиадениловой кислоте, мало влияя на интенсивность флуоресценции, тушит фосфоресценцию не одного, а многих (десяти) оснований:

т-т т-т т-т т-т т-т

Нуклеотид, находящийся в комплексе с ионом, можно рассматривать, следовательно, как ловушку, в которую попадает делокализованная по цепи нуклеотидов энергия возбуждения, где она и диссипирует в тепло.

Теоретическая обработка результатов по тушению фосфоресценции и ее временам жизни (тф0Сф), а также данные ЭПР показали, что за время жизни триплетиого состояния нуклеотидов в полиадениловой кислоте (2,4 с) энергия возбуждения делокализуется в пределах 100 оснований. Сходную информацию дают проведенные Галли опыты с комплексами ДНК—акридиновый краситель. Исследовалась зависимость интенсивности замедленной флуоресценции (альфа-фосфоресценции) акрид

страница 40
< К СПИСКУ КНИГ > 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69

Скачать книгу "Фотобиология" (3.60Mb)


[каталог]  [статьи]  [доска объявлений]  [обратная связь]

п»ї
Rambler's Top100 Химический каталог

Copyright © 2009
(15.12.2019)