Первичные стадии фотобиологических процессов.

К фотобиологическим процессом относятся процессы, начинающееся с поглощения света одним биологически важным соединением и заканчивающееся определенным физиологической реакцией организма. Различают: негативные и позитивные фотобиологические процессы. Негативные делятся на:

3. Фототаксические;

4. Фоталлергические;

Фототаксические – называются световые повреждение кожи или глаз, не сопровождающее аллергическими реакциями. Фоталлергические эффекты включают I иммунологический механизм аллергической сенсибилизации.

Позитивные фотобиологические процессы представляют собой фотобиологическая регуляция сезонных и суточных циклов животных, путём циклических воздействий свет-темнота, образовывают витамин D под действием УФ света.

У растений важным фотобиологическим процессом является фотосинтез, фотопериодизм, фототаксис и фототропизм.

Любой фотобиологический процесс включает ряд стадий:

8) поглощение кванта света;

9) внутримолекулярные процессы размена энергии;

10) межмолекулярный перенос энергии (миграция энергии);

11) I фотохимический акт;

12) темновые превращение I фотохимических продуктов;

13) биохимические реакции с участием фотопродуктов;

14) общий физиологический ответ на действие света;

Биофизика изучает первые 4 стадии.

По характеру своего биологического действия на организм спектрального диапазона разбиваются на участки, каждый из которых отвечает за определенный физиологический эффект:

4) радиоволны, электромагнитные излучение с λ= 1 тыс. м─мм. Взаимодействие с биологическими структурами, они теряют часть энергии, которая может превращаться в теплоту, может генерироваться токи в электромагнитах и деполяризовать диэлектрики. Характерной особенностью живых организмов является их зависимость от частоты радиоволн. Радиоволны от искусственных источников может оказывать неблагоприятное влияние на организм. Искусственные источники являются теле- и радиостанции, радиолокаторы, спутники связи. Безопасной для человека нормой является интенсивность радиоволн 0.1 Вт/м^2.. В зонах, где интенсивность больше 100 Вт/м² появление человека запрещено;

5) видимое излучение активирует зрительные рецепторы. В растениях оно вызывает реакцию фотосинтеза;

6) УФ излучение производит свободные радикалы в ароматических и S-содержащих белков, а также в пиримидиновых основаниях нуклеиновых кислот. Оно проникает в ткани на глубину до 1 мм. Выделяют 3 зоны воздействия УФ излучения:

· антирахитная (400-315 нм), здесь образуется витамин D;

· эритемная (315-280 нм), вызывает ожоги кожи;

· бактерицидная (180-200 нм), вызывает канцерогенез, мутации и бактерицидный эффект.

 

65. Преобразование энергии при фотосинтезе.

Кислород в атмосфере образуется в результате фотосинтеза. Реакция фотосинтеза:

СО₂ + Н₂О → (СН₂О) + О₂ + 470 Дж/моль

Изменение свободной энергии составляет 500 кДж/моль. Следовательно, изменение энтропии составляет 113 кДж/моль при t=300К. На образование 1 моль О₂ расходуется 8 квантов света с суммарной энергией 1470 кДж/моль. Следовательно, коэффициент использование солнечной энергии Е=500/1470=0,34. Эта же величина получается при рассмотрение окислительно-востановительного потенциала. Потенциал пары О₂/Н₂О составляет + 0,81 В, потенциал СО₂/ Н₂О составляет -0,40 В. Следовательно, для образование углевода необходимо перенести 4 атома Н₂ с Н₂О до СО₂ и преодолеть разность потенциалов в 1,21*4=4,84 В=470 кДж/моль.

Схема перехода атомов Н₂ с Н₂О на СО₂:

φ,В

-0,4-- СО 2→(хН2)→СН2О (3)

hν ↑

 

Хлорофилл (2)

↑

+0,8--- Н2О→(zH₂)→О₂ (1)

 

 

Энергия необходимая для реакции, подаётся светом. 1 стадия фотосинтеза состоит в поглощении света пигментами, среди которых наиболее важным является хлорофилл. Тимирязев показал, что спектр действие солнечного света соответствует спектру поглощения хлорофилла. ν фотосинтеза зависит от интенсивности падающего света и соответственно пропорциональна количеству поглощенных квантов. На один ферментный комплекс, образовавшихся при фотосинтезе, приходится около 300 молекул хлорофилла.