2. Цель лекции: обяснить студентам происхождение фотохимических реакций в белках, липидах и нуклеиновых кислотах, а также изменения в структуре белков, нуклеиновых кислот.
План лекции:
1. Биологический эффект ультрафиолетовых (УФ) лучей.
2. Действие УФ-излучения на белковые молекулы, липиды и нуклеиновые кислоты.
3. Фотоповреждения. Фотосенсибилизаторы и их реакции.
3. Тезисы лекции:
Биологический эффект ультрафиолетовых лучей прежде всего определяется изменениями, которые он вызывает в структуре белков, нуклеиновых кислот, а также биологических мембран.
Аминокислоты, входящие в состав белков, имеют максимумы поглощения в диапазоне длин волн 
=180. . . 190 нм за счет пептидных связей. Кроме того, ароматические аминокислоты: фениланин, тирозин и триптофан имеют дополнительные максимумы поглощения (mах=58, 280 и 285 нм соответственно) за счет ароматических групп. Естественное и искусственное облучение ультрафиолетом чаще всего происходит при >240 нм. Поэтому основной вклад в фотоповреждения белков вносят ароматические аминокислоты.
Действие ультрафиолетового излучения на белковые молекулы способно привести к разрыву дисульфидных мостиков между полипептидными цепями, образованию свободных радикалов. Особенно эти повреждения опасны, если затрагивают активный центр фермента, что может вызвать его инактивацию.
Поглощение ультрафиолета нуклеиновыми кислотами обусловлено наличием в них пуриновьгх и пиримидиновых оснований (mах=260 нм). Из соединений, входящих в состав нуклеиновых кислот, более чувствительны к действию облучения пиримидиновые основания (цитозин, тимин и урацил), хотя фотоповреждения могут возникать и в пуриновых основаниях (аденин, гуанин), и в углеводных компонентах.
Фотоповреждения нуклеиновых кислот могут привести к появлению мутаций, канцерогенезу и даже к гибели клетки. Часто эти повреждения препятствуют нормальному прохождению процессов транскрипции и репликации нуклеиновых кислот, что исключает возможность нормального деления клетки.
Фотоповреждения молекул могут быть вызваны ее взаимодействием с другой молекулой, поглотившей квант света и перешедшей в возбужденное состояние. Соединения, повышающие чувствительность биологических объектов к свету, называются фотосенсибилизатороми, а вызванные ими реакции – фотосенсибилизированными.
Примером фотосенсибилизированных реакций являются вызванные ультрафиолетовым облучением ( > 280 нм) разрывы дисульфидных мостиков в молекулах белков. В данном диапазоне ультрафиолетовые лучи поглощают не молекулы цистина, а триптофан и тирозин. Поглотив квант и перейдя в возбужденное состояние, эти аминокислоты способны диссоциироваться с образованием катион–радикала и сольватированного электрона:
R
– S – S – R
+ e
R– (S – S) – R R– S+ 
S – R
Цистин радикал ион радикал
цистин цистин цистин
RH 
RH
RH
+ e
Взаимодействие cольватированного электрона с дисульфидными связями может вызвать их разрыв.
В этом примере фотосенсибилизированной реакцией является разрыв ди–сульфидных мостиков, а фотосенсибилизаторами – аминокислоты тирозин и триптофан.
Фотосенсибилизаторы подразделяются на эндогенные, синтезируемые самим организмом, и экзогенные, попадающие в него извне. Известны четыре класса фотосенсибилизаторов: гиперицины, хлорофиллы, порфирины и псоралены (фурокумарины).
При некоторых заболеваниях в клетках увеличивается содержание эндогенных фотосенсибилизаторов. Например, при нарушении гемопоэза (процесса кроветворения) повышается содержание протопорфиринов, являющихся фотосенсибилизаторами окисления липидов и белков.
Попадание на кожу экзогенных фотосенсибилизаторов и одновременное облучение способно вызвать ожоги и фотодерматиты. Например, экстракты некоторых представителей семейств зонтичных, рутовых, бобовых содержат псоралены, которые являются фотосенсибилизаторами ДНК и способны спровоцировать фотоканцерогенез. Именно поэтому перед принятием солнечных ванн не рекомендуют пользоваться косметикой, наносить на кожу кремы, за исключением тех, которые обладают защитным противо-ультрафиолетовым действием.
Нарушенные под действием ультрафиолета молекулярные структуры способны восстанавливаться с помощью так называемых репарационных систем клетки.
4. Иллюстративный материал: презентация, слайды.
5. Литература:
1. Ф. и др. Биофизика.- М.- 2000.
2. А., Н. Биофизика.- У.- 2004.
3. Сәтбаева Х.Қ. және т. б. Адам физиологиясы –А.-2005.
4. Б. Биофизика. - Т.1,2.- М.- 1987.
5. А. и др. Биофизика.- М.- 1983.
6. И., А. Медицинская биофизика.- М.- 1978.
7. В. Биофизика.- М.- 1978.
8. А. и др. Мед. И биологическая физика.–Новгород – 2001.
6. Контрольные вопросы (обратной связи):
1. Чем отличается биологический эффект ультрафиолетовых лучей?
2. Какие виды фотоповреждений Вы знаете?
ЛЕКЦИЯ №12
1. Тема лекции: Действие ультрафиолетовых (УФ) лучей на биологические мембраны. Фотореактивация и фотозащита.
2. Цель лекции: обяснить судентам действие ультрафиолетового света на биологические мембраны.
План лекции:
1. Основные зоны биологических объектов в УФ-диапазоне.
2. Естественный источник УФ-излучения.
3. Явления фотореактивации и фотозащиты.
4. Повреждения мембранных липидов.
3. Тезисы лекции:
В зависимости от оказываемого действия на биологические объекты, в ультрафиолетовом диапазоне выделяют три зоны:
1. А-зона или антирахитная с длиной волн λ=400...315 нм - вызывает синтез витамина «Д»;
2. В-зона или эритемная с длиной волн λ=315...280 нм - вызывает образование эритемы и способствует синтезу пигмента меланина, который обладает защитным действием при УФ облучении, так как поглощает кванты света и одновременно является антиоксидантом;
3. С-зона или бактерицидная с длиной волн λ=280...200 нм - вызывает мутации, канцерогенез, оказывает бактерицидный эффект; энергия излучения этого диапазона (3,1 - 6,8 эВ) достаточна для диссоциации и ионизации молекул.
УФ излучение с длиной волны λ<200 нм очень сильно поглощается воздухом, поэтому его действие на биологические объекты не рассматривается.
Основным естественным источником ультрафиолетового излучения является Солнце. Солнечное излучение в этом диапазоне значительно поглощается озоновым слоем, причем поглощение тем выше, чем меньше длина волны. Поэтому поверхности Земли достигают в основном лучи зоны «А» и длинноволновой области зоны «В». Этот диапазон ультрафиолета называется экологическим. Деятельность человека за последние десятилетия привела к существенному уменьшению озонового слоя, что вызвало усиление интенсивности излучения в коротковолновой области ультрафиолетового диапазона. Замечено, что уменьшение на 1% поглощающих свойств озонового слоя приводит к увеличению случаев заболевания раком кожи на 2%.
Ультрафиолетовое излучение интенсивно поглощается живыми клетками и практически не проникает на глубину более чем 1 мм. У человека ультрафиолетовые лучи поглощаются в кожных покровах. Поэтому непосредственный эффект ультрафиолетового облучения сказывается именно на клетках кожи.
Все эти деструктивные изменения наблюдаются главным образом при поглощении фотонов коротковолнового ультрафиолетового излучения, обладающих большой энергией.
Явление фотореактивации – это снятие поражающего действия ультрафиолетового облучения при последующем облучении организма видимым светом. К фотореактивации относится также явление сверхслабого свечения тканей, возникающего в ходе биохимических реакций.
Повреждения мембранных липидов, вызванные ультрафиолетовым облучением, также являются фотосенсибилизированными реакциями, так как максимум поглощения липидов приходится на <220 нм, а длина волны традиционного УФ–облучения превышает 240 нм.
|
Из за большого объема этот материал размещен на нескольких страницах:
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 |
Основные порталы (построено редакторами)