Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 28)

Законы молекулярной люминесценции: правило Каши, закон Стокса—Ломмеля, правило Левшина, закон Вавилова.

Правило Каши касается формы спектров люминесценции при возбуждении их светом разных длин волн. Поскольку испускание квантов люминесценции всегда происходит с низшего электронно-возбужденного уровня молекулы, спектр люминесценции будет всегда одним и тем же независимо от того, на какой энергетический уровень попал электрон в результате поглощения фотона. Это означает, что спектр люминесценции не зависит от длины волны возбуждающего света.

Закон Стокса—Ломмеля обуславливает взаимное расположение спектров люминесценции и поглощения и формулируется следующим образом: спектр люминесценции в целом и его максимум сдвинут по сравнению со спектром поглощения и его максимумом в длинноволновую область. это означает, что средняя энергия квантов люминесценции меньше средней энергии поглощенных квантов. Причина этого явления заключается в превращении части энергии поглощенных квантов в тепловую энергию:

hna = hnе + DQ, (14.4.86)

где hna — энергия поглощенного фотона возбуждающего света; hn е — энергия фотона люминесценции; DQ — энергия теплового движения молекулы.

Правило Левшина, называемое также правилом зеркальной симметрии, утверждает, что нормированные спектры поглощения и флуоресценции, представленные в виде графиков e = f(n) и , зеркально симметричны относительно прямой, перпендикулярной оси частот и проходящей через точку пересечения спектров n0, причем для n0 можно записать:

n а +n f = 2n 0 , (14.4.87)

где nа и nf — симметричные частоты поглощения и флуоресценции. Частота n0 в выражении (14.4.87) может быть интерпретирована как частота чисто электронного перехода, т. е. перехода между нулевыми колебательными уровнями состояний S0 и S1. Зеркальная симметрия спектров поглощения и флуоресценции характерна для сложных молекул и не наблюдается в случае простых молекул. Ее можно объяснить тем, что геометрия молекул мало меняется при электронном возбуждении, а расстояния между колебательными уровнями и вероятности переходов на них у молекул в основном и электронно-возбужденном состояниях близки.

Более строгое квантово-механическое обоснование правила Левшина дал Блохинцев. Он показал, что спектры поглощения и флуоресценции необходимо нормировать и строить в координатах от n и от n соответственно.

Закон Вавилова устанавливает зависимость квантового выхода люминесценции от длины волны возбуждающего света. Согласно этому закону, фотолюминесценция может сохранять постоянный квантовый выход, если возбуждающая волна преобразуется, в среднем, в более длинную, чем она сама. Напротив, выход фото-люминесценции резко уменьшается при обратном пре-вращении длинных волн в короткие.

Закон Вавилова уточняет закон Стокса—Ломмеля и предусматривает возможность возникновения люминесценции при возбуждении ее светом с большей длиной волны, чем свет люминесценции (антистоксовая область возбуждения). Данная возможность реализуется вследствие того, что молекулы до поглощения квантов света могут обладать значительным запасом колебательной энергии, которая, суммируясь с энергией поглощенных квантов, может приводить к излучению фотонов с большей энергией:

hn е = hn а + Ev , (14.4.88)

где hnе — энергия фотона люминесценции; hna — энергия поглощенного фотона; Ev — колебательная энергия молекулы.

Билет 32

Ионный транспорт ( ионный канал, типы каналов, структура потенциалозависимого

канала, семейство К- каналов);

Ионные каналы.

Ионные каналы — порообразующие белки, поддерживающие разность потенциалов, которая существует между внешней и внутренней сторонами клеточной мембраны. Относятся к транспортным белкам. С их помощью ионы перемещаются согласно их электрохимическим градиентам сквозь мембрану. Такие комплексы представляют собой набор идентичных или гомологичных белков, плотно упакованных в липидном бислое мембраны вокруг водной поры. Каналы расположены в плазмалемме и некоторых внутренних мембранах клетки.

Свойства ионных каналов:

1. Селективность — это избирательно повышенная проницаемость ионного канала для определённых ионов и пониженная для других. Такая избирательность определяется селективным фильтром — самым узким местом канальной поры. Когда размер иона достигает критического значения, его проницаемость падает до нуля. Фильтр, кроме узких размеров, может иметь также локальный электрический заряд.

2. Управляемая проницаемость — это способность открываться или закрываться при определённых управляющих воздействиях на канал.

3. Инактивация — это способность ионного канала через некоторое время после своего открытия автоматически понижать свою проницаемость даже в том случае, когда открывший их активирующий фактор продолжает действовать.

4. Блокировка — это способно

сть ионного канала под действием веществ-блокаторов фиксировать какое-то одно своё состояние и не реагировать на обычные управляющие воздействия. Блокировку вызывают вещества-блокаторы.

5. Пластичность — это способность ионного канала изменять свои свойства. Наиболее распространённый механизм, обеспечивающий пластичность — это фосфорилирование аминокислот канальных белков с внутренней стороны мембраны ферментами-протеинкиназами.

Ионные каналы обеспечивают пасивный (то есть по электрохимическому градиенту, без затраты энергии) транспорт. Ионные каналы представляют собой интегральные белки. Ионные каналы помогают поддерживать мембранный потенциал.

Ионные каналы не открыты постоянно, ееп, кроме неуправляемых, которые открыты постоянно. Существуют лигандзависимые, потенциал-зависимые, опосредованно-управляемые (например, вторичными мессенжерами) и некоторые другие. Потенциал-зависимые каналы открываются при определенном мембранном потенциале, а лиганд-зависимые -- при связи рецептора с лигандом.

Важным свойством ионных каналов является избирательная проницаемость: ионный канал пропускает только свой тип ионов. Свой ион узнается по размеру и по заряду.Кроме того, каналы могут имнактивироваться спустья некоторое время после активаии вне зависимостьи от стимула: они закрываются и не открываются некоторое время. Благодаря этому свойству обеспечивается рефрактерность, что позволяет проводить нервный импульс по нейрону в одну сторону.

Еще одно свойство-- способность блокироваться неким веществом в открытом или закрытом состоянии, что позволяет ему сохранять состояние вопреки своиству активациии или инактивации.

Калиевые каналы активируются при деполяризации мембраны.

Функциональная классификация ионных каналов:

1. Неуправляемые (водные): на самом деле не совсем неуправляемые, а скорее просто все всремя открытые

2. Потенциал-управляемые: открываются под действием сдвига электрического потенциала мембраны, превышающего критический уровень деполяризации.

3. Хемо-управляемые: они открываются при связывании с рецепторным участком канала специфического лиганда (управляющего вещества: трансмиттера или его миметика). Такие каналы обычно локализованы в химических синапсах на их постсинаптических мембранах и преобразуют химический сигнал, возникающий за счёт пресинаптического высвобождения нейромедиатора, в постсинаптический электрический локальный потенциал.

4. Стимул-управляемые (механочувствительные, механосенситивные, стретч-активируемые, stretch-activated, протон-активируемые, температурно-чувствительные).Они открываются под воздействием специфичного и адекватного для них стимула (раздражителя). Такие каналы обеспечивают сенсорное восприятие и располагаются в мембране сенсорных рецепторов. Пример: механочувствительные ИК рецепторных волосковых клеток, обеспечивающих слуховое восприятие; температурно-чувствительные ИК терморецепторов кожи, обеспечивающие восприятие тепла и холод.

5. Совместно-управляемые (NMDA-рецепторно-канальный комплекс). Они открываются одновременно как лигандами, так и определённым электрическим потенциалом мембраны. Можно сказать, что у них двойное управление.

6. Опосредованно-управляемые (вторично-управляемые, ион-активируемые, ион-зависимые, мессенджер-управляемые, управляемые метаботропными рецепторами). Они открываются и закрываются не под действием прямых внешних сигналов, а вследствие опосредованного воздействия на них внутриклеточных вторичных мессенджеров (ионов кальция Са2+, цАМФ, цГМФ, ИФ3, диацилглицерола). Основной механизм такого управления - фосфорилирование ионного канала с внутренней стороны мембраны.

7. Актин-управляемые (актин-регулируемые, actin-regulated, actin-gated channels). Они открываются и закрываются за счёт разборки-сборки примембранных микрофиламентов с участием актин-связывающих белков.

8. 8. Коннексоны (двойные поры). Образуют в мембранах контактирующих клеток сквозные непрерывные каналы через две мембраны сразу в зоне щелевых контактов для взаимного обмена веществами между этими клетками. Через коннексоны передаются электрические сигналы, аминокислоты и небольшие молекулы управляющих веществ: цАМФ, InsP3, аденозин, АДФ и АТФ. Они состоят из 6 белковых субъединиц (коннексинов), живущих всего несколько часов. Коннексоны найдены практически во всех видах клеток.

9. 9. «Энерго-зависимые транспортёры» (ионные насосы, ионные помпы, ионные обменники, транспортёры). Это особая группа динамичных пор, проводящих ионы через мембрану, которые формально не относятся к ИК. Их деятельность обеспечивается энергией расщепления АТФ. Они представлены мембранными ферментными белками АТФазами, которые активно протаскивают через себя ионы, используя для этого энергию расщепления АТФ, и обеспечивают активный транспорт ионов через мембрану даже против их градиента концентрации.

Молекулярное строение каналов

Na-, K-, Са-каналы

основным носителем функциональных свойств в Na- и Са-каналах являются большие альфа (в Na-канале) и альфа2 (в Са-канале) субъединицы, состоящие из четырех повторов по 300-400 аминокислот в каждом. В свою очередь, каждый из этих повторов включает в себя б трансмем­бранных а-спиральных сегментов (Si, S2, S3, S4, S5, Se)

Особая роль принад­лежит сегменту S4, который несет положительные заряды от 4 до 8 на каждом тре­тьем остатке аргенина или лизина. грает роль сенсора в воротном механизме канала. В Na- и Са-каналах одна большая субъединица доста­точна для обеспечения работы канала. в этих каналах пора образуется между трансмембранными сегментами Si-S6, принадлежащими четырем различ­ным внутренним повторам одной субъединицы.

В отличие от Na- и Са-каналов, в белковой субъединице К-канала повтор встречается один раз

повтор представляет собой единственный кластер трансмембранных сегментов, аналогичных сегменту S4 с положительными зарядами. В основе структуры К-канала типа Shaker лежит тетрамер, образован­ный четырьмя аналогичными субъединицами. Пора К-канала расположена не в а-спиральных участках, а в пептидной петле между S5 и S6 сегментами.

Строение потенциал-зависимого ионного канала:

1 — липидный бислой, 2 — сенсор напряжения, 3— ворота, 4 — белковая макромолекула, 5 — якорный белок, 6—углеводные цепи, 7 — селективный фильтр, 8 — водная пора, Р — участок фосфорилирования канала, А —наружный раствор, Б — цитоплазма. Размеры указаны в нанометрах.

Первичные процессы фотосинтеза. Структурная организация и функционирование

фотосинтетических мембран.

Перенос электрона в первичных стадиях процессах фотосинтеза.

Последовательность отдельных реакций в фотобиологических процессах включаетследующие стадии: поглощение кванта света хромофорной группой и образование электронно-возбужденных состояний -> миграция энергии электронного возбуждения -> первичный фотофизический акт и появление первичных фотопродуктов -> образование первичных стабильных химических соединений -> физиолого-биохимические процессы -> конечный фотобиологический эффект.

В основе первичных процессов фотосинтеза лежит сложная совокупность окислительно-восстановительных реакций переноса электрона в электрон-траспортной цепи (ЭТЦ).

Z-схемa фотосинтеза: восстановленные продукты ФС II служат донорами электронов для ФС 1. Возбуждение светом, который в основном поглощается ФС П, должно приводить к восстановлению промежуточных переносчиков в ЭТЦ, а возбуждение ФС 1, наоборот, к их окислению.

Фотосистемы ФС2 и ФС1 функционируют последовательно: донором электронов для ФС1 служат восстановленные в результате действия ФС2 фотопродукты. Дальний красный свет(длина волны > 680 нм) поглощается преимущественно пигментами ФС1 и вызывает окисление цитохрома, который восстанавливается ФС2 при поглощении коротковолнового света (длина волны < 680 нм). Оптимальная интенсивность фотосинтеза наблюдается при определенном соотношении между количеством возбужденных ФС1 и ФС2, которое зависит от спектрального состава света. Поглощение света происходит пигментами светособирающего (СС) пигмент - белкового (ПБ) комплекса (ССПБК), от которого, как из резервуара, энергия возбуждения передается на пигмент - белковые комплексы ФС1 и ФС2 (ПБК1 и ПБК2) и далее непосредственно к реакционным центрам РЦ1 и РЦ2:

Схема миграции энергии в фотосинтетическом аппарате высших растений

Характеристики

Список файлов вопросов/заданий