PDF (1123296), страница 18
Текст из файла (страница 18)
Спектральный состав всех компонентфлуоресценции одинаков, поэтому выделить послесвечение можно только по времени. Для этого момент возбужденияотделяется от начала регистрации свечения некоторым темновым интервалом, в течение которого быстрая флуоресценцияхлорофилла полностью затухает. В установке объект закрепляется в камере под фотоэлектронным умножителем (ФЭУ),регистрирующем слабое свечение. На момент освещения ФЭУ закрывается шторкой, на нижней поверхности которойрасположен светодиод.
После окончания освещения (1 с) шторка автоматически открывает ФЭУ, причем за время открыванияшторки быстрая флуоресценция полностью затухает. После этого компьютер регистрирует кинетику затухания замедленной.При включении света наблюдается сначала быстрое, а затем медленное нарастание интенсивности послесвечения домаксимального значения. Медленное увеличение интенсивности отражает увеличение электрохимического градиентапротонов натилакоидной мембране (дельтамюаш) во время освещения. Обработка листьев разобщителями, снимающими этот градиент,приводит к исчезновению медленной фазы на индукционной кривой.
Стадия спада интенсивности послесвечения придлительном освещении наблюдается только на интактных листьях, в которых осуществляются темновые реакции фиксацииСО2, утилизирующие продукты световой стадии фотосинтеза (АТP, НАDPН2). Снижение концентрации АТP в клетке придлительном освещении активирует его ресинтез, который осуществляется за счет энергии протонного градиента на мембране,что, в свою очередь, приводит к уменьшению интенсивности послесвечения. Это также позволило использовать метод ЗФ дляоценки степени энергизации мембраны хлоропластов и связанной с ней фотосинтетической продуктивности фитопланктона.Вид индукционной кривой очень сильно зависит от состояния исследуемого объекта (с диуроном она прижалась к оси) - взависимости от режима предшествующего освещения листьев, изменения температуры и др.
вызывает значительноеварьирование формы кривой послесвечения.Очевидно, интенсивность ЗФ пропорциональна количеству РЦ в состоянии Р680+Q- с разделенными зарядами. Это состояниезависит от скорости последующих стадий переноса электрона. При действии повреждающих факторов на фотосинтетическийаппарат концентрация РЦ в состоянии Р680+Q- может изменяться. Это позволяет использовать ЗФ для обнаружениязагрязнений в водной среде.В результате проведенных работ созданы, испытаны и используются для поведения экологических исследований следующиеприборы: зонд-флуорометр, предназначенный для измерения в природных водах (in situ) на глубине до 200 м обилияфитопланктона и эффективности функционирования его фотосинтетического аппарата, а также регистрирующий подводнуюоблученность и температуру, что позволяет рассчитывать первичную продукцию; проточный флуорометр, предназначенныйдля измерения в природных водах по ходу судна обилия фитопланктона и эффективности функционирования егофотосинтетического аппарата и снабженный спутниковой системой непрерывной регистрации географических координат;бортовой флуорометр для исследования адаптационных характеристик состояния фотосинтетического аппарата пробприродного фитопланктона и культур водорослей; микрофлуорометр, позволяющий измерять параметры флуоресцентныеодиночных клеток водорослей; дистанционный флуорометр для бесконтактного измерения эффективности фотосинтеза искорости прироста биомассы посевов высших растений; флуорометрический индикатор функционального состоянияфотосинтетического аппарата листьев и однолетних побегов высших растений, предназначенный для проведения массовыхобследований деревьев и кустарников на больших территориях.Билет 17Возбужденные состояния и трансформация энергии в биоструктурах.
Переносэлектрона в биоструктурах. Туннельный эффект.Все, что до Туннельного эффекта - см.билет 16.1КОРОТКО О ГЛАВНОМ: нужно перенести е с Д на А, но между ними есть энергетический барьев, больший поэнергии, чем потенциальная энергия частицы. Например: е доставляется к гему внутри белка. Перенос идетнормально при любой температуре, причем при высоких-пик скорости, а при снижении температуры скорость падает,но тем не менее е движутся вполне себе нормально. Перенос е идет за счет туннельных эффектов, которые основаны наядерных перестройках комплекса ДА.
Д* и А* имеют разные равновесные ядерные координаты(R1 и R2), носуществует зона, в которой они пересекаются:R*. Вблизи нее эенрии Д и А вбизки и е может успеть“протуннелировать” с Д на А. Важно, что е должен успеть потерять часть энергии, чтоб не вернуться на исходноесостояние, а комплекс перестроиться так, чтоб оказать в координате R2. При понижении температуры туннелированиеимеет меньшую вероятность.Туннельный эффект:для него нужны особые структуры. Реакция без энергии активации, реакция не зависит оттемпературы. (Еа=0)В настоящее время наибольшее внимание в этой области привлекает к себе концепция туннельного транспортаэлектрона между отдельными белковыми молекулами-переносчиками, отделенными друг от друга энергетическимибарье-рами.
Туннельный эффект — преодоление микрочастицей потенциального барьера в случае, когда её полная энергия(остающаяся при туннелировании неизменной) меньше высоты барьера. Это явление имеет квантовую природу, так какподразумевает собой прохождение частицы сквозь область пространства, пребывание в которой запрещено классическоймеханикой, например, перескок электрона через тонкий слой диэлектрика, разделяющий два проводника.Туннельный механизм обеспечивает эффективный транспорт электронов между донорно-акцепторными группами,располо-женными на расстоянии 10—15 А.
Именно такой перенос может идти в дыхательной и фотосинтетической цепи, гдепростетические группы(небелковые компоненты, как гем, например) погружены в белковые глобулы на 5—10 А ивзаи-модействуют друг с другом через белковую матрицу (в цитохромах). Перенос электрона происходит в белке по«электрон-ной тропе».Эксперименты показали, что перенос электрона в фотосинтетической цепи идет эффективно как при комнатных, так ипри низких температу-рах. На рис. приведена кривая зависимости окисления цитохрома фотоактивной молекулойбактериохлорофилла в фото-синтетических реакционных центрах.
Как видно, кривая носит двухфазный характер. Начальныйактивационный участок кри-вой отражает влияние температуры на перестройки ядер ато-мов в белковых частях переносчиков,которые необходимы для обеспечения эффективного переноса электрона. При низких температурах эти перестройкизатруднены, в результате чего скорость переноса электрона падает. Однако здесь перенос происходит хотя и медленнее, но затои мало зависит от темпера-туры. Именно этому соответствует безактивационный низкотем-пературный участок кривойпереноса электрона (рис. 5).В основе описанного переноса электрона, сопряженного с пере-стройкой ядернойсистемы, лежат так называемые туннельные эффекты, которые связаны сэлектронно-конформационными взаимодействиями в макромолекулах.
Согласноквантовым представлениям частица (электрон, отдельные ядра) обладаетопределенной вероятностью прохож-дения сквозь потенциальный барьер, энергиякоторого больше, чем энергия самой частицы (рис. 6).Такое «просачивание» cквозь барьер, или туннелирование, не требует тепловойактивации. В квантовой механике оно связано с тем, что состояние частицыхарактеризуется некоторой «размазанностью» (принцип Гейзенберга).Следовательно, существует вероятность найти частицу в разных точ-кахокружающего ее пространства, включая и область, находя-щуюся за потенциальнымбарьером. Туннельные переходы со-вершают электроны и ядра в комплексе ДА. В исходном со-стоянии (Д-(это минус)А)ядерные конфигурации донорно-акцепторного комплекса соответствуют состоянию, когда электрон локализо-ван на доноре (ДА).
Ядерная конфигурация конечного состо-яния после переноса электрона и изменения электронного со-стояния (Д-А=>ДА-)отличается от начальной и система имеет другую энергию (рис. 7).Это значит, что равновесные ядер-ные координаты R1 иR2 начального (Д-А) и конечного (ДА-) состоянииотличаются. Однако существует точка R* в которойкривые потенциальной энергии пересекаются. Очевидно,в точке R*энергииначального(Д-А) иконечного(ДА-)состоянийсовпадают.Допустим,чтодонорноакцепторный комплекс,на-ходившядернаяийся в состоянии Д-А, перестроился таким образом, что егокоордината попала в окрестность точки R*.
Само по себе этонеобязательно приведет к переносу электрона. Но в точках,близких кR*, сравнительно невелика ширина барье-ра туннелирования,отделяющего потенциальные кривые на-чального и конечногосостояний.Поскольку около точки R* энергии начального и конечного состояний близки, то во время пребывания системы около R*электрон может успеть протуннелировать от Д- на А. Для закрепления на акцепторе элект-рон должен успеть потерять частьсвоей энергии, чтобы не вер-нуться таким же образом назад.
В свою очередь для этого ядер-ная система должна успетьперестроиться так, чтобы часть электронной энергии ушла в тепло, а вся система приобрела бы ядерную конфигурацию,соответствующую состоянию ДА- с ко-ординатой R2. В этом случае за время пребывания электрона на А ядернаяконфигурация изменится так, что система «сва-лится» в точку В результате произойдет необратимый пере-нос электрона от Дк А и система перейдет в состояние ДА-.Ядерная система комплекса ДА, находящегося в исходном состоянии R1 может попасть в окрестность точки R* за счеттепловой активации и перехода на верхние колебательные уров-ни исходного состояния, где координаты ядер близки к R*.Этому процессу соответствует активационный температурно-зависимый участок двухфазной кривой переноса электрона. Принизких температурах ядра находятся на нижних колебательных уровнях, где ширина барьера между потенциальными кривыминачального и конечного состояний шире, чем на верхних уров-нях.
В этом случае существует меньшая вероятностьтуннели-рования ядер в конечное состояние, которая уже не зависит от температуры.Таким образом, общая вероятность W туннельного переноса электрона, сопряженного с перестройкой ядерной системы итепловой диссипацией части электронной энергии, складывается из двух частей: W=W0+W1*exp(-aш с палочкой*омега/кТ).Здесь W0 — вероятность подбарьерного, не зависящего от температуры туннелирования с нижних колебательных уровней;W1- вероятность надбарьерного активационного процесса; W0<<W1,aш с палочкой*омега— энергия колебательного кванта,необходимая для активации переноса.Для характеристики величины туннельного эффекта вводится коэффициент прозрачности барьера, равный модулю отношенияплотности потока прошедших частиц к плотности потока упавших. Точное решение получается решениемквантовомеханической задачи.
Коэффициент прозрачности D зависит от ширины барьера b, высоты барьера h,массы частицыm, а также от профиля потенциального барьера, значения потенциальной энергии по правую и левую сторону от барьера.Приближенно зависимость коэффициента прозрачности можно описать формулой: В пропорционально k*exp(-корень из mbh)Туннельный эффект используется при эксплуатации сверхпроводящего медицинского томографа со сверхчувствительнымдатчиком магнитных полей.Дозы ионизирующих излучений (экспозиционная, поглощенная, эквивалентная,эффективная) и их единицы. Мощность дозы.Ионизирующее излучение — любое излучение, взаимодействие которого со средой приводит к образованию электрическихзарядов разных знаков. Оно представляет собой поток заряженных и (или) незаряженных частиц.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
