Физико-химические основы фотобиологических процессов

ПРОГРАММА
курса лекций Физико-химические основы фотобиологических
процессов для студентов 2 и 3 курсов биолого-почвенного
факультета С- Петербургского государственного университета.
Тема1. СВЕТ И ФОРМАЛЬНЫЕ ЗАКОНЫ ПОГЛОЩЕНИЯ СВЕТА
1.Характеристики светового излучения: скорость распространения света,
частота электромагнитных колебаний, длина волны, поляризация, отражение и
преломление, дисперсия.
2.Формальные законы поглощения света веществом. Цвет и полосы поглощения
вещества.
Тема 2. ФОТОФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА МОЛЕКУЛ
1. Стационарные состояния, уровни энергии и переходы между ними в молекулах.
2. Вероятности электронных переходов между уровнями энергии. Принцип Франка.Кондона.
3. Фотовозбуждение молекул, дезактивация, длительность жизни электронновозбужденных состояний.
4. Явленеия флуоресценции и фосфоресценции.
5. Сенсибилизированная флуоресценция, синглет-синглетный перенос энергии электрон
ного возбуждения (электронное индуктивно-резонансное взаимодействие молекул).
6. О вероятности интерконверсии электронновозбуждённых состояний и высоте триплет
ных уровней энергии в сложных молекулах.
7. Триплет-триплетный перенос энергии электронного возбуждения (электронное обменно
резонансное взаимодействие молекул).
8. Связь между спектроскопическими (спектры поглощения и люминесценции) и
фотохимическими свойствами молекул.
Тема 3. ФОТОХИМИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ В ОРГАНИЧЕСКИХ МОЛЕКУЛАХ
1. Законы фотохимических реакций.
А. Закон Гротгуса-Дрейпера.
Б. Правило взаимозаместимости Бунзена-Роско.
В. Закон фотохимической кинетики Вант-Гоффа.
Г. Закон квантовой эквивалентности Эйнштейна.
Д. Правило Каши.
Е. Квантовый выход фотохимической реакции. Фоточувствительность системы.
Ж.Спектр фотохимического действия.
З. Эффективность первичных фотохимических процессов в многоатомных молекулах
И. Скорость фотохимических реакций.
2. Основные типы первичных стадий фотохимических реакций.
А. Фотолиз молекул на ионы (фотоионизация молекул).
Б. Фотодиссоциация многоатомных молекул на радикалы.
В. Элементарные стадии фотоокисления и фотовосстановления молекул.
Г. Реакции фотопереноса протона.
Д. Сенсибилизированные фотореакции.
Е. Фотодинамические реакции в присутствии молекулярного кислорода.
Ж. Реакция фотоизомеризации.
З. Двухквантовые фотореакции.
Тема 4. ФОТОХИМИЯ БИОЛОГИЧЕСКИХ МОЛЕКУЛ
1. Действие УФ света на нуклеиновые кислоты.
А.Фотохимия тимина.
Б. Фотогидратация пиримидиновых оснований.
В. Фотосшивка ДНК-белок
.
2.
3.
4.
5.
Г. Фоторазрыв цепей ДНК
Д. Фотореактивация ДНК и РНК.
Фотохимия аминокислот и белков.
Действие УФ света на липиды и биологические мембраны.
Фотохимия порфиринов и гембелков.
Фотодинамические реакции в биосистемах с участием синглетного кислорода.
Тема 5. ПЕРВИЧНЫЕ ПРОЦЕССЫ ПРИРОДНОГО ФОТОСИНТЕЗА
1. Светособирахщий пигментный комплекс – пигментная антенна и миграция энергии
электронного возбуждения
2 Фотосистемы ФС-1 и ФС-2 и их роль в электронном транспорте.
3. Структура фотосинтетических реакционных центров высших растений.
4. Реакционный центр пурпурных фотосинтезирующих бактерий.
Тема 6. ФОТОФИЗИКА И ФОТОХИМИЯ ЗРЕНИЯ
1. Глаз как оптический прибор. Строение палочек и колбочек. Светочувствительный
белок-родопсин и его фотохимия.
2. Цветовое зрение
3. Фотоповреждение глаз.
Тема 7. ФОТОБИОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ В КОЖЕ
1. Строение кожи.
2. Эритема.
3. Пигментация кожи.
4. Фотоканцерогенез.
Тема 8. ФОТОМЕДИЦИНА
1. Фототерапия.
2. Фотомодификация крови и её лечебное действие.
Рекомендуемая литература
1. Фотоника молекул красителей и родственных соединений
А.Н.Теренин
Л. Наука. 1967.
2. Физико-химические основы фотобиологических процессов
Ю.А.Владимиров
А.Я.Потапенко
М. Высшая школа. 1989.
3. Фотобиология.
Минск. Изд. БГУ. 1979.
4. Основы фотобиофизики.
Д.И.Рощупкин
В.Г.Артюхов
Воронеж. Изд. ВГУ. 1997.
5. Молекулярная фотобиология.
К. Смит
Ф. Хэнеуолт
М. Мир. 1972.
2
Рекомендуемые темы рефератов.
1. Миграция энергии электронного возбуждения молекул при фотобиологических
процессах.
2. Сверхслабое свечение клеток и тканей.
3. Периодическое освещение растений и продуктивность фотосинтеза.
4. Защитные механизмы фотосинтеза.
5. Кислородвыделяющий комплекс при фотосинтезе высших растений.
6. Фоторегуляторные процессы в живых организмах.
7. Фотодинамические реакции в биосистемах.
8. Действие лазерного света на организм (механизмы).
9. Фотомутации.
10. Фотодимеры пиримидиновых азотистых оснований НК.
11. Фотоповреждения глаз.
12. Механизм фотоэритемы.
13. Фотоканцерогенез.
14. Метод облучения собственной крови ультрафиолетовым светом (метод УФОК).
3
4
ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ФОТОБИОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ
Лекции 28 час проф.В.Е. Холмогоров
Фотобиология – наука о биологических процессах, инициированных в живых системах
действием света, поглощённым одним или несколькими хромофорами (фоторецепторами)
этих систем В основе фотобиологии лежат теоретические представления о физикохимических свойствах биологических молекул и сложных биологических структур,
полученные из экспериментальных результатов при изучении фотофизических и
фотохимических свойств простых и сложных органических молекул, красителей, природных и
синтетических пигментов. Свет инициирует различные фотопроцессы в растворах,
суспензиях, адсорбатах, слоях, упорядоченных системах, мембранах клеток., в клетках,
тканях, в целых организмах. Нередко эти процессы имеют свободно-радикальную природу и
продолжаются в дальнейших темновых реакциях. Изучение таких процессов требует
привлечения современных представлений физики, химии, биофизики и биологии. Знание
механизмов первичных стадий фотобиологических процессов необходимо для понимания
трансформации энергии поглощённых квантов света (фотонов) в таких явлениях как
фотосинтез, зрение, повреждающее и лечебное действие ультрафиолетового и лазерного
излучения. Изучение первичных стадий фотобиологических процессов неразрывно связано с
использованием спектроскопических методов исследования, люминесценции, ядерного и
электронного магнитных резонансов. Всё это требует глубоких знаний и методик физико5
химического эксперимента.Именно в этом содержится суть современной фотобиологии,
изучающей механизмы фотостимулированных процессовВ предлагаемом курсе лекций будут
рассмотрены основы спектроскопии, фотофизики и фотохимии органических соединений,
биологических молекул, первичные фотофизические и фотохимические стадии природного
фотосинтеза, зрения, фотохимия нуклеиновых кислот, аминокислот, белков и ферментов,
липидов, порфиринов, фотодинамические реакции в биосистемах с участием синглетного
кислорода, фотопропроцессы в коже, современные основы фотомедицины.
.
6