ДНҚ – ның фотохимиялық түрленуі . Люминесценттік таңбалар мен сорғылар және олардың медицинада қолданылуы

О. Варббургтың  жұмыстарымен дәлелденген заң: ерітінділердегі  фотохимиялық реакциялардың кванттық шығуы әсер ететін жарықтың толқынының ұзындығына тәуелсіз.

Бұл заңның физикалық  маңызы люминисценциядағы Вавиловтың заңына сәйкес келеді – фотохимиялық реакцияға қозған қалыптың ең төменгі  деңгейіндегі молекулалар қатысады.

Бұл заңның салдары: s =sj_x болғандығынан s (l) әсер ету спектрінің формасы жеке зат үшін оның S(l) жұту спектріне сәйкес келеді. Биологиялық жүйедегі дозалық қисық сызықтар бойынша әсер етудің спектрін өлшеу ешқандай спектралдық өлшеусіз фотолизге ұшыраған заттын жұту спектрін,  ақырғы фотобиологиялық эффект үшін күрделі жүйенің қай компонентінің фотолизі жауапты екендігін табуға болады.

Қарапайым оқиға. Трипсиннің фотобиологиялық әсер ету спектрінің және сол ферменттін жұту спектрінің қисық сызықтарын қарастырайық (сурет 3). Трипсинде 3 бас хромофорлар болады: триптофанның, тирозиннің және цистиннің  қалдықтары. Олар трипсиннің жұту спектрі  үшін жауапты. Әсер ету спектрі бұл  спектрді толығымен қайталайды, сондықтан  ақуыздың инактивациясы үшін барлық үш аминоқышқылдардың инактивациясы  керек деп айтуға болады.

Күрделі фотобиологиялық процестерде  ақырғы эффект алдында жартылай қайтымды фотохимиялық процесстер мен жарық  шығарусыз кезеңдер жүреді. Онда:

   [7.1]

кинетикалық тепе-теңдік орындалмауы  мүмкін және әсер ету спектрін анықтау  үшін s қалай анықтауға болатындығы белгісіз. Көбінесе мұндай жағдайда ордината осі бойынша барлық толқындар ұзындықтары үшін бірдей фотобиологиялық эффектті шақыратын Д_с дозасына теріс Э «жарықтың тиімділігі» шамасы салынады.

 

   [7.2]

Эритеманың әсер ету спектрінде ордината осінде «эритемалық тиімділік» деп аталатын шаманы салады, ол шама минималды эритемалық дозасына (МЭД) теріс пропорционалды. МЭД- минималь эритемдік  доза ,яғни ең минималь  байқалатын  эритеманың пайда болуын туғызатын  сәулелену дозасы. Мұндай  шама адамның күннің көзіне күю, өсімдіктердің  фототропизм және фототаксис ,көздің сезімталдығы  т.б  спектрлерін  салу үшін алынады.

Күрделі биологиялық  жүйелердің  әсер спектрлерін қарасыруда жоғарыда айтылған салыстырмалы түрде  қарапайым саналатын суреттеме  экранировка эффекттісі кезінде  шамасынан ауытқуы мүмкін. Экранировканың мәні объектіге түсірілген жарық  сол объектінің жоғары беткі қабаттарында жұтылуы мүмкін.Және оның терең қабатында  әсер етуші жарық интенсивтілігі түсетін жарық интенсивтілігінен  төмен болып шығады. Бұл интенсивтілік  бізге белгілі. Зерттеліп жатқан фотобиологиялы процессте квант  акцепторларының табиғаты нақтыланған  кезде бұл  рецепторда  қандай нақты фотохимиялық реакция жүретінін  айқындап  білуге болады.

 

 

Димеризацияның  пиримидиндік негіздердегі электрондық  қозу жағдайының қалай жүретінін , тиминдік сұйықтарда ,  ДНҚ – ның өшіретін триплеттік негіздермен және фотосинсебилизация әдісімен зерттеген . Тиминді триплеттік сөндіргіштермен шағылыстырғанда  циклобутандық димерлердің шығуының азаюы , тиминдік димерлердің триплеттік негіздердің жағдайы арқылы өтетіні  айқындалады . Бірақ та дәл сол  триплеттік негіздер ДНҚ – ның  тиминдік димерлерінің түзілуіне ешқандай әсері жоқ . Сол себепті де ДНҚ  – дағы тиминдердің димеризациясы  негіздердің синглетті қозу жағдайында жүреді деп есептеуге болады . Алайда триплеттік сөндіргіштердің ДНҚ – лардың димерінің шығуының әсерінің жоқтығы , тимин молекулаларының жақын және қолайлы орналасуы триплеттік деңгейдегі димеризация жылдамдығының константасынан жоғары . Егер осы тұжырымдама дұрыс болса , онда ДНҚ тиминдерінің димеризациясы триплеттік жағдай арқылы жүзеге асады .

 

 

Бұл реакция алғаш рет  тиминді сұйықтықтарды ультракүлгін сәулелерімен шағылыстарғанда табылған . Ол 5,6 екіреттілік көміртек байланысымен түзілген циклобутанның сақинасынан  тұратын екі негіздіболып табылады. Қысқа ультракүлгін сәулелері әсерінен 70 – 80 % летальды зақымдануы бар ДНК  бір тізбегінде тимин димерлері  түзіледі . Димеризация реакциясының негізгі белгісі болып оның фотоқалпына келуі . Пиримидиндік негіздер 200 – 300 нм қашықтықтағы сәулелерді жұтады , ал олардың димерлері ультракүлгін сәулесінің 200 – 285 нм диапазонында . Сол себепті де ДНК немесе негіздерді ультракүлгін сәулелермен шағылыстарған кезде әрбір толқын ұзындығына қоздырылған жарықтың димерлер мен негіздердің арасында динамикалық тұрақтылық орнатады.

 

 

ДНК дағы тиминдік негіздердің  негізгі фотохимиялық реакцияларының бірі болып табылады . Пиримидиндік сақинаға су молекуласының көміртектік  байланысты бұзып қосылуының айтамыз . Димеризация реакцияларына қарағанда  фотогидратация фото қайтымды процесске  жатпайды . Алайда гидраттар жоғары температура , сұйықтың иондық күшінен және рһ өзгерісінен бұзылуы мүмкін . Фотогидратацияның жылдамдығы H₂O ның D₂O ге айналысында азаяды . Триплеттік өшіргіштер фотогидратацияға әсер етпейді . Реакцияның кванттық шығуы ультракүлгін сәулесінің толқын ұзындығына тәуелді емес . Фотогидратация процессінің бір ерекшелігі ол тек бір ДНК молекуласында болады. Сол себепті пиримидин гидраттары тек ұдайы репликацияланатын және транскрипцияланатын жасушаларға әсерін тигізеді .

 

 

Тірі клеткаларды зерттеуде  флуресценттік микроскопия әдісі  мен флуоресценттейтін бояулар  кеңінен қолданылады. Оның мәні бір  заттардың жарық энергиясын жұтылуындажарықтандыру қасиетіне ие болуымен қорытындыланады. Флуоресценттік сәулелендіру қоздырғышының қатынасы бойынша флуоресценттік спектр әрқашан үлкен ұзындықтағы толқындар жағына ауытқиды. Мысалы, бөлініп алынған хлорофилл ультракүлгін сәуле көмегімен қызыл түспен жарықтанады. Бұл принцип флуоресценттік микроскопияда қолданады: қысқа ұзындықтағы толқын аймағындағы флуоресценттік объектіні қарастыруда. Әдетте мұндай микроскопта көк-күлгін облысында жарық беретін фильтрлер қолданылады. Ультракүлгін толқында толқында жұмыс істейтін люминесценттік микроскоптар ғылыми зерттеу жұмыстарда көп қолданылады.

Өзіндік флуоресценцияда кейбір пигменттер бар (хлорофиллдер, бактериалды пигменттер, витаминдер (А және В₂), гормондар. Егер флуоресценттік микроскоппен өсімдік клеткасын қараған кезде күңгірт-көк фонда клетка ішінен қызыл дәндер ашық көрінеді - бұл хлоропласттар. Флуоресценттік микроскопия әдісінде тірі клеткаларға флуорохромдарды қосуға болады. (флуоресценциялы заттар). Бұл әдіс витальді бояумен ұқсас, яғни бұл жерде өте төмен концентрациясы бар бояу қолданылады (1x10-4-1х10-5) Көптеген флуорохромдар белгілі бір таңдаушы клетка құрылысымен байланысып, оларды екіншілік люминесценцияға шақырады. Мысалы, сарғыш акринді флуорохром нуклеин қышқылымен таңдаулы байланысады. ДНҚ мономерлік түрдегі ДНҚ-мен байланысқанда жасыл түске флуоросценциаланады, ал димерлік түрдегі РНҚ-да қызыл түске жарықтанады. Сарғыш акриндинмен боялған тірі клеткаларды бақылауда, олардың ядроларында жасыл түсті жарық болады, ол цитоплпазмамен ядрошықта қызыл түс жарқырайды. Осы тірі клеткаларды осы әдістің көмегімен немесе басқа химиялық заттардың шоғырлануын көруге болады (кейбір жағдайда мөлшерін санау). Липидпен, шырыш және керотинмен және т.б. таңдаулы байланысатын флуорохромдар болады.

Таңбаланған флуорохромдық антиденені тірі клеткаға инъецирлеуге болады. Мысалы, тубулин белоктық флуорохроммен байланысқан антиденелерін клеткаларға енгізсе, олар микротүтікшелермен косылады. Осының нәтижесінде мұндай тірі клеткаларды флуоресценттік микроскоптың көмегімен бақылауға болады.

Соңғы кезде тірі клеткаларды немесе олардың компоненттерін зерттеу үшін бейнелерді өңдеуде жарық микроскоптың электронды-компьютермен үйлесімі кеңінен қолдана бастады (әсіресе фазасы қарма-қарсы). Бейнелерді электронды өңдеуде бейнетаспа қолданады, сонымен бірге бақылап отырған құрылымды қарама-қарсы етіп, фондық деңгейді "алып" және белгілейді. Мұндай әдістеме микротүтікше сияқты құрылымды телеэкраннан көруге мүмкіндік береді, жарық микроскоптың рұқсат етілген күнінен (20 нм) аз мөлшерде. Мұндай жүйені қолдануда тек цейтраферлі кино түсірілімді алмастырмайды, сонымен бірге бейнетаспаны қолданады, бейнелерді компьютерлік өңдеуде рұқсат етіледі: құрылым тығыздығының мәліметі туралы, сонымен бірге үш өлшемді ұйымдасу. Тірі клеткаларды зерттеуде бұл әдістің флуоресценттік микроскоппен үйлесімділігі үлкен жетістікке әкеледі. Жарық микроскоптағы жай әдіс микроскоптың терең еместігінен қаралып жатқан объекттің суреті үш өлшемде өңделуі өте қиын. әдетте клеткалар оптикалық кесілім ретінде берілген фокус тереңдігінде қаралады. Объектінің толық үш өлшемді реконструкциясын алуда арнайы конфокальді сканирлік жарық микроскопы қолданылады. Бұл прибордың көмегімен әр түрлі тереңдіктен және компьютерде жинақталған бейнелерден алынған тізбектердің кесілімі алынады. Сонымен бірге үш өлшемді, көлемді бейнеленген объектіні арнайы бағдарламамен құрастырады. Әдетте флуорохроммен боялған объекттер қолданады.

 

 

Көптеген органикалық  қосылыстар қалыпты жағдайда немесе ультракүлгін сәулемен әсер еткенде  өзіне тән люминесценттік жарық  шығарады . Мәне осы жарықтың спектрлік  құрамын талдай келіп тағамдардың , дәрі дәрмектердің , тіннің , терінің  және т . б қоспаларын анықтайды . Ульракүлгін  сәуленің әсерінен ағзаның көптеген тіндері , мысалы тырнақ , тіс , боялмаған  шаш , көз бұршағы флюоресценттік жарық шығарады. Сол жарықтың спектрін анықтау дианостикада қолданылады . Осы мақсатта қолданылатын құралды флюорометр дейді . Флюорометрдің басты бөлігі сынапты шам деп те атайды .

Сынапты шам – ішінен ауасы жоғарғы вакуумға дейін  сиретілген кварц түтігінен тұрады . Түтіктің іші аргон газымен толтырылып кварц оған бірнеше тамшы сынап  қосады . Түтіктің екі басына Э электрод орналастырылған . Осындай шамды  тоқ көзіне қосқанда ,аргонның жеке иондары мен электрондарының  әсерінен солғын разряд пайда болады. Газдың иондары мен электрондары түтіктің ішіндегі электродтармен соқтығысып , оларды қыздырады . Қызған электродтардың бетінен электрондар бөлініп  шығады .

Шам қызады да оның ішіндегі сынап буланады . Сынап буларының  арасында доғалық разряд пайда болып , түтіктің ішіндегі газ қысымы артады – шам ультракүлгін сәуле шығарады . Рефлектордың ішкі беті жарықты толық шағылатын айна бетпен қапталғандықтан жарық сәулесі бір бағытта таралады . Осындай сынапты шамның жұмыс нәтижесінде алынған ультракүлгін жарықпен адамның денесін сәулелендіруге болады .

Флюорецесценттік заттарды немесе флюоресценттік бояумен боялған  гистологиялық препараттарды зерттеу  үшін люминесценттік анализ кеңінен  қолданылады. Ол үшін люминесценттік микроскоп  қолданылады . Ол сынапты шамы бар  арнайы жарық көзінен ,толқын ұзындығы ,толқын ұзындығы 320 – 400 нм ультракүлгін сәулені ғана өткізетін жарық  сүзгішінен , кварц призмасынан және кварцты линзасы бар конденсордан тұрады . Препарат ультракүлгін сәуле өткізетін арнайы шынының үстіне қойылады . Микроскоптың оптикалық жүйесі – қарапайым оптикалық жүйеден тұрады .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Қорытынды

Осы тақырып аясында мен  биологиялық жүйелердегі фотохимиялық реакциялардың сатысын және негізгі түрлерін , алғашқы фотобиохимиялық реакциялардың өнімін, бос радикалды қышқылдануын, ДНК құрылысына ультракүлгін сәуленің әсерін , люминесцентік таңбалар мен сорғыларды медицинада қолдану туралы мол ақпарат алдым . Фотобиологиялық процесстердің биофизикалық негізін зерттеу кванттық биофизиканың басты бөлімдерінің бірі екеніне көз жеткіздім . Бұл процесстердің көп сатылы екенін және де олардың әрқайсысы жарық квантын жұту процесінен бастап ағзада өтетін күрделі физиологиялық реакциялармен аяқталатын көптеген топтардан тұратынын білдім . Оларға фотосинтез , фототаксис , фототропизм , көру , ультракүлгін сәуленің әсері жататынын оқыдым .

Жылулық сәуле шығарумен қатар энергияның түрлену нәтижесінде басқадай жарық шығады . Ол жарықтар – суық жарықтар , оларды люминесценция деп атайды екен . Осы суық жарық оны тудыратын энергияның түріне байланысты хемилюминесценция , электролюминесценция , фотолюминесценция деп бөлінетінін білдім . Алғашқы фотоөнімдерді алудың анықтау әдістерінің көп түрлілігі таң қалдырды .  Осы тақырып барысындам мен біршама құнды мағлұмат алып , өзімнің білім қобдишамды толтырдым .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ӘДЕБИЕТТЕР:

1. Көшенов.Б Медициналық биофизика  Алматы .Қарасай 2008

2. Владимиров Ю.А. с соавт. Биофизика. М., Медицина, 1983.

3. Костюк П.Г. с соавт. Биофизика. Киев, 1988.
4. Рубин А.Е. Биофизика. 1-2 том. М.,1987.
5. Рубин А.Е. Биофизика: Теоретическая биофизика -1 том. –  М. Книжный дом «Университет», 2000
6. Рубин А.Е. Биофизика: Биофизика клеточных процессов -2 том. –  М. Книжный дом «Университет», 2000
7. Релиуов А . Н. Медицинская и биологическая физика , Дрофа , 2008
8. Арызханов Б. С. Жоғары оқу орындарының студенттеріне арналған , Алматы , Қайнар , 1990