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

“Астана медицина университеті” АҚ

Медбиофизика курсымен информатика , математика кафедрасы

 

 

 

 

 

СӨЖ (реферат)

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

 

Орындаған : Үмбетбаева Нұргүл

Тексерген : Шакерхан Назым Шакерханқызы

 

 

 

 

 

Астана 2012

Жоспар:

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

1. Фотохимиялық реакциялар
2. Алғашқы фотохимиялық акт
3. Алғашқы фотобиологиялық реакциялардың өнімін оқу
4. Электронды – қозу күйінің примидиновты негіздерінің фотохимиялық реакциялары
5. Фотодимеризация реакциясы
6. Фотогидратация реакциясы
7. Люминесценттік микроскопия
8. Люминесцентті таңбалар мен сорғыларды медицинада қолдану

3. Қорытынды

Қолданылған әдебиет

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Кіріспе

Тақырып бойынша ДНҚ –  ның фотохимиялық түрленуі мен люминесценттік сорғылар туралы ақпаратты қамту  қажет болды . Ең алдымен фотохимиялық реакциялар дегеніміздің өзі не екеніне тоқтала кеттім келеді . Фотохимиялық реакциялар - жарықтың әрекетімен болатын химиялық процестер. Табиғатта кеңінен тараған ,  фотосинтездің , озон қабатының түзілуі мен бұзылуының, фотохимиялық у түтін пайда болуының және ластағыш заттектердің басқа да бірқатар айналуларының негізі осы фотохимиялық реакциялар болып табылады.

Фотохимиялық реакциялар —  химия ғылымының жарық сәулелері әсерінен жүретін реакцияларды зерттейтін саласы . Фотохимиямен оптика және оптикалық сәуле шығару тығыз байланысты . Фотохимиялық реакциялардың жүруі затқа сіңірілген жарық сәулелерінің әсерінен ғана болатынын алғаш орыс ғалымы Х.Гротгус дәлелдеген (1818) . Ол “Химиялық қоспада тек жұтылатын сәулелер ғана химиялық активті болады” деп тұжырымдалатын Фотохимияның бірінші заңын ашты. Фотохимия саласында жинақталған тәжірибелік материалдар мен оларды ғылыми жағынан түсіндіріп , бір жүйеге келтіру 20 ғ-дың 1-жартысында кванттық механика , атомдық немесе молекулалық спектроскопия дамығаннан кейін мүмкін бола бастады. Фотохимияның екінші заңы — кванттық эквиваленттілік заңын А.Эйнштейн ашты (1912). Бұл заң бойынша жұтылатын сәуленің әрбір кванты тек бір ғана молекуланы түрлендіруге қатысады. Фотохимиялық реакциялар кезінде химия жүйенің бос энергиясының азаюы немесе көбеюі мүмкін. Энергияның көбеюі сырттан сіңірілген жарық сәулелері энергиясының жүйе энергиясына қосылуынан болады. Фотохимиялық активтену процесінде жарық сәулелерін сіңірген молекула атомдарға немесе атомдар тобына ыдырайды, кейде молекула ыдырамай “қозған” молекула күйіне ауысады. Ыдыраудан пайда болған бөлшектердің немесе заттардың активтілігінің жоғары болуы ондағы бос валенттілікке байланысты. Фотохимиялық реакциялардың тиімділігі квант шығымымен (g) анықталады; Ол реакция өніміндегі молекулалар санының жұтылған квант санына қатынасына тең. Фотохимиялық реакциялар: фотодимерлену, фотоконденсаттану, фотоиондану, фотототықтыру, фотогидролиз, т.б. болып бөлінеді. Бұл реакциялардың практикалық маңызы зор. Мысалы, ауа қабатының жоғары бөлігінде оттек молекуласы қысқа толқынды ультракүлгін Күн радиациясын сіңіріп, “қозған” күйге айналады: О₂+hv®О₂. Осы молекулалар қалыпты оттек молекулаларымен әрекеттесіп (О₂+О₂=О₃+О), төменгі ауа қабатындағы организмдерді қорғайтын озон қабатын түзеді (қ. Озоносфера). Күн сәулесі энергиясын пайдаланатын өсімдіктердегі фотосинтез процесі және фотография процестер Фотохимиялық реакциялардың қатысуымен жүреді.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Фотохимиялық реакциялар деп химиялық реакцияға түсетін  заттардың бірі сәуле квантын  өзіне сіңіріп, нәтижесінде өзі  активті бөлшекке айналып онан әрі  жүретін реакцияларды айтады.

Фотохимиялық процестерді екі топқа бөлуге болады. Бірінші процестерде сәулелену себепші болады. Бұлар сәуле әсерінсіз де жүре алады . Сәуле энергиясы тек активті бөлшектердің пайда болуына себепші болып , процесс ағымын катализдейді . Екінші топқа берілген жағдайда өздігінен жүре бермейтін процестер жатады  Ол үшін сырттан жұмсалатын жұмыстың болуы шартты нәрсе. Бұған қажетті энергия сәуле толқынындағы электромагнит түрінде жеткізіледі. Затқа сіңген сәуле, бұл системадағы энергия қорын арттырып , тепе - теңдік константасын өзгертеді.

Фотохимиялық реакцияларға өсімдіктегі  фотосинтез, бояулардың одуы, сәуле  әсерінен ыдырау реакциясы, суретке  түсіру құбылысы және тағы басқа процестер  мысал болады. Фотохимиялық реакциялар газдарда да, сұйықта да, катты заттарда да жүре береді.

Алғашқы рет 1817 жылы К. Гроттус тек  системаға дарыған сәуле ғана химиялық өзгеріс туғызатынын анықтады. Ал, 1855 жылы Р. Бунзен хлор мен сутек арасындағы реакциядан шығатын өнімнің мөлшері әрекеттесетін газ қоспасына түсетін сәуле жарықтығы мен сәуле түскен уақытқа пропорционалдығын көрсетеді. К. А. Тимирязев (1875) және Вант-Гофф (1904) сәуле әсерінен жүретін реакциялардағы химиялық өзгерістерге тап болатын заттардың және осы тұста жаңадан түзілетін өнімнің  мөлшері оларға дарыған сәуле энергиясына тура пропорционал болатынын ашты. Сәуле табиғатының (1910) кванттык құрылымын анықтаған жаңалық фотохимиялық процестердің негізгі теориялық жағдайын қалыптастыруға мүмкіндік туғызды.

 

 

1912 жылы А. Эйнштейн ашқан фотохимиялық эквиваленттік заңы аса маңызды бетбұрыстың бірі: алғашқы фотохимиялық айналу актісіне кезіккен молекула саны осында дарыған сәуле квантының санына тең.

Фотохимиялық реакциялардың бастапқы өнімдері өте тұрақсыз болып олар бастапқы күйіне қайтадан өтуі немесе тұрақты фотоөнімдердің таралымы өте аз болып , оларды қарапайым физико – химиялық әдіспен анықтау мүмкін болмайды .

Бастапқы фотоөнімді анықтауға арналған әдістеме ол – импульсты фотолиз әдістемесі . Бұл әдістемеде үлгі күшті жарықпен жарықталынады . Ол үлгі молекулаларының көпшілігін бір уақытта қозған күйге өткізеді . Пайда болған қозған фотоөнімдердің спектрін анықтауға болады . Олар бірнеше микро немесе миллисекунд аралығында жоғалып кетеді . Осындай өнімдерін анықтау және оларды талдау олардың жарықты жұту спектрін және “өмір сүру” уақытын өлшеу арқылы жүргізіледі . 

Импульстік фотолиз әдісі қалыпты температурада ерітіндіде триплетті молекулалардың жойылуын тікелей бақылауға мүмкіншілік береді .

 

 

 

Фотобиологиялық процесстерге биологиялық  маңызды қосылымдардың жарықты  жұтуынан басталатын және физиологиялық  реакциямен аяқталатын процесстер жатады.

Барлық фотобиологиялық  процесстерде жарықтың энергиясы химиялық түрлендірулердің  активациялық тосқауылдарынан  өту үшін қолданылады. Жарықтын әсерінен қозған молекуланың реакциялық қабілеттігіне  бірқатар факторлар әсерлерін тигізеді. Реакцияға түсу қабілеті қозған электронның  энергетикалық   деңгейінің қалпына  тәуелді.Бұл деңгей энергетикалық  тосқауылдан өтуді қамтамасыз етеді.   (1 сурет ).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1 сурет . А^* +В ®Р фотохимиялық процессінің энергетикалық схемасы

DE₁ — көлеңкелік  реакцияның активация   энергиясы;  А + В ®Р; DE₂— берілген: А^* +В ®Р (DE₁ >DE₂) фотохимиялық  реакцияның активация энергиясы  (Рубин А.Б., 2000).

 

Фотохимиялық рекцияның  орындалуында қозған қалыптың өмір сүру уақытының маңызы аса зор, өйткені  бұл уақыттың ішінде молекула артық  энергияны сақтайды. Сондықтан көптеген фотохимиялық реакцияларға триплетті  қозған қалыптағы молекулалар қатысады, өйткені  мұндай молекулалардың  синглетті  қалыппен  салыстырғанда  өмір сүру уақыты анағұрлым көп болады. Оның үстіне мұндай молекула бирадикал  болып табылады.

Барлық  фотохимиялық реакциялар біркванттық механизм бойынша  жүреді (реакцияға түсетін молекула тек қана жарықтың бір квантын  жұтады). Тек қана күшті лазерлі  сәулеленудің әсерінен молекула екінші квантты жұтуға үлгере алады да бір  молекуланың екіфотонды қозуы пайда  болады және молекула жоғары қозған деңгейлерге  көшеді.

Бірақ тек қана фотосинтез кезінде жарық сәулелердің  энергиясы өнімдердің (глюкоза) химиялық байланыстарының энергиясы түрінде  жинақталады, өйткені бастапқы заттармен (СО₂ және Н₂О) салыстырғанда  олардың еркін энергиясының қоры молдау болады. Басқа фотобиологиялық процесстерде жарық фотохимиялық реакцияларға әкелетіндігіне қарамастан, реакцияның өнімдерінде артық еркін энергияның молшері бастапқы заттармен салыстырғанда көп болмайды. Бірақ фотохимиялық кезеңнен  кейін жүретін  жарық шығарусыз кезеңдерде  күрделі физиологиялық-биохимиялық түрленулердің  нәтижесінде биоқұрылымдарда энергияның мөлшері жоғары болуы мүмкін.   Ондай түрлендірулердің (жарықтың морфогензге, пигменттердің синтезіне, дем алуға фотостимуляциялық әсері) жалпы энергиялық эффектісі өте жоғары болғанымен тікелей жарық сәулелерінің энергиясы жинақталмайды.

Фотобиологиялық процесстердегі айналымдардың тізбегі: хромофорлық топпен жарықты жұту және электрқозған қалыптардың пайда болуы – электронды қозудың энергиясының миграциясы ® бірінші фотофизикалық акт және бірінші фотоөнімдердің құрылуы – аралық кезеңдер ® бірінші тұрақты химиялық өнімдердің құрылуы ® физиологиялық-биохимиялық процесстер ® ақырғы  фотобиологиялық өнім.

Барлық белгілі  фотобиологиялық процесстер екі  топқа бөлінеді: негативті (деструктивтік)  және  позитивтік (реттеуші) фотобиологиялық  процесстер.

Негативті фотобиологиялық  процесстердің ағзадағы екі түрі болады: фототоксикалық және фотоаллергиялық.

Фототоксикалық эффекттерге  аллергиялық реакциялармен қатар  жүрмейтін, терінің не көздің зақымданулары  жатады.  Олардың клиникасынка эритема, эдема, пигментация, көз жанарының бұлдырауы және т.б.жатады.

Фотоаллергиялық эффекттерге  аллергиялық сенсибилизацияның  бірінші иммунологиялық механизмі  кіреді.

Позитивті фотобиологиялық эффекттерге  көру қабілеті, фотопериодизм (тәулік және жыл ішіндегі тіршілік циклдерін жарық-қараңғы фазаларының ауысуы арқылы реттеу).  Адам мен сүтқоректі жануарларда фотопериодизмнің рецептор көздері бар, кейбір құстарда - гипоталамус,  балықтарда - эпифиз,  жәндіктерде - ми.

Тағы бір позитивті  механизм – ультракүлгін әсерінен провитаминдерден Д витаминнің құрылуы.

Өсімдіктерде маңызды  фотобиологиялық процесстер - фотосинтез, фототаксис, фототропизм және фотопериодизм.

Сонымен, фотобиологиялық  процесстердің көптігіне қарамастан олардың әр қайсысының құрамына келесі кезеңдер кіреді:

1. Жарық  квантын жұту
2. Энергия алмасуының молекула ішіндегі процесстері
3. Энергияның көшуі
4. Бірінші фотохимиялық акт.
5. Фотохимиялық өнімдердің жарықсыз өзгерулері, тұрақты өнімдердің құрылуымен аяқталады
6. Фотоөнімдердің  қатысуымен жүретін биохимиялық реакциялар
7. Жарық әсеріне жалпыфизиологиялық жауап.

Биофизиканы тек  қана бірінші бес процесс қызықтырады. Әр түрлі толқынды жарық сәулелерінің әсер ету сипаттамалары ерекше. Адамға көбінесе жарық аймағының   үлкен  жиынтығы өз әсерін тигізеді (сурет 2).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2 Сурет. Сәуле шығарудың   спектралдық таралуы.

1 — Жер  бетіне жеткен  күн көзі сәулелері  (қысқатолқынды  - 285 нм); 
2 — эритемалық люминесценттік лампа;

3 — күнге күю люминесценттік  лампа;

(Владимиров Ю.А.  және т.б., 1983)

 

Адамның ағзасына тигізетін биологиялық әсерінің сипаттамасына сәйкес барлық спектралды аймақты былай етіп  бөледі:

Инфрақызыл аймақ  (толқындардың ұзындығы 750 нм астам) жылулық эффекттер үшін жауапты.

Көрінетін аймақ (400-750 нм) көру, фотопериодизм.

Ультракүлгін аймақ (200-400 нм) үш аймаққа бөлінеді:

а) қысқатолқынды УК-C (200-280 нм)

б) ортатолқынды - УК-В (280-315 нм)

в) ұзынтолқынды - УК-A (315-400 нм)

Күннің сәулелерінің экологиялық УК компонетіне 290 нм. ұзын толқындар жатады, қысқатолқынды  УК сәулелері жерге дейін жетпейді, өйткені олар атмосфераның озонында жұтылады.

Әр түрлі УК сәулелерінің биологиялық әсері әртүрлі.

УК-А – күннің көзіне күю, провитаминдерден Д витаминнің синтезі, фотоаллергиялық және сенсибилизацияланған фототоксикалық эффекттер.

УК-В- эритема, эдема, күннің көзіне күю, көздің күйігі, канцерогенез, Д витаминнің синтезі

УК-С- эритема, күннің көзіне күю, канцерогенез, мутациялар, бактерицидті эффект.

1.2.Фотобиологиялық  әсерлердің спектрлері

Фотобиологиялық әсерлердің спектрі дегеніміз фотобиологиялық  эффекттің әсер ететін жарықтың толқынының ұзындығынан тәуелдігі.

Фотобиологиялық әсерлердің спектрлері биологиялық процесті тиімді түрде шақыратын спектр аймағын  анықтау үшін ғана емес, сонымен  бірге бұл биологиялық процессте  қандай зат жарық кванттарының акцепторы  болатындығын анықтауға мүмкіндік  береді.

Әсер ететін жарықтың сандық сипаттамасы болып фотохимимиялық реакцияның көлденен кесіндісі деп  аталын шама саналады. Бұл шама кванттық шығуының кюветаның ауданына көбейтіндісіне тең болады. Фотохимияда әсер етудің спектрі болып ферменттің инактивациясының көлденең  кесіндіcінің әсер ететін жарық толқынының ұзындағына тәуелдігі  саналады `(сурет 3).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3 сурет . Фотобиологиялық  процестердің әсер ету спектрлері.

3.сурет. ФОТОБИОЛОГИЯЛЫҚ  процесстердің   әрекет спектрлері                                                                                           1 – трипсиннің инактивацияның әсер ету спектрі және 2 – оның жұту спектрі (a - инактивацияның көлденен кесіндісі, D – оптикалық тығыздық). 3 адам УК-эритемасының әсер ету спектрі. 4 – үйректердің жыныстық жетілуінің фотопериодтық стимуляциясының әсер   спектрі (S„/S„ — тажірибе басында және тәжірибе соңындағы ұрықтарының өлшемдерінің арақатысы), 5 — үйректің бастары ұлпаларының көз орбиталдары жағынан гипоталамусқа дейінгі өткізу  спектрі (I/I₀) .