4.2.3.Спектры действия биологических ответов, зависящих от скорости фотопревращения активных молекул.
Некоторые фотобиологические реакции, например, развитие зрительного ответа, зависят скорости превращения ответственных за них молекул. Иными словами, выполняется зависимость:
где N – концентрация активных молекул.
В таких случаях бывает удобно измерять величину интенсивности (J0) или потока (0) излучения, действие которого в течение небольшого времени (t0) вызывает появление эффекта стандартной величины (). Если рассматриваемые условия соблюдены, будут выполняться зависимости:
(136)
Выражение (136)-б справедливо для тех случаев, когда поглощение объекта мало (оптическая плотность много меньше 1). Именно в такой ситуации измеренный спектр действия рассматриваемого фотоэффекта будет совпадать со спектром поглощения молекул-акцепторов фотонов.
4.3. Фотомодификация олигомерных и однокомпонентных белков под действием ультрафиолетового излучения.
4.3.1. Естественное (солнечное) ультрафиолетовое излучение.
Солнечное излучение, падающее на земную атмосферу, содержит значительную примесь квантов ультрафиолетового спектрального диапазона. Сказанное можно иллюстрировать следующими цифрами: в области от длин волн 200 до 310 нм (на эту область приходится поглощение большинства биологически значимых молекул) интенсивность солнечного излучения у поверхности атмосферы составляет порядка 1019 квант/(м2с). Если бы все это излучение достигало поверхности Земли, клетки поверхностных слоев открытых участков кожи человека, например, погибли бы за несколько секунд. К счастью, этого не наблюдается, поскольку практически все жесткое УФ излучение Солнца задерживается озоновым слоем земной атмосферы, располагающимся на высоте от 15 до 45 км. Больше всего концентрация озона в атмосфере в слое от 25 до 30 км от поверхности планеты. По своей способности к поглощению УФ излучения озоновый слой земной атмосферы при 0оС и давлении 100 кПа эквивалентен слою чистого озона толщиной 3 мм. В максимуме поглощения озона (находящемся около 260 нм) интенсивность УФ излучения Солнца после прохождения озонового слоя атмосферы снижается в 1040 раз. Реально до земной поверхности доходит только длинноволновая часть солнечного УФ излучения с длинами волн свыше 295 нм, да и это излучение значимо ослаблено. Такое излучение, в целом, благоприятно сказывается на живых организмах и даже необходимо в ряде случаев для нормального функционирования ряда систем.
Концентрация озона в озоновом слое поддерживается на относительно постоянном уровне за счет ряда обратимых фотохимических и темновых реакций:
М и Р здесь – соответственно некоторые попадающие в атмосферу естественные и искусственные вещества и продукты их окисления.
Процесс продукции озона протекает за счет поглощения молекулярным кислородом излучения в диапазоне от 100 до 230 нм, с максимумом эффекта при 150 нм.
К сожалению, в последнее время в результате развития промышленного производства в атмосферу поступает значительное количество загрязняющих веществ (например, NO, ClO и др.), которые приводят к уменьшению концентрации озона в озоновом слое атмосферы. Потенциально накопление подобных соединений может привести к тому, что до поверхности Земли будет доходить коротковолновое ультрафиолетовое излучение (с длинами волн короче 200 нм), биологические эффекты которого близки к биологическим эффектам ионизирующей радиации. Естественно, такой ход событий представляется крайне опасным для всех живых организмов.
Но и УФ излучение с большими длинами волн естественного и искусственного (получаемое от искусственных источников) происхождения при действии на живые организмы вызывает большое количество различных фотобиологических процессов. В их основе лежат те фотохимические изменения, которые развиваются в белках, нуклеиновых кислотах, липидах и ряде других компонентах живой ткани, которые происходят под влиянием этого излучения.