Внутрішньоклітинна сторона

Зовнішньо клітинна сторона

Рис. 1.3. Схематична трьохвимірна структура молекули бактеріородопсину [16].

Нітроген Шифової основи здатний реверсивно приєднувати протон. Максимум спектру оптичного поглинання протонованої Шифової основи ~ 440 нм. Різниця між цим значенням та положенням максимуму поглинання при 568 нм, який характеризує світлоадаптований бактеріородопсин, і є наслідком змін в області ретиналю під дією білка.

1.2. Фотохімічний цикл реакцій бактеріородопсину.

Під дією світла молекула бактеріородопсину проходить через фотохімічний цикл реакцій, послідовність яких викликає серйозні дискусії серед вчених. Поглинання фотону переводить молекулу БР у збуджений стан, цю енергію молекула на протязі термічних реакцій фотоциклу в декілька стадій втрачає, після чого білок повертається в початковий стан. Ефект розвивається за пікосекунди, при кімнатній температурі та рН 7 тривалість повного циклу ~ 10 мс. У перебігу фотоциклу, який має світлові та темнові стадії, утворюються проміжкові форми молекули, так звані інтермедіати, з різними максимумами поглинання у видимій області спектра. Вони позначаються символами J₆₂₅, K₆₁₀, L₅₅₀, M₄₁₂, N₅₃₀, O₆₄₀, де індекси вказують на відповідні їм максимуми поглинання. Під час одного циклу фотохімічних реакцій енергія, поглинута хромофором, передається білку, здійснюються конформаційні зміни і відбувається транспорт одного протона через мембрану[10]. Про конформаційні зміни, що відбуваються в опсиновій частині, стан протонованості побічних ланцюгів та структуру ретиналю дають уяву результати досліджень спектрів поглинання в видимій і УФ областях спектрів та спектрів резонансного комбінаційного розсіювання в ІЧ області спектра.

Про єдиний, загальноприйнятий фотоцикл БР не можемо говорити внаслідок перекриття спектрів проміжкових станів фотоциклу БР, але розгляд сукупності виявлених інтермедіатів та шляхів фотоперетворень показує декілька характерних рис:

- переходи між інтермедіатами, як правило, реверсивні;

- фотоцикл може розгалужуватися;

- можуть здійснюватись безпосередні переходи;

- існують переходи, які не можна спектрально відрізнити, але вони суттєво відрізняються один від одного за швидкістю й тому є потреба вводити кінетичні форми.

Не має також відомостей про фотоцикл БР плівкових структур, в яких БР знаходиться у оточенні полімерної матриці та різних хімічних речовин. Для моделювання фотоциклу із точно визначеною послідовністю фотохімічних реакцій вченими розроблені певні критерії . Реєстрація змін поглинання з точки зору техніки вимірів розроблена чітко, але розрахувати часові залежності структурних перетворень за результатами зміни поглинання складно.

Рис. 1.4. Циклічна модель фотоциклу БР [1].

1.3. Вплив хімічних домішок на властивості плівок на основі бактеріородопсину

У плівкових структурах фотоцикл БР дещо спрощується, молекула під дією поглинутого кванта світла переходить з основного стану БР₅₇₀, через швидкодіючі інтермедіати K, L у М₄₁₂ , і надалі, минаючи інтермедіати N та O, повертається у вихідний БР₅₇₀ стан. Фотоцикл у цьому разі можна зобразити в такому вигляді, як це показано на рис. 1.4. Перехід БР₅₇₀ М₄₁₂ у фотоциклі БР є основним, протягом його відбувається найважливіший процес фотоциклу – відрив протону від Шифової основи, тому оптичні властивості плівкових структур БР визначалися саме при 570 та 412 нм.

Перехід з М₁ одразу в БР₅₇₀ (рис. 1.4) у плівкових структурах БР, на наш погляд, відбувається тому, що після депротонування Шифової основи та утворення інтермедіату М конформаційні зміни в білковій частині і утворення М₂ не можуть здійснитися. Причина цього полягає в тому, що при висушування у молекули БР фіксуються в полімерній матриці жорстко й втрачають свою рухливість[18].

На базі досліджень зміни оптичного поглинання на 570 та 412 нм були визначені оптичні параметри плівкових структур БР в желатиновій матриці з різними сенсибілізуючими речовинами (Табл. 1.1). Оскільки оптичні параметри біополімерних плівок БР суттєво залежать від співвідношення речовин у плiвкоутворюючій суміші, в кожному окремому випадку провадилась оптимізація складу.

Таблиця 1.1