3. Фотохимиялық реакциялар.
Фотобиологиялық үрдістердің негізіне фотохимиялық реакциялар жатады:
Фотоионизация— электронды сәуле квантының молекуладан тыс ыршытып шығаруы. Фотоионизация кезінде иондар не бос радикалдар пайда болады.
Фото қалпына келу және фотоқышқылдану- бір молекуладан екніші молекулаға электронның тасымалдануы. Бір молекула осы кезде қышқылданып, екіншісі – қалпына келеді.
Фотодиссоциация- сәуле квантының әсерінен молекулалардың иондарға ыдырауы.
Фотоизомеризация- жарықтың әсерінен молекула құрылысының өзгеруі.
Фотодимеризация — жарық фотондары әсер еткен кезде химиялық байланыстың орнауы. Элементар фотохимиялық реакция молекуланың энергияны жоғалтуымен, не оны қосып алуымен, не молекуланың деструкциясымен байланысты болуы мүмкін. Молекулалардың деструкциясы олардың химиялық қасиеттерінің өзгеруіне әкеліп соғады. Кезкелген фотохимиялық реакция екі кезеңнен тұрады:
1) жарықтық.
2) қараңғылық.
1-ші кезеңде
- молекула жарық квантын жұтады,
- қозған күйге өтеді,
- энергия жинақтайды.
Молекуланың
осы қозу үрдісі қайтымды. Қозған молекула
өте аз уақытта (
)
жинақтаған энергиясын
- жылуға шығындауы мүмкін;
- не люминесценция квантын сәулелендіруі мүмкін (жарқырауы), сөйтіп бастапқы қозбаған күйге өте алады,
- басқа молекулаға беруі мүмкін (энергия миграциясы),
- молекула триплетті күйге өтку мүмкін.
2-ші кезеңде (қараңғыда) тотығу- қалпына келтіру реакциялары орындалады.Осы реакциялар нәтижесінде өзгереді:
- биохимиялық реакциялар,
- ағзаның жалпы физиологиялық күйі,
- қандай да бір физологиялық әрекет (қимыл) орындалады: фотосинтез кезінде оттегі бөлінеді, күнге қарсы өсімдіктер жапырақтарының қозғалысы, жарыққа жануарлардың реакциясы, күшті сәулелену кезінде ағзаның өлуі және т.б.
энергиясы тағы басқа бағыттар бойынша шығындалуы мүмкін:
Жүйе жұтқан жарық қана, фотохимиялық әсер ете алады.
4. Хемилюминесценция және оның диагностикалық мәні.
Молекулалар қозған күйге тек жарық кванттарын жұтқанда ғана өтпейді, сонымен қатар басқа молекулалармен химиялық өзара әсерлескен кезде де өте алады. Молекуланың негізгі күйге өтуі кезінде хемилюминесценция деп аталатын жарқырау пайда болуы мүмкін. Спонтанды хемилюминесценция негізгі 3 түрге бөлінеді:
1) Митогенетикалық сәулелену,
2) биолюминесценция, (или экзотикалық люминесценция),
3) Аса әлсіз сәулелену.
Осы 3 түрлі хемилюминесценцияға қажетті шарт- химиялық тотығу реакциясы.
Митогенетикалық сәулелену — ақуыздар мен көмірсулар қосылыстарының ультракүлгін сәулеленуі (190—320 нм). Осы сәулелену жасушаның бөлінуіне түрткі береді.
Биолюминесценция — көптеген ағзаларға (бактерияларға, светлячоктарға, кейбір балықтарға, саңырауқұлартарға, қарапайымдарға) тән көздің жарықты (420—710 нм) қабылдауы. Барлық жағдайда биолюминесценция ерекше заттардың- люцифериндердің, ферментті тотығуларының нәтижесі болып табылады. Олардың молекулалары тотығу кезінде қозған күйге өтуге қабілетті болады.
Ферменттер биологиялық катализатор қызметін атқарады. Люцифериндердің тотығуын өзгертетін ферменттер – люцифераздар деп аталады.
Аса әлсіз сәулелену – тірі ағзаларды, ұлпаларды, жасушаларды, кейбір субстраттарды көрінетін және спектрдің (360 -800 нм) инфрақызыл облысында оқып- зерттеу. Аса әлсіз сәулелену биообъектілердегі көптеген реакцияларға тән. Жарқырау экзотермиялық сипаттағы тотығу реакцияларын тудырады, негізінен тізбекті реакцияны тудырады. Жарқырау интенсивтілігі еркін радикалдардың рекомбинация жылдамдығына пропорционал болады. Екі радикал өзара әсерлескенде, олардың жұпсыз электрондары бірігіп, жұпты түзеді не химиялық байланысты түзеді. Аралық қозған күй арқылы өтетін осындай байланыстың түзілуі кезінде электрон энергиясы квант түрінде жарқырайды (сәулеленеді). Осы мағлұматтар әртүрлі үрдістерде молекулалардың қозған күйінің ролін зерттеуде және еркін радикалдарды талдауда жарқырауды тіркеу әдісін қолдануға мүмкіндік берді. Ұлпалардың жарқырауы липидтердің ферментсіз тотығуларымен байланысты. Осы тотығу барлық ұлпаларда үздіксіз және қалыпты жағдайда жүреді және ол ағзаның ішкі ортасының тұрақтылығының бірден- бір көрсеткіші болып табылады.
Ұлпалардың аса әлсіз жарқырауы диагностикалық тест болып табылады.
Жарқыраудың интенсивтілігінің өзгеруі ағзадағы алғашқы физико- химиялық үрдістердің бұзылуы жайында қосымша мағлұматтар береді. Стресс кезінде плазма мен қан сарысуының және т.б. аурулар кезінде, жарқырауын зерттеу жүргізіледі. Стресс кезінде қан плазмасының жарқырау интенсивтілігі артады, ол қанда еркін радикалды тотығудың белсенділігінің артқандығын білдіреді. Осы кезде тотығу өнімдері жасушалардағы деструкциялы үрдістерді күшейтеді.
Өкпелердегі қабыну үрдістері еркін радикалды тотығуының белсенділігімен және қан сарысуының жарқырау деңгейінің артуымен қатар жүреді. Осы кезде жарқырау интенсивтілігі қабыну үрдісінің айқынды дәрежесіне байланысты.
Жануарлардың қанының сарысуының әлсіз жарқырауын зерттеу қатерлі ісіктерді анықтауда жарқырау деңгейінің фазалы өзгеретіндігін анықтады. Ісіктің даму фазасы қанның жарқырау интенсивтілігінің төмендеуімен сипатталады. Науқас адамдарды зерттеу осындай заңдылықты анықтап берді: сау адамдармен салыстырғанда қатерлі ісікпен ауыратын адамдардың қанының сарысуының жарқырау деңгейі төмен болған. Ісіктің дамуы кезеңінде онда басқа мүшелерден қанмен тасымалданатын антитотықтырғыштардың жинақталуы артады. Қандағы антитотықтырғыштардың мөлшерінің артуы қан сарысуының жарқырау интенсивтілігінің бірден- бір себебі болуы мүмкін.
Қан сарысуының жарқырау интенсивтілігі ісіктің дамуының негізгі 3 фазасын диагностикалауға мүмкіндік береді. Хемилюминесценция интенсивтілігін өлшеуді өкпе ауруларын дифференциалды диагностикалау үшін қолдануға болады. Өкпе туберкулезімен ауырған адамдардың осы аурудың түріне байланыссыз қан сарысуының жарқырауы қалыпты жағдайдан жоғары болған. Ал өкпе рагімен ауырған адамдарда оның түріне байланыссыз қан сарысуының жарқырауы сау адамдардікімен салыстырғанда төмен болған.