Лекция 8. Фотобиологические процессы. Биофизика зрительного восприятия
Исследование энергетики зрительного восприятия в последнее время показало, что свет как бы включает определенную цепь биохимических реакций, энергия которых обеспечивает образование потенциала действия в рецепторных клетках - рецепторного потенциала. К биохимическим реакциям относятся реакции, которые протекают под действием света и являются частью фотобиологических процессов.
Фотобиологическими процессами называют процессы, которые начинаются с поглощения квантов света биологически функциональными молекулами и заканчивается соответствующей физиологической реакцией в организме или тканях. Важной характеристикой воздействия света на протекание биологических процессов является спектр биологического действия, то есть зависимость фотобиологического эффекта от длины волны действующего света.
Спектры действия позволяют определить, какая область спектра поглощения наиболее эффективно вызывает биологический процесс, а также выяснить механизм поглощения и воздействия квантов лучистой энергии на возникновение зрения.
8.1. Процесс поглощения света
При прохождении света через вещество часть фотонов поглощается атомами вещества, то есть часть светового потока будет поглощаться (рис. 8.1).
Рис. 8.1. Прохождение лучистой энергии через прозрачные вещества
Пусть I0 - интенсивность падающего на прозрачное тело света; dx - бесконечно тонкий слой вещества; dI - интенсивность света, поглощенного этим телом, которая пропорциональна интенсивности падающего на вещество света и толщине этого слоя, то есть
;
.
Проинтегрируем:
.
Отсюда
(8.1)
Знак минус показывает, что интенсивность света уменьшается.
Показатель поглощения (м-1) есть величина, обратная толщине слоя вещества, которая ослабляет интенсивность света в "е" раз, то есть примерно в 2,3 раза. Коэффициент поглощения прямо пропорционален концентрации вещества. Тогда =сα, где α - показатель поглощения света на единицу концентрации вещества. Следовательно,
, (8.2)
где l – толщина образца.
Прологарифмируем данное уравнение.
.
Отсюда
. (8.3)
Величина
называется оптической плотностью; тогда
.
Отсюда
.
Обозначим
,
тогда
, (8.4)
Величину
назовем коэффициентом пропускания.
Тогда
(8.5)
Оптическая плотность D=1 соответствует пропусканию 0,1 (или 10%).
Если свет поглощается биологической тканью, то общая величина оптической плотности равна сумме оптических плотностей, составляющих ее компонентов. Показатель поглощения и оптическая плотность D зависят от длины волны, то есть D=f() и, следовательно, имеем дисперсию оптической плотности. Зависимость оптической плотности от длины волны называется спектром поглощения. График зависимости D=f(), то есть дисперсия оптической плотности, представляет кривую с максимумом в определенном интервале длин волн, в которых происходит сильное поглощение света данным веществом. Эти интервалы называются полосами поглощения. Они, как правило, находятся в инфракрасной или ультрафиолетовой части. У белков максимум поглощения соответствует 250 нм, у нуклеиновых кислот - 60 нм. Степень поглощения света веществом определяется его молекулярным составом.