I закон фотохимии:

Химически активным является лишь то излучение, которое поглощается реакционной смесью.

II закон фотохимии:

Каждый поглощенный квант света вызывает превращение одной молекулы.

Фотохимические реакции отличаются слабой зависимостью скорости реакции от температуры. Это объясняется тем, что в первичных реакциях за счет поглощения света приобретается настолько большая энергия, что повышение температуры может изменить ее лишь незначительно.

Фотосинтез

Фотосинтез  наиболее важный фотобиологический процесс, так как с его помощью растения и некоторые другие организмы сохраняют энергию солнечного света. Фотосинтез состоит из множества весьма сложных реакций, однако суммарный его результат выражается следующей простой реакцией:

6CO₂  6H₂O C₆H₁₂O₆  6O₂ G⁰  2861,9 кДж/моль.

Более общая схема суммарного фотосинтетического процесса записывается следующим образом:

2H₂D  CO₂ CH₂O  H₂O  2D,

где D – элемент, окисляющийся в ходе фотосинтеза.

Как видно из изменения стандартной энергии Гиббса, фотосинтез относится к эндэргоническим реакциям. Эти реакции могут осуществляться только за счет поступающей извне энергии света.

Зрение

Зрение включает в себя поглощение энергии излучения и превращение ее в нервный импульс. Видимый свет поглощается хромофором глаза, которым служит альдегидпроизводное витамина А-ретиналь. В сетчатке глаза находится около 100 млн. специализированных клеток, так называемых палочек, и 5 млн. других клеток, называемых колбочками. Между этими клетками и нервными волокнами, соединяющими их с мозгом, находятся соединительные участки, называемые синапсами.

Установлено, что в зрительном процессе поглощение энергии света не приводит ни к каким химическим реакциям, а сводится лишь к изомеризации 11-цис-ретиналя в транс-ретиналь. Ретиналь связывается с белком, называемым опсином. Опсин образует комплексы с хромофорами, формируя родопсин и йодопсин. Родопсин действует в условиях низкой интенсивности света, например, ночью. Он не различает цвета, так как содержит только один пигмент. Цветное зрение человека обусловлено йодопсином.

Ферментативный катализ

Катализатором называется вещество, которое ускоряет реакцию, но само в ходе реакции не расходуется. Хотя механизмы каталитических реакций могут сильно различаться, но общим является то, что в присутствии катализатора понижается энергия активации, т. е. в присутствии катализатора процесс идет по другому пути, отличающемуся от пути реакции в отсутствие катализатора.

Реакции, катализируемые ферментами, обычно характеризуются очень сильным ускорением (10⁴ – 10⁵ раз) и высокой специфичностью. Под специфичностью здесь понимают способность ферментов ускорять реакцию только между определенными веществами, называемыми субстратами.

Ферменты бывают двух типов: простые – это белковые молекулы, содержащие один /трипсин/ или несколько /уреаза-4/ активных центров; и сложные, состоящие из белка и небелкового компонента (витамины, атомы металлов, нуклеотиды и др.). Активные центры имеют жесткую структуру, на их поверхности и происходит превращение субстратов.

Ферментативный процесс можно представить следующим образом:

где E, S – фермент и субстрат;

P – продукт реакции;

ES – фермент-субстратный комплекс.

Скорость ферментативного процесса можно рассчитать по уравнению Михаэлиса-Ментен:

,

(12)

где С(S) – концентрация субстрата;

– максимальная скорость реакции, т. е. скорость, когда весь фермент находится в составе фермент-субстратного комплекса.

Из уравнения Михаэлиса-Ментен можно сделать следующие заключения:

а) при большой концентрации субстрата скорость реакции будет практически равна максимальной скорости, т. е. ;

б) при малой концентрации субстрата скорость реакции будет прямо пропорциональна его концентрации, т. е.:

Уравнение Михаэлиса-Ментен довольно точно описывает только начальный период ферментативного процесса, так как в нем не учитывается влияние и взаимодействие с ферментом продуктов реакции.