Пути дезактивации электронно-возбужденного состояния биомолекул. Схема Яблонского

При поглощении кванта света молекулой осуществляется переход с самого нижнего колебательного подуровня основного состояния на возбужденные уровни S1, S2 или Sn, которые также характеризуются своими колебательными и вращательными подуровнями. «Синглетные уровни»- спин электрона при поглощении фотона и переходе наболее высокий энергетический уровень не изменяется. При переходе между уровнями So, S1, S2 спины электронов также не изменяются. В молекулах большинства соединений при возбуждении электронных состояний, расположенных выше первого синглетного возбужденного состояния S1, происходит быстрая внутренняя конверсия (со временем порядка 10–13 с). Внутренняя конверсия – это отдача избытка электронной и колебательной энергии окружающей среде безызлучательным путем из-за соударений с молекулами растворителя. Внутренняя конверсия осуществляется за счет перехода электрона с нижнего колебательного подуровня верхнего состояния Sn на верхний колебательный подуровень состояния S1 с последующей релаксацией на самый нижний колебательный подуровень возбужденного состояния S1. Это означает, что независимо от того, в какое электоронно-возбужденное со-42 стояние была переведена молекула во время поглощения кванта света, в течение 10-13–10-12 с она перейдет на нижний колебательный подуровень возбужденного состояния S1. Время жизни молекул в S1-состоянии составляет 10-8–10-9 с. Именно на уровне S1 решается дальнейшая судьба всех возбужденных молекул. От этого состояния берут начало все последующие, конкурирующие между собой фотофизические процессы, в конечном счете приводящие к дезактивации возбужденной молекулы. Некоторые молекулы с большой вероятностью переходят из синглетного возбужденного состояния в триплетное, и этот переход сопровождается изменением спина электрона. Такой процесс является внутримолекулярным безызлучательным интеркомбинационным переходом и называется интеркомбинационной конверсией. Схема Яблонского. Электронные переходы в биомолекулах. Одним из путей возвращения молекулы в основное состояние является излучательная дезактивация с испусканием фотона. Это явление, как указывалось выше, называется флуоресценцией. Именно при переходе с уровня S1 на любой колебательно-вращательный подуровень основного состояния S0 и происходит излучение кванта света. В общем случае флуоресценцией называют разрешенный по спину излучательный переход между двумя состояниями одинаковой мультиплетности, а именно, между синглетными уровнями S1→ So. Скорость испускания фотоэлектронов составляет около 10-8 с. Конечная длительность излучения составляет 10-8–10-9 с. Сравнительно небольшое время жизни синглетного возбужденного состояния объясняется тем, что переход с уровня S1 на S0 относится к разрешенным по спину и происходит с высокой вероятностью. Однако возбужденная молекула не всегда флуоресцирует. Эффективность флуоресценции описывается квантовым выходом флуоресценции –отношением количества излученных квантов к числу поглощенных. Иными словами, квантовый выход флуоресценции отражает вероятность дезактивации синглетного возбужденного состояния по излучательному пути.

Разновидности пассивного переноса ионов через мембраны. Движущая сила переноса ионов, электродиффузионное уравнение Нернста-Планка.

Простая диффузия через липидный слой в живой клетке обеспечивает прохождение кислорода и углекислого газа. Ряд лекарственных веществ и ядов также проникает через липидный слой. Однако простая диффузия протекает достаточно медленно и не может снабдить клетку в нужном количестве питательными веществами. Поэтому имеются другие механизмы пассивного переноса вещества в мембране, к ним относится диффузия и облегченная диффузия (в комплексе с переносчиком).Порой, или каналом, называют участок мембраны, включающий белковые молекулы и липиды, который образует в мембране проход. Этот проход допускает проникновение через мембрану не только малых молекул, например молекул воды, но и более крупных ионов. Каналы могут проявлять избирательность по отношению к разным ионам. Облегчает диффузию перенос ионов специальными молекулами-переносчиками. Ионы участвуют в тепловом движении, обеспечивающем хаотическое перемещение частиц в произвольном направлении. При этом в межэлектродном объеме раствора устанавливается средняя концентрация электролита. Направленное движение ионов в растворе возникает при прохождении электрического тока, который вызывает также ускорение движения ионов. Этому ускорению противодействуют силы вязкости, а также релаксационные и электрофоретические явления, возникающие при движении иона.

53. Роль Na+ и K+ в генерации потенциала действия в нервных и мышечных волокнах

Потенциал действия развивается на мембране в результате её возбуждения и сопровождается резким изменением мембранного потенциала.

В потенциале действия выделяют несколько фаз:

• фаза деполяризации;

• фаза быстрой реполяризации;

• фаза медленной реполяризации (отрицательный следовый потенциал);

• фаза гиперполяризации (положительный следовый потенциал).

Фаза деполяризации. Развитие ПД возможно только при действии раздражителей, которые вызывают деполяризацию клеточной мембраны. При деполяризации клеточной мембраны до критического уровня деполяризации (КУД) происходит лавинообразное открытие потенциал чувствительных Na+- каналов. Положительно заряженные ионы Na+ входят в клетку по градиенту концентрации (натриевый ток), в результате чего мембранный потенциал очень быстро уменьшается до 0, а затем приобретает положительное значение. Явление изменения знака мембранного потенциала называют реверсией заряда мембраны.

Фаза быстрой и медленной реполяризации. В результате деполяризации мембраны происходит открытие потенциалчувствительных К+- каналов. Положительно заряженные ионы К+ выходят из клетки по градиенту концентрации (калиевый ток), что приводит к восстановлению потенциала мембраны. В начале фазы интенсивность калиевого тока высока и реполяризация происходит быстро, к концу фазы интенсивность калиевого тока снижается и реполяризация замедляется. Усиливает реполяризацию поступление в клетку Ca2+ Фаза гиперполяризации развивается за счет остаточного калиевого тока и за счет прямого электрогенного эффекта активировавшейся Na+/K+ помпы. Поступление в клетку Cl– дополнительно гиперполяризует мембрану Изменение величины мембранного потенциала во время развития потенциала действия связано в первую очередь с изменением проницаемости мембраны для ионов натрия и калия.

56. Спектрофотометрия, её физические основы. Законы поглощения электромагнитного излучения.

Спектрофотометрия – это область физики исследующая распределение электромагнитного излучения по длинам волн или частотам.

В наиболее общем случае все спектрофотометрические методы основаны на анализе интенсивностей света разной длины волны поглощенного веществом или прошедшего через него. Атомы и молекулы имеют дискретные энергетические уровни. Если на вещество падает ЭМ волна, то энергия, равная разнице энергии перехода между энергетическими уровнями может поглощаться. При этом происходит снижение интенсивности излучения. Этот переход осуществляется с разной вероятностью при разных длинах волн.

Интенсивность поглощения, по закону Бугера-Ламберта-Бэра: .

В этом соотношении интенсивность света, прошедшего через слой вещества экспоненциально зависит от толщины слоя и концентрации вещества.

Оптическая плотность вычисляется как десятичный логарифм отношения интенсивностей света до образца и после образца:

Измеряя оптическую плотность раствора при определённых длинах волн можно определить концентрацию поглотителя в растворе. Также возможно построение спектра поглощения в определённом диапазоне длин волн, затем этот спектр можно использовать при качественном анализе состояния системы, конформационные переходы и химические превращения часто отражаются на форме спектра поглощения.

Спектрофотометрические методы часто делятся по диапазону используемых длин волн. Область спектрофотометрии в видимом диапазоне длин волн называют колориметрией.

Спектральное положение линии определяется разницей энергии состояний, между которыми осуществляется переход. Здесь они расположены в порядке уменьшения энергии. Энергиям электронных переходов соответствуют области спектра высоких энергий и высокой частоты, спектр поглощения энергии на увеличение колебательного и вращательного движения расположен в области с низкими частотами и низкой энергией.

Ширина спектральных линий определяется естественным уширением по причине грубости фиксирующих приборов. Также большую роль играют взаимодействия с другими частицами, доплеровское смещение частот за счёт теплового движения и изменение спектров за счёт межмолекулярных взаимодействий.