Физико-химические основы фотобиологических процессов. Спектр фотобиологического действия.

Фотобиологические процессы - процессы, которые начинаются с поглощения квантов света биологически функциональными молекулами и заканчиваются соответствующей физиологической реакцией в организме или тканях. К фотобиологическим процессам относятся: • фотосинтез - синтез органических молекул за счет энергии солнечного света; • фототаксис - движение организмов (например, бактерий) к свету или от света; • фототропизм - поворот листьев (стеблей) растений к свету или от него; • фотопериодизм - регуляция суточных и годовых циклов животных путем циклических воздействий «свет - темнота»; • зрение - восприятие света глазом, сопровождающееся превращением световой энергии в энергию нервного импульса; помутнение хрусталика; • изменения состояния кожи под воздействием света: эритема, эдема, загар, пигментация, ожог, рак кожи. Спектром фотобиологического действия называют зависимость фотобиологического эффекта от длины волны поглощаемого света. Спектры действия позволяют определить, какая область спектра наиболее эффективно вызывает биологический процесс, а также определить природу молекул, ответственных за поглощение света в данном процессе. Родопсин — светочувствительный пигмент (хромопротеин) фоторецепторных клеток сетчатки глаза. Сетчатка образована двумя главными типами зрительных клеток — палочками (около 120 млн. клеток на сетчатку человека) и колбочками (около 7 млн. клеток). Колбочки, сконцентрированные преимущественно в центральной области сетчатки (называемой центральной ямкой), функционируют только при ярком свете и отвечают за цветовое зрение, а более многочисленные палочки ответственны за зрение в условиях слабой освещенности и отключаются при ярком освещении. Зрительный пигмент палочек представлен – родопсином. Состоит из белковой части – опсина, и небелковой – ретиналя (витамин А). Мембраны колбочек содержат три типа рецепторов-опсинов, отвечающих за восприятие света с различными длинами волн, — синего, зеленого и красного пигментов. Процесс изомеризации: Родопсин (500 нм)  Пре-люмиродорсин (батородопсин) (545 нм)  Люмиродопсин (497 нм)  Метародопсин I (480 нм)  Метародопсин II (380 нм)  Опсин + транс-ретиналь (387 нм) Поглощение кванта света с длиной волны, близкой к 500 нм, приводит к чрезвычайно быстрой (200 фс) изомеризации ковалентно связанного хромофора 11-цис-ретиналя в полностью транс-форму. Как следствие, родопсин претерпевает ряд быстрых конформационных перестроек, различимых спектроскопически, и в результате превращается в сравнительно долгоживущий метародопсин-II, или мета-II, существующий в равновесии с мета-I формой. В итоге фотопревращений родопсина, полностью транс-ретиналь выделяется в цитоплазму, восстанавливается до полностью транс-ретинола (при участии ряда ретинол дегидрогеназ) и конвертируется обратно в 11-цис-ретиналь в клетках пигментного эпителия под действием специальных ферментов (так называемый ретиноидный цикл).