Люминесценттік таңбалар мен сорғылар және олардың биология мен медицинада қолданылуы.

Арағанды Мемлекеттік Медицина Университеті

Медициналық биологиялық физика және информатика кафедрасы

СӨЖ

Тақырыбы: ДНК-ның фотохимиялық түрленуі. Люминесценттік таңбалар мен сорғылар және олардың биология мен медицинада қолданылуы.

Орындаған: Султанбекова А.Н

Топ ЖМФ Тексерген: Букеев С.Б.

Арағанды -2010ж

Мазмұны:

Жоспар

Кіріспе

Негізгі бөлім

1. ДНК-ның фотохимиялық түрленуі.

Люминесценттік таңбалар мен сорғылар және олардың биология мен медицинада қолданылуы.

Қорытынды

Пайдаланылған әдебиеттер

Люминесценттік таңбалар мен сорғылар және олардың биология мен медицинада қолданылуы.

Люминесценция деп - берілген температурага сәйкес келетін жылулық жарық шығарудан басым, сәуле шығару механизмі жылулық болмайтын, сәулеленуді атайды. Мұндай құбылыс денеге спектрдің көрінетін, УК, рентген және сәулелерімен әсер еткенде байқалады, яғни денені сыртқы жылулық емес энергия көзімен қоздырғанда байқалады. Денені қоздыру түріне байланысты ол: фотолюминесценция (жарық сәулесімен қоздыру), рентгендік люминесценция (рентген сәулесімен қоздыру), катодтық люминесценция (электронмен қоздыру),электрлік люминесценция (электр өрісі арқылы қоздыру), радиолюминесценция (сх,р,у бөлшектерімен қоздыру), хемилюминесценция (химиялық реакциялар арқылы) т.б. деген түрлерге бөлінеді. Сәулелену уақытының ұзақтығына байланысты люминесценцияны: флуоресенция және фосфоресенция деген түрлерге Энергетикалық деңгейлер Энергетиклық деңгей бөледі. Егер дененің сәуле шығару уақыты 10-8секундтан аз болса, яғни денені қоздыру тоқталысымен сәуле шығару да тоқталса оны флуоресенция деп, ал денені қоздыру тоқталғанымен дененің сәуле шығаруы жалғаса берсе оны фосфоресенция деп атайды. Люминесценция механизмімен танысайық. Атом не молекула энергиясы Һу фотонды жұтып энергетикалық қозған күйге көшеді де 10-8 с уақыт өткен соң жиілігі V тең фотонды шығарып бұрыңғы күйге қайта келеді. Жұтылған және шығарылған сәулелердің жиілктері тең уф= ул болғандықтан люминесценцияның бүл түрін резонанстық деп атайды, ол көбіне бір атомды газдарда кездеседі (2а).Егер газды ортада басқа денелердің атомдар, не молекулалары бар болса, онда қозған және қозбаған молекулалардың соқтығысу нәтижесінде өз ара энергия алмасу орын алады, нәтижесінде қозған молекула төмен орналасқан жаңа энергетикалық деңгейге ауысады. Молекула жаңа күйден жиілігі жарық фотонын шығара отырып қозбаған негізгі күйге өтеді. Бүл қүбылыста флуресценцияға тән, бірақ уф> үл болады.Егер орта қүрамы өте күрделі органикалық молекулалардан тұрса, онда жоғарыда қарастырылған люминесценциялық құбылыс басқа түрде жүреді. Кейде қозған күйде тұрған молекулалар энергетикалық жағынан төмен жатқан, аралық түрақты (метастабильді) күйге сэуле шығармай өтеді, бірақ бүл күйден молекула негізгі күйге өз бетінше, энергия жұмсамай шыға алмайды. Мұндай молекулалар ортаның молекула-кинетикалық энергиясы есебінен тұрақты күйден қайта қозған күйге көшіп, онан негізгі күйге қайта оралады. Бұл қарастырылған мысал фосфоресенция кұбылысына тән.

Люминесценция құбылысы кезінде дене жұтқан, яғни оны қоздыруға жұмсалған фотонның энергиясы мен денеден шыққан сәуле энергиялары тең емес, яғни ҺV'< ҺVф, мұндағы 1г/ - люминесцентік сәуле энергиясы, ҺVф - денені қоздыруға кеткен фотонның энергиясы. Стокстың заңы бойынша, атомның немесе молекуланың жүтқан фотонының энергиясының біраз бөлігі оптикалық емес,жарық шығарумен байланыссыз құбылыстарға жұмсалады. ҺVф = һ V' + ДЕ немесе Vф > V' мүнан Хф < Хл болады, яғни люминесценция толқьгаы оны қоздырған фотонның толқынынан үлкен болады.

Люминесценция ХфХлХ, люминесценция құбылысының энергетикалық сипатамасы ретінде ұшып шықан фотон санының денеге жұтылған фотон санына қатынасын алуды Вавилов ұсынған, бұл шама Ф =п / N өрнегімен сипатталынады. Люминесценция құбылысы денені құрайтын химиялық қосылыстарының шамасын анақтайтын люминесценциялық талдау әдісінде қолданылады. Мысалы, жасушаның тірі немесе өлі екендігін олардың шығаратын сәуле түсіне қарап ажыратады, ал қанның жасыл сары түсіне қарап оның құрамында адреналин бар екендігін анықтауға болады. Химиялық реакциялар нәтижесінде денелердің атомдары мен молекулаларының қозуы салдарынан олардың сәулеленуін хемилюминесценция деп, ал бұл құбылыстың биологиялық денелерде жүруін биохемилюминесценция (жарқырауық қоңыз, кейбір теңіз жәндіктері мен жануарлары т.б.) құбылысы деп атайды. Биологиялық жүйелердегі хемилюминсценция құбылысы липидті бос радикалдарының рекомбинациялануы кезінде байқалады. Жалпы хемилюминесценция құбылысы бос радикалдар қатысумен жүретін реакциялар кезінде байқалады. Ағзада бос радикалдардың мөлшерінің артуы бұл құбылысты күшейтеді. Бос радикалдар ағза ұлпасындағы тотығуға қарсы элементтер жүйесіне жататын аскорбин қышқылы, адреналин, фосфолипидтардың сульфагидрилді қосылыстарымен тежелгенде хемилюминесценциялық сәулелену орын алады. Ұлпадағы бос радикалдардың тотығу үдерісі кейбір аурулардың пайда болуына алып келеді, олай болса хемилюминесценция құбылысын диагностикалық тест ретінде қолдануға болады. Ағзада неғұрлым бос радикалдар көп болса сол ғұрлым оның ауруға ұшырау ықтималдылығы да күшейеді. Соңғы кезде жүргізілген зерттеулер, «стресс» және әр түрлі аурулар кезінде қан плазмасы мен оның сарсуының сәулеленуінің интенсивтілігі өзгеретіндігін көрсетті. Мысалы, «стресс» кезінде қан плазмасы шығатарын сәуленің интенсивтілігі күрт күшейеді, бұл құбылыс қанда бос радикалдар тотығуының белсенділігінің артқанын көрсетеді, ал қан сарсуының сәуле шығаруының күшеюі өкпедегі қабыну үдерісінің артуына сәйкес келеді және оның интенсивтілігі аурудың белсенділігіне тәуелді болады. Бұл құбылыс бос радикалдардың белсенділігінің артуынан болады.

Молекуланың қозған қалыпқа көшуін молекулада жарықтың квантының энергиясын жинақтауы ретінде қарастыруға болады. Бірақ бұл энергия өте жылдам жұмсалады. Энергия жылуға көшеді де қоршаған ортаға беріледі. Бұл процесстер өте жылдам ағады (10"¹³ - 10"^! сек). Әр түрлі мөлшердегі энергияның квантын жұтқан молекула біраздан кейін, сонымен қозудың ең төменгі деңгейіне көшеді. Әрі қарай энергия баяу жұмсалады. Төменгі синглетті қозған қалыптағы молекуланың өмір сүру уақыты - 10 сек. Бұл деңгейде жинақталған энергия жылу берілсе сәулелену квантын шығаруға немесе фотохимиялық реакцияның орындалуына жұмсалуы мүмкін.

Жұту спектрлері сияқты күрделі молекулалардың люминисценция (флуоресценция) спектрлерінің шекаралары анық емес. Ақпаратты көбінесе жолақтардың максимумдерінің толқындарының ұзындықтары емес, қарқындылық, поляризация және сәулеленудің ұзақтығын береді.

Қарапайым оқиға. Трипсиннің фотобиологиялық әсер етуінің спектірінің әсеріне сол ферментін жұту спектрінің қисық сызықтарын қарастырайық. Трипсинде 3 бас хромофорлар болады: триптофанны тирозиннің және цистиннің қалдықтары. Олар трипсиннің жұту спектрі үшін жауапты. Әсер ету спектрі бүл спектрді толыгымен қайталайды, сондықтан ақуыздың инактивациясы үшін барлық үш аминқышқыл олардың инактивациясы керек деп айтуға болады.

Күрделі фотобиологиялық процестерде ақырғы эффектің алдында жартылай қайтымды фотохимиялық процестер мен жарықсыз стадиялар ағады. Молекуланың қозған қалыпқа көшуін молеқулада жарықтың квантының энергиясын жинақтауы ретінде қарастыруға болады. Бірақ бұл энергия өте жылдам жұмсалады. Энергия жылуға көшеді де қоршаған ортаға беріледі. Бүл процесстер ете жылдам ағады (10¹³ - 10^-11 сек). Әр түрлі мөлшерден энергияның квантын жұтқан молекула біраздан кейін, сонымен, қозудың ең төмеңгі деңгейіне көшеді.

Әрі карай энергия баяу жұмсалады. Төменгі синглетті қозған қалыптағы- (S0) молекуланың өмір сүру уақыты - 10'⁹-10"^-11сек. Бұл деңгейде жинақталган энергия жылу беруге (сәулелендірусіз көшу s* - sо), сәулелену квантын шығаруға (флуоресценция, s* - sо көшуі) немесе фотохимиялық реакцияның орындалуына жұмсалуы мүмкін.

Жұту спектрлері сияқты күрделі молекулалардың люминисценция

(флуоресценция) спектрлерімің шекаралары анық емес. Ақпаратты көбінесе жолақтардың максимумдерінің толқындарының ұзындықтары емес; қарқындылық поляризация және сәулеленудің ұзактығы береді.

Люминесценция — деп молекулалардың, атомдардың, иондардың және де басқа күрделі комплекстердің қозған күйден бейтарап күйге өтер кездегі жарық шығаруын айтады. Атомдардың және молекулалард жылулық қозғалысы нәтижесінде денелердің жарық шығаруын люминесценция мен шатыстыруға болмайды. Жарықтың шағылуы, шашырауы, Вавиев-Черенков эффектісі және денелердің басқа да жарық шығаруы люминесценцияға жатпайды. Солтүстік жарқыл кейбір жәндіктердің, минералдардың, шіріген ағаштардың жарқырауы табиғатта кездесетін люминестенция құбылысына жатады. Люминесценция құбылысы XIX ғасырдан бастап зерттеле бастады. Әртүрлі заттардың жарқырауын зерттей жүріп К. Ренген өзінің атымен аталатын сәулелерді ашқан болса, Беккерель радиоактивтік құбылысын ашты. Люминесценцияның негізгі заңдарын ашуда О. И. Вавилов бастаған ғалымдардың еңбегі аса зор.

Люминесценцияны қоздырудың әдістеріне байланысты олардың бірнеше түрі бар:

1. Фотолюминесценция. Люминесценцияның бұл түрі көзге көрінетін және ультракүлгін сәулелерінің әсерінен пайда болады. Фотолюминесценцияға мысал ретінде кейбір люминофорлармен боялған сағат циферблатының жарқырауын келтірсек те жетеді.

2. Рентгенолюминесценция рентген сәулелерінің әсерінен пайда болады. Оны ренген аппаратының экранынан бақылауға мүмкіндік бар.

3. Радиолюминесценция деп заттардың (люминофорлардың) сәулелерінің әсерінен жарқырауын айтады. Люмнисценцияның бұл түрі сцинтилляциялық есептеуіштердің счетчиктердін экрандарында пайда болады.

4. Катодлюминесценция электрондық сәулемен шығарылады. Оны телевизордың, осциллографтың жэне т. б. электр сәулелік құралдардың экранынан бақылауға мүмкіндік бар.

5. Электрюлюминесценция электр өрісінің көмегімен шығарылады. Оны газ разрядты түтіктерде байқауға болады.

6. Хемилюминесценция заттардағы химиялық процестердің нәтижесінде пайда болатын құбылыс. Оған мысалға ақ фосфордь шіріген ағаштың және -кейбір жәндіктердің, өзен жануарларының жарқырауын келтірсек те жеткілікті.

7. Сонолюминесценция қүбылысы кейбір сұйықтықың ерітінділерінен ультрадыбыс толқындары өткенде пайда болады.

Жарқырауының ұзақтығына қарап люминестенцияны флуоресценция (тез өшіп қалатын люминесценция) және фосфореценция (ұзақ жарқырайтын люминестенция) деп екіге бөледі. Люминесценцияны бұлай бөлу тек шартты түрде ғана болып есептеледі. Өйткені ол екеуінің арсында белгілі бір меже қою қиын. Люминесценцияны классификациялаудың ең дүрыс жолын үсынған Вавилов. Ол люминесценцияны резонанстыспонтанды (өздігінен), еріксіз (метастабильді) және рекомбинациялы люминесценциялық процестер деп классификациялады. (эритроциттердің АТФ - азасы, ацетилхолинистераза және басқалар), спектрин мембраналық ақуызы полимеризацияға ұшырайды. Егер де науқастарға күннің көзі тисе, олар да эритема мен эдема дамиды. Барлық жарыққа сезімді заттарды фотосесибилизаторларға жатпайды. Мысалы, биллирубин - гемоглобиннің ыдырауының өнімі өте фотолабилды, бірақ оның: фотолизінің өнімдері фототоксикалық эффектерге әкелмейді. Нәрестелер жататын палаталарда көк түсті жарық қолданылады, ол биллирубинді фотохимиялық түрде ыдыратады да гипербилли рубинемияның патологиялық асқынуларының алдын алуға мүмкіндік береді. Қатерлі ісік ауруына ұшыраған адам қан сарысуының дәрежесі сау адамдікінен төмен болатыны анықталды, оның басты себебі ісіктің дамуы немесе өсуі кезінде кеселге ұшыраған мүшеге қан арқылы келетін тотығуға қарсы элементтер жиналып, жарқыраудың шамасын төмендетеді. Хемилюминесценция құбылысын өкпе ауруларының дифференциалды диагностикасында қолданады. Мысалы: өкпе құрты ауруына ұшыраған адамның қан сарысуының сәулеленуі қалыпты күйден әр уақытта жоғары болса, өкпенің залалды ісігіне ұшыраған адамның қан сарысуының сәулеленуі керісінше төмен болады.

Сорғылар

Биологиялық мембраналардың құрылысы макромембраналардың ақуыз және нуклейн қышқылын кеңінен зерттеуде екіншілік люминесценттік байланыстың яғни флюреценттік сорғылар кеңінен қолданылады. Бұл сорғылар ретінде олардың параметрлері қоршаған орта әсеріне байланысты тез өзгеретін заттарды: полярность, вязкость, поверхность заряды.

Зондттардың 3 типі болады:

· Зарядтталған

· Зарядталмаған

· Заряды,Диполі ешқандай болмайтын

болып бөлінеді.

Ереже бойынша флюреценттік сорғылар ретінде суда флюреценсиялмайтын молекулалар қолданылады. Олардың молекуласы мембранамен байланысқаннан соң оның люминестенциясы 10 есе жоғарылайды. Осындай зондтың көмегімен биологиялық мембраналардың көмірсутектік бөлімінің мембраналық бөлімін анықтауға мүмкіндік береді. Осы зонд көмегімен молекулалар компонентінің және биологиялық мембраналардың когнформациясының өзгерулерін анықтауға болады. Нуклейн қышқылы құрылысын зерттеуде күлгін қызыл зонд қолданылады.

Қысқа толқынды УК сәулеленудің летальді және мутагенді әсерлерінің нысанасына ДНК жататыны белгілі. Бұл фотобиологиялық спектрометрияның max –на сәйкес яғни 260-265, ДНК жұту спектріндегі max –на сәйкес келетіндігін дәлелдейді Фотодимулизация реакциясы.

Бұл реакцияның нәтижесінде 2 азоттық негіздер циклдегі 5-6 байланыстары бойынша циклобутан тәрізді шеңберді құрайды. УК сәулелендіру кезінде димерлер мен негіздер арасындағы динамикалық тұрақтылық құрылады.

Дотогидратация реакциясы нәтижесінде ДНК пиримидмндік негіздерінде су молекуласыың пиримидмндік шеңбер көміртек атомының арасындағы байланысмты үдеуі де, шеңберге су қосылады. Қайтымды емес реакция, бірақ гидраттар темпераментінің мәндері жоғарылайды.Ерітіндінің иондық күші немесе ортаның қышқылдығы өзгергенде ыдырауы мүмкін. Пиримидмннің гидратының құрылуының алдында олар сингретті қозған қалыпқа келеді. Ерекшелігі: Реакция тек қана 1 тізбекті ДНК ағады. ДНК ақуызбен тігілуі 5-S цистейн 6-гидро урацил.

УК жарықтың акцептор және ақуыздарда пиримидиндік негіздер жатады. Барлық қарастырылған фотохимиялық реакциялар ДНК мен УК жарығының 1 квантын жұтқаннан кейін пиримидиндік негіздің төмендігі қозған қалыптардың қатысуымен ағады.

Құрамындағы жоғары УК сәулеленудің ДНК-ға тигізетін әсерінің ерекшеліктері 2 кванттық реакцмялар.

Нуклеин кышқылының азоттық негізі ультракүлгін (~260 нм) жұтады. Сол себепті олар УК сәудемен сәулелендіргенде фотохимиялық түрленуге мәжбүр болады. УК сәулемен әсер еткенде жүретін реакциялардың ішіндегі ен маңыздысы мыналар: фотохимиялық түрлену, фотохимиялық сулану және фотодимеризация.

Сулану және тотығу негіздері жинакталмай тұрғаннын өзінде ДНК-нын белсенділігі арта бастайды. ДНК-ның қос спиральдегі тиминнің екі молекуласы қатар тұрмайды, тіпті олар қарама-қарсы да орналаса алмайды. Сондықтан осы реакцияны димеризациялану деп атайды. УК сәуленің әсерінен ДНК талшықтарының жергілікті таралу процесі басталады. Содан кейін талшықтар иіле келіп тимин негіздерін жақындастырады.

УК сәуле бактерияларды тұрақтандыруда және бактерияларды жоюда үлкен әсер етеді. УК сәулемен сәулелендіргенде бактериялар мен вирустардың белсенділігі басылады, көбеюге мүмкіншілігі болмай, соңында қырылады. УК сәуленің бактериялар мен вирустарға әсері осы организмдердегі белсенділік процесінің әсерлік спектрін зерттеген кезде аныкталады. Олардын спектрі нуклеин қышқылының жұтылу спектріне өте ұқсас. Сондықтан УК сәуленің әсерінен бактерияның өлуі нуклеин қышқылдарының бұзылу әсерінен болады деп тұжырымдалған.

УК сәуленің бактерицидтік әсері емдеу ісінде және аурудың алдын алу ісінде кеңінен колданылады.Ультракүлгін сәулемен сәулелендірудің ролі адам денесінің инфекцияға ұшыраған бөлігін емдеуде түрліше заттарды залалсыздандыруда, тағам өнімдерін өндеуде және т.б. аса зор.

Адам ағзасын қысқа толқынды УК сәулемен үлкен дозада сәулелендіру зиянды әсер етеді. УК сәулемен белгілі бір шамамен сәулелендірсе, онда ағзаның иммунитетін арттырады.

Ультракүлгін сәулемен сәулелендіргенде 7,8-дегидрохолестерин мен эргостериннен Д витаминінін құрылуы аса маңызды. Адам терісін сәулелендіргенде сақинаның кос байламын үзеді. Соның нәтижесінде сол витаминнің мешелдікке қарсы касиеті пайда болады.

Жасушада нуклеин кышқылының зақымдануымен катар басқа да манызды фотобиологиялық процесс өтеді. Ол процесті фотореактивация дейді.

Толқын ұзындығы 300-500 нм жарықпен әсер еткенде ультракүлгін жарықтың әсерінен "зақымдалған" бактериялардың жасушалары қалпына келе бастайды. Қалпына келудің жоғарғы фазасы көрінетін күлгін жарык пен көрінбейтін ультракүлгін сәуленің шекарасына сәйкес келеді.

Пайдаланылған әдебиеттер:

1.»Медицинская и биологическая физика»Дрофа Москва 2004г.

А.Н.Ремизов,А.Г.Максина,А.Я.Потапенко.

2. «Медициналық биофизика» (Оқулық) Бират Көшенов.

Алматы Қарасай 2008ж.

3. «Физика және астрономия» (Оқулық) Мектеп баспасы.

4.Журнал неврологии и психиатрии 8,2001г

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском: