ДНК ның фотохимиялық түрленуі.

Жоспар

І   Кіріспе

ІІ Негізгі бөлім

ДНК ның фотохимиялық түрленуі.

Люминесценция түрлері.

Стокс заңы

ІІІ Қорытынды 

Пайдаланған әдебиеттер

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Кіріспе

Фотохимия саласында жинақталған тәжірибелік материалдар мен оларды ғылыми жағынан түсіндіріп , бір жүйеге келтіру 20 ғ-дың 1-жартысында кванттық механика , атомдық немесе молекулалық спектроскопия дамығаннан кейін мүмкін бола бастады. Фотохимияның екінші заңы — кванттық эквиваленттілік заңын А.Эйнштейн ашты (1912). Бұл заң бойынша жұтылатын сәуленің әрбір кванты тек бір ғана молекуланы түрлендіруге қатысады. Фотохимиялық реакциялар кезінде химия жүйенің бос энергиясының азаюы немесе көбеюі мүмкін.

 

 

 

ДНК ның фотохимиялық түрленуі.

Жарыққа биообъектілердің сезімталдығын арттыратын заттар фотосенсибилизаторлар деп аталынады,ал осыларды жүргізетін фотобиологиялық процесстерді фотосенсибилизденген процесстер деп атайды.

Фотосенсибилизаторлы реакциялардың нақты классификациясы реакцияға қабілетті фотоөнімдердің негізгі табиғатына және реакцияланатын субстраттарға байланысты.Фотосенсибилизатордың биообъектілердің ультракүлгін сәулелеріне сезімталдығын арттыратынын көрсететін үш типі бар.

І типінде электрондық қозған фотосенсибилизаторлар мен субстраттардың арасындағы энергияның тасымалдануы,молекулярлы оттегімен әсерлесуімен еркін радикалдардың қалыптасуымен қатар.

ІІ типтегі реакцияда триплетті электрондық қозған күйдегі фотосенсибилизатор және молекулярлық оттегінің арасындағы энергияның тасымалдануы.

S0hv S1 T1-жарықтың жұтылуы және фотосенсибилизатордың триплеттік күйінің қалыптасуы.;

T102 S0 1O2 –энергияның тасымалы және синглетті электрондық қозған молекулярлық оттегінің қалыптасуы.Осы кезде пайда болған синглетті оттегі 1O2соңғысын қышқылдау арқылы субстратпен әрекеттеседі.

Реакцияның ІІ типінде фотосенсибилизатор катализатор ретінде жұмыс атқарады.Фотоқышқылданудың субстраттары ретінде ДНК –ң,белоктардың,липидтердің және басқалардың молекулалары қызмет атқарады.

ІІІ типті реакцияда псораленнің,қараңғыда ДНК –ң қос тізбегіне орналасқан, электрондық қозған молекулалары қатысады.Сонымен қатар,олар қос тізбекті ДНК тізбегін зақымдау арқылы немесе ДНК-ң қос тізбегінің арасына жалғастырушы жіпше түзу арқылы тиминге ковалентті байланысады.

І-ІІІ типтердегі реакциялар субстраттар фотосенсибилизаторлардың қатысуымен сәулеленетін болса ғана жүзеге асырылады .

Фотохимиялық реакцияларды медицинада қолдануы.

Фотохимиялық реакциялар, адамдар мен жануарлардың тіндеріне әсер ететін жарықтар жағымды қажет жақтарымен қатар,зиянды жаман жақтары да кездеседі.Оптикалық сәлеленуді пот ологиялық әрекеттер мен емдеу істеріне пайдаланылатын медицинаның бөлімі фотомедицина деп аталынады.

Сонымен қатар оптикалық сәулелену терапиялық эффектілерде жи і қолданылады.УК-В сәулелері тері ауруларында қолданылады,-псориаза.Экзогенді фотосенсибилизатордың қолдануынсыз Фототерапия жас балаларда сарыаурады емдеуде қолданылады.Жас балалардағы сарыауру қандағы гемоглабин өнімінің аномальді жоғары концентрациясының жиналуынан болады.(билибурин).Билибурин спектрдің көк жерінде көбірек жұтылады.

Терапияда қолданылатын әдіс фотохимиятерапия.Бұда экзогенді фотосенсибилизатор мен жарық қолданылады.Бұның кең тараған екі түрі бар:ПУВА-терапия тері ауруларына және фотодинамикалық терапия.

Люминесценция түрлері.

Люминесценция-сыртқы энергия көзінің әсерінен дененің жарық шығаруы.Люминесценция кезінде шыққан жарықтың жиілігі оны қоздырушы жарық жиілігінен өзгеше болады.

Люминесценция құбылысын жарықтың шашырауы, шағылуы және денелердің термодинамикалық тепе-теңдік күйіндегі жылулық сәуле шығару тәрізді құбылыстарын ажырата білу керек.

Люминесценция, әдетте, спектрдің көрінетін немесе ультракүлгін обылыстарынан бақыланады. Осы обылыстардағы жылулық сәулелену бірнеше жүз немесе мың градус кезінде байқалады, ал люминесценция кез-келген температура кезінде байқалады, сол себепті люминесценцияны суық жарық деп жиі атайды.

Люминесценцияны басқа кейбір екіншілік жарықтық заттардан , мысалы жарықтың шағылуы мен шашырауы, ерекшелігін анықтау үшін С.И.Вавилов осы анықтаманың ұзақтық қасиетін ұсынған болатын.

Электрондық қозған молекулалар (атомдар) люминесценттейді. Қозу әдістеріне байланысты лю минесценцияның түрлерін ажыратуға болады.

Зарядталған бөлшектердің әсерінен болған люминесценция; иондармен –ионолюминесценция, электрондармен – катодолюминесценция, ядтолық сәулелермен –радиолюминесценция. Рентген және ᵞ-сәулелерінің әсерінен болған люминесценция рентгенолюминесценция деп аталады, көрінетін жарықтың фотондары- фотолюминесценция деп аталады. Үйкелу , қысылу,жарылу кезіндегі кейбір кристаллдық заттарда триболюминесценция деп аталады. Электрлік алаңда электролюминесценция қозады, көбінде бұған себепкер газдық разрядтардың жарықтануы. Экзотермиялық химиялық реакцияларды жүргізетін люминесценцияларды хемолюминесценция деп атайды.

Жеке атомдардан немесе қарапайым молекулалардан тұратын сиретілген газдарда люминесценция оңай байқалады.

Сұйық және қатты денелерде люминесценция тек белгілі бір шарттар орындалғанда ғана пайда болады .Ашық түсті молекулалық жарық беретін жасанды заттарды люминофорлар деп атйды.

Люминесценция құбылысы- атомдардың немесе молекулалардың энергиясы көп жоғары энергетикалық деңгейлерден энергиясы аз төменгі энергетикалық деңгейлерге ауысуы.

Һ=C : С=түскен жарықтың жылдамдығы

ῡ ῡ=сол затта өткен жылдамдығы

Фотолюминесценция ,көбінде,кәдімгі люминесценция деп те атайды.Фотолюминесценцияның екі анық түрлері бар; Флуоресценция (жарықтан кейін қысқа мерзімге созылады) және фосфоресценция (жарықтан кейін ұзақ уақытқа созылады).

Кез-келген фотолюминесценцияның алғашқы белгілеріне эергиялы фотонмен һv атомның немесе молекуланың қозуы жатады. Төменгі қысымдағы біратомды булар мен газдарда пайда болған кездерде, атом сол жерде жарық фотонын сәулелендіріп келіп, бұрынғы негізгі қалпына қайта оралады.

һv

 

Бұл құбылысты резонанстыфлуоресценция деп атайды.Арнайы тәжірибелердің тұжырымдауынша, осындай жарықтанулар заттардың жарықтануынан 10-8–нан кейін пайда болады және сол себепті, осы сөздің негізгі мәнімен шашыраңқы болып табылмайды.

Қысымның жоғарылауы кезінде немесе люминесценттейтін буларға ион тектес газдардың қосылуы кезінде (сутегі,оттегі және т.б.) резонансты флуоресценция азаяды және флуоресценцияның басқа жолақтары пайда болады. Бұл қозған атомдардың қоршаған басқа да атомдармен немесе молекулалармен соғысып үлгеру қабілетіне байланысты. Нәтижесінде қозған атомдар бұрынғы негізгі ұалпына ұайта келеді , ал айналадағылары ұосымша кинетикалыұ энергияға ие болады.

Қос байланысты жүйесі бар органикалық молекулалар , көбінде бәрі (қозбаған ) күйінде төменгі айнымалы күйдің электрондық дәрежесінде S0орналасады.

ылулық энергияға байланысты молекулаларды энергетикалық деңгейімен реттеп орналастыру Больцманның орналастыру ережесі арқылы жүзеге асырылады.

 

n 0 және ni - молекулалардың саны,көбінде і-қозған күйдегі молекулала ,

Еі-күйлерге байланысты түрлі энергиялар,ḵ- Больцман тұрақтысы,Т –абсолютті температура.

Көптеген жағдайларды орындау барысында жарықтың әсерінен молекулалар басқа айнымалы дәрежеден электрондық дәрежеге ауысу кезінде (S1,S2 және т.б.)қозуымүмкін.Жоғарыға бағытталған бағдарлардың ұзындығы кванттарды жұту энергиясымен тең.Квантты жұту орта шамамен 10-15сек. жүреді.Уақыт өту барысында 10-12сек. қозған молекулалар энергияның жартысын қоршаған ортаға береді де , өзі электрондық деңгейдің төменгі айнымалы деңгейіне өтедіS1(сәулесіз көшірулер ирек сызықтармен көрсетілген).Осыған орай, барлық молекулалар , кванттық жұтылуға тәуелсіз,барлығы бірдей қозған күйдің ең төменгі (10-9-10-8сек) дәрежесінде бола алады.Ары қарай, энергияның қозу жолдары әр түрлі болуы мүмкін.

Молекулалардың жартысы денені жылыту арқылы энергияны айналадағы бөлшектерге береді.Бұл молекулалардың негізгі қалпына сәуле таратпай ауысуына сәйкес келеді.

Ал, қалған жартысы белгілі бір негізгі кезінен қандайда бір айнымалы деңгейге өту кезінде флуоресценциямен квантты сәулелендіреді.Төмен қарай бағыталған бағдаршалардың ұзындығы кванттарды сәулелендіретін энергияға тең.

Осы аталған процесстер белгілі бір жолмен жүреді,ол кваннтық шығу деп аталады.осыған орай, флуоресценцияның кванттық шығуы: флуоресценцияның сәулелік квантының санының жұтылған кваттардың санына қатысы немесе флуоресценциялық поток пен (Ффл) жқтылған жарықтың потогына қатысы Іо(1-T)S.(мұнда Іо-қозған жарықтың әсері,S-жұтылу бетінің ауданы, ал (1-T)-жұтылу коэффициенті: ᵠфл=Ффл

Іо(1-T)S

Әртүрлі заттардағы флуоресценцияның кваннық шығуының мәні бір бірінен қатты ажыратылады. Флуоресцеин үшін -ᵠфл=0,9 ,ал белок үшін 0,01-0,03 аралығында.Күрделі флуоресценттенбеген байланыстардың ішінен флуоресценген байланыстарды сезімталдығына қарай жылдам анықтауға болады.Флуоресценция арқылы шаш пен терідегі грибокты зақымдануларды жылдам анықтауға болады,сонымен қатар, наркотикалық заттардың қалдықтарын, кейбір өнімдердің бұзылуының алғашқы кездерін анықтау.

 

Стокс заңы:Люминесценцияның спектрін осы байланыстың жұтылу спектріне қатысты ұзын толқынды ауданға жылжыту. Спектрлердің жылжуының себебі, жұтылу кезінде электрондық орын ауыстыруы негізгі күйдегі айнымалы деңгейден қозған электрондық деңгейдің кез келген айнымалы деңгейіне дейін.Осығвн байланысты молекула қозуының энергиялы бөлімі жылы жақа қарай өтеді(төменге қарай бағытталған ирек сызықтар),және олар төменгі қозған электрлік күйдегі төменгі айнымалы деңгейде болады.Сәулелену тек осындай деңгейлерден кез келген ауытқымалы деңгейасты негізгі күйінде болады.Молекуладағы жұтылу және сәулелену жолдарын көрсететін сызықтардың ұзындығы жұтылатын және сәулеленетін фотондардың энергиясына пропоционал.Алдыңғы суретте көрсетуінше, жұтылу квантының энергиясы жұтылуына қарағанда жоғарырақ(жоғары бағытталған сызықтарға қарағанда,төменге бағытталған түзу сызықтар қысқарырақ).-Бұл қозған күйдегі молекулалардың жартысының қоршаған басқа молекулалардың жылулық энергияға айналуын көрсетеді.

Люминесценция жарығымен оны қоздырушы бастапқысы жарық толқынының ұзындығының арасында тәуелділік Стокс ережесі бойынша тағайындалады.

Люминесценция жарығының толқын ұзындығы оны қоздырушы бастапқы жарық толқынынан ұзын болады,ал бастапқы жарық толқынынан қысқа толқынды люминесценция жарығын антистокстік люминесценция деп атаймыз.

Люминесценция құбылысы жарқырауық электрондары бар түрлі приборларда және арнаулы жарық көздері ретінде пайдаланылады.

Осы құбылыс негізінде дамыған люминесценттік анализ заттың құрамымен қасиетерін қолданылады.Люминесценттік анализдің өте сезімталдығы нәтижесінде реттеліп отырған заттың құрамындағы мөлшері тым аз қоспаны айыруға болады.

Люминесценция спектрінің формасы (Каштың ережесі бойынша) және люминесценцияның кванттық шығуы (Вавиловтың заңы бойынша) қозған люминесценцияның толқын ұзындығына тәуелді емес.Бұған себепкер,молекуланың жұтылудан кейін қай деңгейде қозғандығына қарамастан,люминесценцияның сәулеленуі әрдайым т өменгі қозған электрондық деңгейдегі төменгі ауытқымалы деңгейде өтеді.Фотолюминесценцияның спектрінің формасына қарасақ,осы молекула түрінің басқа да люминесценциясының типтеріне ұқсайды, яғни, люминесценция спектрінің формасы молекула қозуының әдісіне тәуелсіз болып келеді.

Флуоресценция жолақтарының спектральдық күйі (жұтылудың ұзынтолқынды жолақтары секілді) қос байланысты жүйенің ұзындығына тәуелді l:неғұрлым ұзындығы көп болса, соғұрлым үлкен толқын ұзындығына флуоресценцияның максимум мәні сәйкес келеді λmax.Сонымен қатар, флуоресценцияның максимал мәні және де кванттық шығудың кейбір молекулаларына қоршаған ортаның жағдайы қатты әсер етуі мүмкін.Мысалы, гептандағы диметиламинохалкон λmax= 436 нм(гептандағы диэлектрлік өткізгіштігі ε=1,9 ), ал суда λmax= 560 нм (ε=81).Флуоресценциялық молекулалардың параметрлерінің белгілі бір ортаға байланысты сезімталдығы (диэлектрлік өткізгіштігі,тұтқырлығы және т.б. ) биология мен медицина салаларында кеңінен қолданылады.

Егер де флуоресценциялық молекулаларды белгілі жеке бір зат ретінде зерттелініп отырған жүйеге енгізетін болсақ,және молекулалар енгізілгеннен кейін сол ортаға өздігінен таралатын болса,ондай молекулаларды флуоресценттік зондтар деп атаймыз.Флуоресценттік зондтарды қолдануына мысал ретінде науқасқа венаішілік флуоресцеи нді енгізу болып табылады.Бұл бояғыш заттың токсикалық қасиеті жоқ,өте жоғары флуоресценциялық кванттық шығуға ие.(99℅қарамағында).Ол қан арқылы бүкіл организмге тарайды және дерма мен эпидермисті диффундайды.Флуоресцеин ол жерді ультра күлгін жарықпен (360 нм) қоздырады және оның жасыл флуоресценцияларын бақылайды.Тін үстіндегі флуоресценция кан айналымы төмен дене бөліктерінде қан айналымы қалыпты болып келетін дене бөліктеріне қарағанда кейінірек пайда болады.

Басқа жағдайларды қарастыратын болсақ,флуоресценттеуші бояғыш заттарды кез келген бір молекулалармен ковалентті байланыстырып алып,содан кейін ғана зерттелініп отырған жүйеге енгіземіз.Мұндай молекулаларды флуоресценттік белгілір (меткалар) деп атаймыз.Бұған мысал ретінде флуоресценттік-белгілік (Флуоресцентно-меченных) антителаларды жатқызамыз.Егер осы антителаларды клеткалық суспензияларға қосатын болсақ,онда осылардың ішінен тек беттерінде орналасқан берілген антителаға арнайы антигендермен ғана байланысады.Осы кезде , белгілі клетка клонының ашық флуоресценциясы пайда болады,және де люминесценттік микроскоптарда жақсы көрінеді.Бұл микроскоптарда басқа жарық нүктелеріне қарағанда ерекшелігі ,мұнда жоғары және өте жоғары қысымды және екі жарық фльтрі бар сынап шамдар қолданылады.Бұлардың біреуі, конденсордың алдында орналасқаны,объектінің люминесценциясын пайда болғызатын ,жарық көзінің спектрінің облысын бөліп көрсетеді:ал келесісі,объектив пен окулярдың ортасында орналасқан және люминесценцияның түсін анықтайды.Осылайша, белгілік флуоресценттік клеткаларды қанның иммунологиялық бақылауларында қолданылады.