Полная версия

Главная arrow Экология arrow О роли когерентности в сверхслабых взаимодействиях в биосистемах и биосфере

  • Увеличить шрифт
  • Уменьшить шрифт


<<   СОДЕРЖАНИЕ ПОСМОТРЕТЬ ОРИГИНАЛ   >>

Возможная роль АФК и корреляций дальнего порядка

в водной среде в регуляции биопроцессов посредством ЭВС

А. Перенос и накопление энергии ЭВС и регуляция биопроцессов

Энергия электронного возбуждения может участвовать в различных процессах [Баскаков и Воейков, 1996]:

  • 1. Прямая люминесценция. Если разность между уровнями энергии возбужденного и основного состояний одинакова в обеих молекулах, то фотон, испущенный одной молекулой, снова поглощается другой молекулой.
  • 2. Безызлучательная дезактивация и тушение, внутренняя конверсия, интеркомбинационные переходы.
  • 3. Безызлучательный перенос энергии на акцептор (люминофор) с последующей люминесценцией. При наличии в генерирующей электронно-возбужденные состояния системе природных (ароматические аминокислоты, нуклеотиды, коферменты и т. д.) или синтетических люминофоров происходит перенос энергии на люминофор (акцептор) с последующим переизлучением фотонов (сенсибилизированная люминесценция). Так, при переносе энергии от триплетных хромофоров на (триплетный) кислород образующиеся молекулы кислорода в синглетных состояниях флуоресцируют в красной и инфракрасной областях с характерными спектральными максимумами [Журавлев, 2011]. Активные формы кислорода, генерируемые в процессе облучения, могут влиять на различные пути клеточной сигнализации, включая сопряженные с семейством митоген-активирумых протеин- киназ, активируя или инактивируя киназы [Pattison et al., 2012]. Как показывают исследования, природные люминофоры являются эффективными акцепторами энергии электронного возбуждения продуктов окислительных реакций [Баскаков и Воейков, 1996].
  • 4. Безызлучательный перенос энергии электронного возбуждения на другую молекулу (в частности, на фоторецептор), ее возбуждение и индукция сопряженной биохимической реакции. Так, энергия электронного возбуждения триплетных карбонильных соединений, продуцируемых пероксидазами и оксидазами, может передаваться на ФАД, ФМН и рибофлавин. Возбужденные таким образом молекулы флавинов ведут себя как и при возбуждении внешним светом, в частности приобретают способность к взаимодействию с различными акцепторами с образованием устойчивых комплексов. Например, в присутствии триплет-генерирующей системы в системе рибофлавина и триптофана образовывался аддукт флавина и аминокислоты, аналогичный тому, который получался и при освещении внешним светом. Индуцируя таким образом биохимические реакции, энергия ЭВС используется для регуляции многих, в том числе высокоэкзотермических, биохимических процессов и для образования ряда биологически активных соединений [Там же]. К их числу относятся активация и ингибирование ферментов и синтез витамина D. Полагают, что имеет место взаимодействие между ЭВС и тРНК [Там же]. Полагают также, что фотовозбуждение флавинов может ускорять электронный транспорт в дыхательной цепи и усиливать окисление субстратов [Там же].

Можно говорить, таким образом, что при безызлучательном переносе энергии ЭВС на другие молекулы имеет место фотохимия без света [White et al., 1970]. Энергия ЭВС может также приводить к образованию свободных радикалов путем переноса электрона или протона.

Имеются два механизма безызлучательного переноса энергии между молекулами в наинизших возбужденных состояниях s{ и тх [Оптическая биомедицинская диагностика, 2007]. Перенос энергии посредством прямого взаимодействия диполей оптических переходов донорной и акцепторной молекул, требующий перекрывания спектра испускания донора со спектром поглощения акцептора (условие резонанса), — механизм Фёрстера. Этот механизм ограничен межмолекулярными расстояниями порядка нескольких нанометров и осуществляется преимущественно для синглетных состояний. Для возбужденных триплетных состояний требуется переворот спина, и скорость перехода становится очень низкой. В возбужденном триплетном состоянии, когда диполь-дипольное взаимодействие пренебрежимо мало, может осуществляться механизм электронного обмена, требующий значительного перекрывания орбиталей возбужденной молекулы донора и молекулы акцептора в основном состоянии, причем спектральные характеристики почти не играют роли. Этот процесс требует прямого контакта молекул, поскольку межмолекулярное расстояние в этом случае обычно не более 1 нм.

Следует отметить, что безызлучательный перенос энергии в биологических системах более эффективен, чем в неорганизованной среде, поскольку на передачу энергии от донора к акцептору (фоторецептору) влияет их непосредственное окружение, его структурная организация [Баскаков и Воейков, 1996].

При сопряжении излучательного или безызлучательного переноса энергии ЭВС с регуляцией биохимических процессов появляется возможность осуществления тех событий, которые требовали бы аккумуляции энергии гидролиза нескольких молекул АТФ (значение энергии макроэнергетической связи которой примерно 12 ккал/моль), энергия выделяется и используется в виде больших порций, что существенно отличается от пути преобразования энергии в ходе окислительного фосфорилирования [Баскаков и Воейков, 1996].

Установлено, что при безызлучательном переносе энергии ЭВС от мест генерации к местам реализации она способна накапливаться, что играет физиологическую роль [Новиков и др., 2011]. При накоплении электронно-возбужденных частиц в клетке могут осуществляться энергоемкие биохимические процессы [Там же]. Полагают, что концентрации ЭВС в биосистемах достаточны для эффективной регуляции различных биохимических процессов [Журавлев, 2011].

 
<<   СОДЕРЖАНИЕ ПОСМОТРЕТЬ ОРИГИНАЛ   >>