Biofizika faniga muqaddima

Kvant biofizikasi elementlari va radiobiologiya
Radiobiologiya
Radiobiologiya - ionlashtiruvchi nurlanishning turlari va manbalarini tavsiflash , uning biologik obyektlarga ta'sirining molekulyar mexanizmlarini o'rganish hisoblanadi . Radiobiologiya fanining tadqiqot obyekti - tirik organizmlar ( ha yvo n la ro ' simliklar , mikroorganizmlar ) , to'qimalar , organ va hujayralar va molekulalar ( jumladan , makromolekulalar ) hisoblanadi .
Radiatsion biokimyo - ionlashtiruvchi nurlanishning molekulyar biokimyoviy ta'sir mexanizmlarini , jumladan makromolekulalarga ta'sir ini tadqiq qiladi . Radiatsion genetika - ionlashtiruvchi nurlanishning genetik darajadagi ta'sir mexanizmlarini o'rganish va shuningdek , radiatsion mutagenez usulidan amaliyotda foydalanish usullarini ishlab chiqish bilan shug'ullanadi. Radiatsion gigiyena - ionlashtiruvchi nurlanishning odam organizmiga ta'siri shart - sharoitlari , turlari va oqibatlarini o'rganuvchi , radiatsion nurlanishning salbiy ta'siriga qarshi odam organizmi salomatligini muhofaza qilishga qaratilgan uslublar , choratadbirlami ishlab chiquvchi fan sohasi hisoblanadi . Geofizik radiologiya atmosfera , gidrosfera va litosfera tarkibining radioaktiv manbalar ta'sirida ifloslanishi va kosmik nurlanish darajasini o'rganuvchi fan sohasi hisoblanadi . Tibbiyot radiologiyasi aholi istiqomat qiluvchi punktlar hududida atrof - muhitning radioaktiv ifloslanish darajasini nazorat qilish bilan shug'ullanadi . Radiatsion terapiya ionlashtiruvchi nurlanishning terapevtik ta'sir mexanizmini o'rganish va nurlanish yordamida kasalliklami davolash usullarini ishlab chiqish bilan shug'ullanadi Radiobiologiya fanining tadqiqot obyekti - quyidagi 3 ta bo'limga ajratiladi : 1. Murakkab tizimlar ( ekologik tizimlar , populyatsiya , ko'p hujayrali organizmlar , organlar va to'qimalar ) radiobiologiyasi ; 12. Hujayra radiobiologiyasi ; 03. Molekulyar radiobiologiya .
Radiobiologiya fanining vazifalari quyidagilardan tashkil topgan : N.Odam salomatligiga xavfli hisoblangan radiatsion nurlanish manbalarini o'rganish ; lonlashtiruvchi nurlanishning biologik ta'sirini o'rganish ; • Odam organizmi uchun ionlashtiruvchi nurlanishga qarshi himoya vositalarini ishlab chiqish va nurlanish sharoitida uning salbiy oqibatlariga qarshi kurashish va qaytatiklanishga qaratilgan choratadbirlami ishlab chiqish ; Atrof - muhit va qishloq xo'jaligi mahsulotlarining odam va hayvonlar organizmiga radiatsion xavf tug'dirish darajasini baholash ; lonlashtiruvchi nurlanishning turli xil kasalliklarga tashxi qo'yish va davolash maqsadlarida , shuningdek , qishloq xo'jaligi , oziq - ovqat sanoati va mikrobiologiya sohalarida samarali foydalanish texnologiyalarini ishlab chiqishni ilmiy jihatdan asoslab berish ; Texnogen halokatlar va yadro qurolining radioekologik oqibatlarini o'rganishdan tashkil topadi .
Fotofizika va fotokimyo asoslari.
Ultrabinafsha va korinuvchi nur-sohalarining biologik obyektlarga tasir etish qonuniyatlarini tekshirish ham biofizika muammolari doirasiga kiradi. Kisqa tolqinli (rentgen va (-Nurlanish) nurlarning biologik obyektlarga tasirini tekshirish bilan radiobinogiya shug`ullanadi. Fotokimyoda ham fotobiologiyadek, elektromagnit spektrining tor 200-700 nm sohasi bilan ish koriladi. Xalqaro yoritish komissiyasi tolqin uzunligi sohalarini quyidagicha ifodalashni tavsiya etadi. Ultrabinafsha (UB) Nurlanish: UB-S – 100-280 nm, UB-V – 280-315 nm, UB-A – 315-400 nm, korinuvchi spektr -400-780 nm. qisqa tolqinli Nurlanish energiyasi, kimyoviy boglar energiyasidan katta bolib, molekulalarni ionlantiradi va kimyoviy boglarni uzadi. Aynan mana shu soha bilan radiobiologiya shugullanadi. Uzun tolqinli Nurlanish modda tomonidan yutilganda elektrol ning aynalma va tebranma energiyalari oshadi. Shu sababdan, infraqizil (IK) Nurlanish reaksiyalar tezligini oshiradi, molekulalarda kimyoviy ozgarishlar keltirib chiqarishga qodir emas.Energiyasi (200- 300 nm) fotonlar, oqsillar va nuklein kislotalar tomonidan yutilib, molekulalarni qozgalgan honatga, yani molekulaning yuqoriroq energiya sathiga (qozgalgan holatga) otishiga olib keladi. Qozgalgan molekula kimyoviy reaksiyaga osonlikcha kirishadi. Aynan mana shunday fotokimeviy reaksiyalar, oxirgi natijada oqsillar, nuklein kislotalar va boshqa Biopolimerlarda fotobiologik effektlarga sabab boladi. Korinuvchi nur esa, fotosintez, fotoresensiya, fotomorfogenez hamda fotodinamik effektlar uchun aktiv hisoblanadi.
Molekulaning qozgalgan holatlari
Yeruglikning modda tomnidan yutilishi Molekulyar jarayon bolib, mazkur hodisa murakkab biologik strukturalarga (yadro, mitoxondriya, hujayra va boshqalarga) dahldor emas. Yeruglik molekula tomonidan, energiyasi h( = hc/( ga teng kvantlar tarzida, 10-14 - 10-15 sek davomida yutinib boladi. Yeruglikning molekula tomonidan yutilishi, fizikaviy jarayon bolib, u quyidagicha tasvirnanadi: Ao + hv = A* bu yerda A* - molekulaning qozgalgan holati, yoruglik yutilganda nur energiyasi elektrollarning tebranma va aylanma energiyalariga aylanadi va shu munosabat bilan molekulaning elektrol konfigurasiyasi ozgaradi. Kvant yutilishi evaziga, A molekula tomonidan olingan qozganish energiyasi, quyida tasvirnangan usunlarning biri orqali sarflanadi.
Nurlanish: A* ( A + hv nurlanmasdan konversiyalanish: A* Ao + issiqnik, kimyoviy reaksiya: A* ( mahsulot. Molekulaning yeruglikdan qozgalishi bir elektrolni jarayon bolib, uning davomida orbitaldagi elektrol lar juftidagi elektrollardan birining asosiy (S0) sathdan, yuksakroq (qozgalgan) sath (S1)ga otishi bilan kechadi. Juftning ikkinchi elektroli asosiy (S0) sathda qoladi. Elektrolni qozganish energiyasi, eng quyi tebranish sathidan boshlab olchanadi. Fotofnuoressensiya hodisasi biofizika va biokimeda tadqiqot metodi sifatida keng qollaniladi. Birinchidan, oqsillar xususiy fluoressensiyasini olchash orqali, uning konformasion holati haqida malumotga ega bolishi mumkin. Oqsilning xususiy Ultrabinafsha fluoressensiyasi yordamida, unda triptofan va tirozin qoldig`I ularining bor- yoqligini aniqlash mumkin. Uning parametrlari osha qoldi ularning mikroqurshoviga bogliq ravishda ozgaradi. Masalan, triptofaninlar fluoressensiyasining kvant chiqishi 0,1-0,4 oraligida bolib, spektr maksimumi 320-325 nmda qayd etiladi. Fluoressensiya spektrofotometrlardan farqlanadigan, fluorametrlarda olchanadi. Ularda fluoressensiya qozgatuvchi va uni qayd etuvchi sistemalar mavjud.
Nurlanishsiz amalga oshuvchi otishlar.
Bu xil otishlarni ikki turga ajratish mumkin:bir xil multipnetlikka ega, har xil elektrolni qozgalish holatlari aro Molekulyari nurlanishsiz otishlar, yani singnet- singnet (S1 ( So) va triplet- triplet (T2 ( T1) otishlar imkoni ham mavjud bolib, bunday otishlar ichki konversiya deb ataladi. Har xil multipnetlikka ega holatlararo Molekulyari otishlar (yani S1 ( T1, T1 ( So), bunday otishlar interkombinasion konversiya deb ataladi. Energiyaning qozgalgan molekuladan atrofdagi boshqa molekulalarga uzatilishi ham Nurlanishsiz otishga tegishlidir. Bunda elektrol energiyasi tebranma, aylanma va ilgarilama harakat energiyalari sifatida uzatilishi mumkin.
Elektron qozgalish energiyasining migrasiyalanishi. Energiya migrasiyasi qozgalgan molekulalarning S1 va T1- sathlaridan amalga oshadi. Energiya migrasiyalanishi - energiyaning Nurlanishsiz, donor (D) bilan akseptorning (A) kinetik toqnashuvilarisiz isiqlikka aylanmasdan, atomlar oraligidan ancha katta masofaga uzatilishidir. Energiyaning migrasiyalanishi bir molekula ichida yoki molekulalar ortasida amalga oshishi mumkin. Birinchi holda, energiyaning uzatilishi bitta molekula doirasida, uning xromofor guruhi ichida yoki ikkita boglangan yoki boglanmagan guruhlar aro amalga oshadi. Molekulalar aro energiya migrasiyalanishining oddiy holi reabsorbsiya qozgalgan molekulalar Nurlanishining takroran yutilishi dir. Bunday jarayon konsentrlangan eritmalar fluoressensiyasining susayishida namoyon boladi. Fotobiologik elektrolni qozgalish energiyasining Nurlanishsiz otish mexanizmiga binoan migrasiyalanishi muhim ahamiyatga ega. Almashma-rezonans yoli. Bu yol donor va akseptor molekulalari elektrol orbitallarining bevosita qoplanish vaziyatida amalga oshadi. Shu munosabat bilan D bilan A energiya jihatidan farqlanadigan elektrollarini ayirboshlaydi ("issiq" molekula qozgalgan elektrol ini "sovuq" molekulaga berib, uning elektrolini ozi oladi). Donor va akseptor molekulalarning ozaro uzoqlashishi bilan, migrasiya ehtimonnigi molekulalararo masofaning 6- darajasiga proporsionan ravishda kamayadi. Fosforessensiya spektrida umumiy tolqin uzunligi sohasining paydo bolishi bu xil migrasiyaning mumkinligini tasdiqlaydi. Induktiv- rezonans yoli. Molekulalararo ancha katta ( ~ 2 -10 nm) masofalarda amalga oshib, qozgalgan D* molekula bilan akseptor molekulalarning rezonansni tasirlanishi tufayli yuz beradi. Molekulalararo tabiatan zaif tasirlashish yaqin chastotalarda tebranishga qodir xususiy molekulyar ossilyatorlar juftini boglovchi elektromaydon vositasida joriy etiladi (bunda molekulalar elektr diponlari sifatida qaraladi). Bu singnet- singnet, triplet- triplet otishlardan iborat bolib, eritmalarda, ayniqsa, biologik sistemalarda koproq qayd etiladi. Fluoressensiya spektrida umumiy tolqin uzunligi sohasining paydo bolishi energiya migrasiyalanishi mazkur mexanizmining mumkinligini isbotnaydi.
Erkin radikallar va ularning xossalari.Juftlanmagan elektronga ega molekula yoki uni fragmenti erkin radikal deb ataladi. Erkin radikal tegishli modda kimyoviy formunasi ustiga qoyiladigan qalin nuqta orqali ifodalanadi. Masalan, H’, OH va h.k. Erkin radikallar, radikan hosil qinuvchi moddalar tabiatiga bogliq holda, neytral kation yoki anion holatida ham bolishi mumkin. Masalan, tirozin molekulasi sharoitiga bogliq holda neytral yoki kation radikali holatida uchraydi.Anion radikalga kislorodning superoksidanion radikalini misol qilish mumkin - O2- Demak, molekulada juftlanmagan elektrolning paydo bolishi bosh vaneltnikning paydo bolishiga ekvivanentdir.Erikin radikallarga xos xususiyatlar: yuksak kimyoviy aktivlik; paramagnitlik; zanjirli reaksiyalarni boshlab berish.