Фотобиология - Конев С.В.
Скачать (прямая ссылка):
материала. Такие эффекты могут быть обусловлены диффузией продуктов фото-
и термодест-
Глава XXIV. Лазерное излучение
363
рукции в необлученные участки клеток и тканей, локальными нарушениями
проницаемости и механическими ударными волнами, имеющими место при
лазерном "взрыве" биологических структур.
Специфику действия лазерного излучения на биосубстрат целесообразно
связывать и с такими его параметрами, как когерентность и
монохроматичность. Так, благодаря когерентной природе световой луч
вызывает перемещение не только заряженных, но и незаряженных частиц. При
этом частицы (макромолекулы или их комплексы) побуждаются к направленным
перемещениям взаимодействием между электрическим зарядом (диполь-ным
моментом) частицы и электрическим полем внутри лазерного пучка. Движения,
не связанные с фотохимическими превращениями, в принципе, могут
инициировать определенные биологические последствия, не характерные для
обычного света.
Высокая монохроматичность лазерного излучения позволяет осуществлять
избирательное возбуждение определенных колебательных подуровней в
молекулах. Прежде всего это влияет на энергетически-конформаци-онное
состояние отдельных участков макромолекул белков и нуклеиновых кислот. В
литературе описывается лазерная активация каталазы, сопряжения дыхания с
фосфорилированием, иммунологических реакций. Следует, однако, заметить,
что вопрос о биологически значимом специфичном действии лазерного
излучения и его связи с первичными механизмами взаимодействия света с
веществом еще очень далек от сколько-нибудь однозначного разрешения.
Очевидно также, что подобная специфика лазерного воздействия на
биологические процессы будет проявляться прежде всего при относительно
слабых мощностях, не приводящих к глубокой термической деструкции
биосубстрата.
В последние годы возникла и получила широкое распространение
пикосекундная спектроскопия фотобиологических объектов, позволяющая
изучать быстрые фотофизические и фотохимические реакции. Смысл
пикосекундной спектроскопии - мгновенное возбуждение молекул
ультракоротким лазерным импульсом с последующим тестированием другими
импульсами или обычным светом кинетики релаксации системы к состоянию
364
Глава XXIV. Лазерное излучение
равновесия, изменений физического и химического состояния по оптическим
параметрам. При этом временная развертка в ультракоротких интервалах
осуществляется с помощью скоростных электрооптических затворов или
быстродействующих электронно-оптических преобразователей. Таким способом
удалось определить время колебательных возбужденных состояний ряда
органических молекул (10-12-10_ис), оценить скорость первичных
превращений в пигментах и родопсине. Так, по данным А. Б. Рубина,
скорость наиболее быстрой реакции в фотосинтезе- разделение электрических
зарядов в реакционном центре - составляет около 10~ис.
Ценную информацию дают также лазерные методы спектроскопии с
использованием эффектов Доплера, римановского и рэлеевского рассеяния
света, интерферометрии. В частности, по изменениям монохроматической
длины волны лазерного луча при рассеянии на движущихся частицах (эффект
Доплера) можно определить скорость движения биологических объектов,
например клеток, клеточных органелл, потоков цитоплазмы.
Нерасходимость луча лазера существенным образом повышает разрешение
индикатрисе рэлеевского рассеяния, что позволяет получить более точную
информацию о размерах (молекулярных массах) и форме макромолекул и их
комплексов. С помощью рэлеевского рассеяния лазерного света удалось,
например, определить тонкие детали строения вируса табачной мозаики.
Рамановское (комбинационное) рассеяние, связанное с изменением длины
световой волны благодаря сложению или вычитанию частот колебаний
электромагнитного излучения и молекулы, с успехом применяется для
выяснения структурной организации молекул (белки, нуклеиновые кислоты,
липиды и т. д.), межмолекулярных взаимодействий и их динамики.
В заключение нужно отметить, что лазерная техника нашла широкое
применение в голографии и микроскопии. С помощью голографической
интерференционной микроскопии биологических объектов и прежде всего
клеток Г. Р. Иваницким с сотр. не только получено их объемное
изображение, но и зарегистрированы быстрые изменения рельефа поверхности
клетки (микрорельеф плазматической мембраны) и ее структур как в ходе
Глава XXV. Общность фотобиологических реакций 365
естественного функционирования, так и при экспериментальных воздействиях.
С помощью лазерного луча можно дистанционно изучать спектры отражения
(рассеяния) от далеко расположенных объектов. Таким путем производится,
например, оценка заселенности воды фотосинтезирующими организмами с
палубы научно-исследовательского судна и тем самым осуществляется
экспресс-определение фото-синтетической активности Мирового океана.
Рекомендуемая литература
Гамалея Н. Ф. Лазеры в эксперименте л клинике. М., 1972.
Рубин Л. Б. Лазеры в изучении современных проблем биологии.-
