Vinaora Nivo Slider 3.xVinaora Nivo Slider 3.xVinaora Nivo Slider 3.xVinaora Nivo Slider 3.xVinaora Nivo Slider 3.xVinaora Nivo Slider 3.xVinaora Nivo Slider 3.xVinaora Nivo Slider 3.x

Энергия излучения, поглощенная одной молекулой, может быть передана другой, близко расположенной молекуле. Обычный путь переноса энергии в биологических системах - это диффузия богатых энергией фосфорных соединений, которая осуществляется в растворах. Однако существуют и другие пути переноса энергии. Эти пути - так называемая миграция энергии - имеют особенно важное значение в фотобиологических, радиобиологических и, возможно, в некоторых биохимических процессах.

Миграция энергии - это безызлучательная передача энергии от молекулы к молекуле на расстояния, значительно превышающие межатомные, происходящая без растраты в тепло и без кинетических соударений донора и акцептора энергии.

Когда молекула поглощает энергию, то электрон с основного энергетического уровня переходит на более высокий, возбужденный уровень. При движении этих электронов по орбитам в молекуле создается переменное электромагнитное поле. Частота колебаний этого поля определяется энергетическим уровнем возбужденного электрона. Если рядом с возбужденной молекулой находится невозбуждённая молекула, которая имеет энергетический уровень, совпадающий или несколько меньший уровня возбужденной молекулы, то возникает явление резонанса. При этом невозбужденная молекула возбуждается, а возбужденная - переходит в невозбужденное состояние, т. е. энергия возбужденной молекулы почти целиком передается невозбужденной молекуле. Это бывает тогда, когда частота испускаемых электромагнитных колебаний донора энергии совпадает с частотой колебаний акцептора энергии.

Схематически описанные процессы можно изобразить так:

А + hv -> А* - возбуждение молекулы А; 

 А* + В -->- А + В* - миграция энергии от А к В

Для возникновения миграции необходимы следующие условия:

  • Донор энергий должен обладать способностью к созданию распространяющегося электромагнитного поля, т. е. способностью к люминесценции.
  • Частота колебаний электромагнитного поля донора должна совпадать с частотой колебаний акцептора. Для этого необходимо, чтобы спектр люминесценции донора перекрывался со спектром поглощения акцептора.
  • Необходимо, чтобы донор и акцептор были сближены на достаточное расстояние. Вероятность миграции резко уменьшается при увеличении расстояния между молекулами (вероятность миграции обратно пропорциональна расстоянию между молекулами в шестой степени). Поэтому эффективная миграция происходит, если донор и акцептор достаточно сближены (1-10 нм).

Миграция энергии возбуждения может наблюдаться как по синглетным, так и по триплетным уровням. Направление миграции обусловлено вторым законом термодинамики и всегда соответствует переходу электронов с более высокого уровня в доноре на более низкий в акцепторе.

Наличие миграции определяют с помощью спектральных методов. Если обнаруживается, что вещество, непосредственно не участвующее в фотохимической реакции, начинает люминесцировать (сенсибилизированная люминесценция), то это говорит о наличии миграции энергии, т. е. о том, что молекулы этого вещества получили энергию от других молекул, непосредственно участвующих в поглощении света.

Рассмотренный тип миграции энергии называется резонансным, поскольку он осуществляется в результате резонанса донора и акцептора энергии. Эффективность (вероятность) миграции энергии резонансным способом у белков составляет всего несколько процентов, поэтому данный вид переноса энергии для них существенного значения не имеет.

Эффективность резонансной миграции энергии для нуклеиновых кислот достигает 30%. Резонансная миграция энергии может достигать 100% в системах с высокой концентрацией хромофоров - соединений, содержащих систему сопряженных кратных связей.

В некоторых случаях возбужденный электрон может перемещаться от одной молекулы к другой вдоль возбужденного уровня. "Дырка", возникающая после ухода электрона, может перемещаться вслед за ним по этому уровню. Такая перемещающаяся пара электрон-"дырка" называется экситоном, а миграция энергии, осуществляющаяся с помощью экситона, называется жетонной миграцией. В отличие от резонансной экситонная миграция энергии может осуществляться на сравнительно большие расстояния.

Экситонная теория была применена при рассмотрении переноса энергии в системах, содержащих биологические пигменты: родопсин, хлорофилл и др. Предполагают, что в процессе фотосинтеза хлоропласты могут функционировать как своеобразные полупроводниковые образования. Поглощение света может приводить к образованию в молекуле хлорофилла свободных электронов и положительных "дырок". Электроны и "дырки" движутся и обусловливают окислительно-восстановительные процессы.

Электрон может осуществлять восстановление какого-либо акцептора, так как восстановление - это присоединение молекулой электронов. "Дырка" может осуществлять окисление молекул, так как присоединение "дырки" означает отдачу электрона, т. е. окисление.

© 2015-2019 vseobiology.ru | При использовании материалов сайта - прямая ссылка на vseobiology.ru обязательна.

Электронный адрес для связи artemchichkov@gmail.com

^ Наверх