В. Источники ССИ

Имеются два основных механизма происхождения ССИ, дополняющих друг друга. Во-первых, ССИ может формироваться вследствие суммирования малых порций энергии, выделяемых в процессе достаточно быстрых коллективных молекулярных взаимодействий в (организованной) среде [Beloussov 2011]. Мы рассмотрим этот сценарий ниже.

Во-вторых, ССИ объясняется релаксацией электронновозбужденных состояний (ЭВС), непрерывно возникающих в биологических системах вследствие переноса зарядов в отдельных молекулах и формирования радикалов во многих достаточно экзотермических химических, преимущестсвенно окислительно-восстановительных, реакциях [Баскаков и Воейков, 1996; Beloussov 2011]. При размене энергии ЭВС на электронных уровнях, колебательных, вращательных, зеемановских подуровнях возникает излучение в широком спектре — от УФ- и видимого диапазона через инфракрасную область до метровых волн [Журавлев, 2011].

Эндогенные ЭВС могут образовываться в результате актов распада различных перекисей. Так, триплетные возбужденные продукты возникают при расщеплении С-С- и О-О-связей а -пероксилактонов в процессе аэробного окисления различных субстратов, катализируемого ферментами (пероксидазой, липоксигеназой и др.). Также дисмута- ция пероксирадикалов, возникающих в процессе одноэлектронного восстановления кислорода, дает возбужденные карбонилы [Cilento and Adam, 1995; Баскаков и Воейков, 1996].

Перекисные группы образуются легче всего при неферментативном свободнорадикальном (перекисном) окислении ненасыщенных жирных кислот и альдегидов, как свободных, так и входящих в состав липидов. Собственная хемилюминесценция животных клеток и тканей (сверхслабое свечение) связана в значительной мере с пере- кисным окислением липидов с участием липидных радикалов [Тару- сов и др., 1961; Владимиров, 1966; Владимиров и Проскурина, 2009;

Журавлев, 2011]. Липид-белковые ферментные и липид- нуклеотидные комплексы, содержащие фосфолипиды с ненасыщенными жирными кислотами, могут также быть эндогенно электронно возбуждены. В липид-белковых ферментах автоокисление ненасыщенных жирных кислот с образованием перекисных группировок по двойным связям приводит к образованию радикальной пары и ЭВС. Высокая энергия такого ЭВС липид-белкового фермента достаточна для переноса электрона, для разрыва ковалентных связей при миграции энергии ЭВС в активный центр фермента. Считают, что функционирование всех ферментов дыхательной цепи в живых митохондриях возможно на электронно-возбужденных уровнях [Журавлев, 2011]. Также высокоэффективное функционирование ДНК объясняют за счет энергии ЭВС, возможным источником которой являются липиды при автоокислении: полагают, что при репликации ДНК комплекс ДНК, связанной с ядерной мембраной в точке репликации, переходит в ЭВС [Там же]. Таким образом, биополимеры могут функционировать в возбужденных состояниях за счет эндогенно генерируемых квантов энергии [Там же].

Помимо перекисного окисления липидов существует множество других неферментативных окислительных процессов (могущих протекать и в водных растворах), которые формируют продукты в электронновозбужденном состоянии [Баскаков и Воейков, 1996]. Наряду с радикальными имеются нерадикальные биохемилюминесцентные процессы.

Еще одним источником возбуждения может быть непрерывная во времени природная радиация (поэтому данный вид возбуждения можно отнести к собственному ССИ). При малых дозах радиации высокоэнергетические кванты атомной радиации природного фона и космического происхождения могут преимущественно не ионизировать, а возбуждать биомолекулярные системы [Кузин, 2002]. Этот источник подробно рассматривается в главе 8.

Вода слабо люминесцирует (1 фотон / мл с) при комнатной температуре в сине-зеленой области, что объясняют рекомбинацией термически возбуждаемых радикалов и природной радиацией. Однако эта люминесценция может возрасти на полтора порядка и быть переведена в режим автоколебаний при облучении воды на длине волны синглетного возбуждения растворенного кислорода (1,26 мкм) [Gudkov et al., 2011], что может быть связано с тем, что переключение электронных спинов (основное состояние кислорода триплетное) индуцирует накопление радикалов в воде и синхронизирует рекомбинационный ритм [Захаров, 2012].

ССИ не является, по-видимому, результатом только непосредственной релаксации ЭВС: при ССИ сложная биологическая система ведет себя как нелинейная динамическая система при наличии кооперативных эффектов [Voeikov et al., 1999]. Возникает сложная нелинейная динамика ЭВС.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >