Вплив УФ випромінювання на процеси в клітині, методи фіксації параметрів

4.2. Поляриметрія - метод дослідження речовин, оснований на вимірюванні міри поляризації світла і оптичної активності, тобто величини кута повороту площини поляризації світла при проходженні його через оптично активні речовини. Кут повороту в розчинах залежить від їх концентрації, тому П. широко застосовується для вимірювання концентрації оптично активних речовин. Зміна кута обертання при зміні довжини хвилі світла (спектрополяриметрія) дозволяє вивчати будову речовини і визначати кількість у суміші оптично активних речовин. П. використовується в різних галузях пром-сті для аналізу органічних сполук, продуктів переробки гірничо-хімічної сировини. Таким чином, за допомогою спектрополяриметрії можна фіксувати параметри біосистем.[1]

4.3. Фіксація потенціалу. Для вивчення потенціалзалежних мембранних каналів застосовується метод фіксації потенціалу. У цьому методі використовують електронну систему із другого зв'язком, що забезпечує автоматичну підтримку мембранного потенціалу. В лабораторних умовах, використовуючи метод фіксації потенціалу на мембрані, можна визначати вольт-амперні характеристики та електричні параметри біологічної мембрани клітин. Різниця потенціалів з різних боків мембрани фіксують певному рівні, у своїй мембранний потенціал можна східчасто змінять на суворо певну величину. Такий метод дозволяє виміряти іонні струми, які відбуваються крізь мембрану через канали, які активуються за зміни потенціалу. Відповідно до законом Ома, якщо напруга на мембрані постійно, зміни струму однозначно пов'язані зі змінами провідності. Натомість, ми можемо фіксувати мембранний потенціал на різних рівнях і вимірювати які під час цьому струми. Якщо ж використовувати розчини з различенным іонним складом, і препарати, вибірково блокуючі той чи інший канал, можна вивчатиме поведінку різноманітних іонних каналів, якими протікають обчислювані нами струми.  Вимірювання на цілій клітині при руйнуванні мембрани в кінчику мікропіпетки  дозволяє заміняти іонний склад цитоплазми і вивчати на діалізованих в такий спосіб клітинах іонні струми.[2,7]

4.4. Флуоресценція в біологічних дослідженнях

Флуоресценція знайшла широке застосування у різноманітних прикладних біологічних та біомедичних дослідженнях. Це фізичне явище, суть якого полягає в короткочасному поглинанні кванта світла флуорофором (речовиною, що здатна флуоресціювати) із наступною швидкою емісією іншого кванту, що має властивості, відмінні від вихідного. Багато напрямків у біофізиці, молекулярній та клітинній біології виникли та розвиваються саме завдяки впровадженню нових методів, що базуються на флуоресценції. Варто відзначити декілька прикладів.

Для біофізиків флуоресценція стала  швидким та чутливим методом дослідження  структури, динаміки та функцій біологічних  макромолекул — нуклеїнових кислот та білків.[5]

Метод секвенування ДНК за Сангером був значно вдосконалений у другій половині 1980-х років саме завдяки впровадженню флуоресцентної детекції. Важливим наслідком цього стала вища швидкість та надійність секвенування. Окрім цього метод було автоматизовано. Це відкрило технічну можливість проведення широкомасштабного (за масштабами того часу) секвенування та дозволило розпочати проект «Геном людини» на початку 1990-х років. Хоча секвенування за Сангером майже повністю вийшло з використання, флуоресценція продовжує використовуватись у методах секвенування ДНК наступних поколінь.

Флуоресценція дала новий поштовх  для розвитку клітинної біології. Завдяки конфокальній флуоресцентній мікроскопії та розробці нових флуоресцентних міток на базі зеленого флуоресцентного білка (GFP) та його аналогів з'явилась можливість отримувати специфічні контрастні забарвлення та робити фотознімки з високим розділенням багатьох внутрішньоклітинних білкових структур. Розробка нових флуоресцентних зондів — речовин що змінюють флуоресценцію коли до них приєднується певна молекула — дала можливість детально досліджувати хімічних склад живих клітин та навіть організмів, а також його зміни у часі і просторі, що поклало початок флуоресцентному молекулярному іміджингу (англ. molecular imaging).

Починаючи з середини XX-го століття, аналітичні методи, що базуються на флуоресценції, широко використовуються у клінічній хімії та молекулярній діагностиці. Зокрема були розроблені та впроваджені чутливі методи для  швидкого аналізу стероїдних гормонів, порфіринів, катехоламінів, метаболітів медичних препаратів та інших діагностично важливих хімічних речовин у сечі та плазмі крові. За допомогою імуноферментного аналізу (ELISA) із використанням флуорогенних субстратів проводять детекцію біомаркерів різних захворювань.

Активно розроблюються методи флуоресцентної діагностики in vivo. Зокрема створені флуоресцентні зонди, що селективно забарвлюють злоякісні утворення та допомагають виявляти їх під час ендоскопічного обстеження або томографії. Також на основі флуоресцентного забарвлення тканин були розроблені новітні методики проведення хірургічних операцій для видалення злоякісних пухлин (англ.: image-guided surgery). Перед операцією ракова пухлина селективно забарвлюється флуоресцентним барвником. Під час самої операції спеціальне обладнання реєструє флуоресцентний сигнал, дозволяючи хірургу більш точно розрізняти злоякісну та здорову тканину.[5, 12]

Окремою галуззю застосування флуоресценції  в біології є флуоресцентна мікроскопія — варіант оптичної мікроскопії, який базується на дослідженні флуоресцентних молекул в мікрооб'єктах. Цей метод набув широкого розповсюдження та розквіту наприкінці XX-го століття. На відміну від традиційної оптичної мікроскопії, в якій контрастне зображення створюється завдяки різному поглинанню світла окремими частинами клітини, у флуоресцентній мікроскопії контрастне зображення створюється завдяки флуоресценції певних молекул у зразку. Завдяки особливостям конструкції флуоресцентних мікроскопів збудне світло не попадає в об'єктив, що дає змогу отримувати яскраве контрастне зображення на темному фоні. Використання фотомультиплікаторів у якості детектору робить метод дуже чутливим. Сучасні методи забарвлення зразків, такі як імунофлуоресцентне фарбування, або введення у клітину флуоресцентних маркерних білків, дає змогу забарвлювати окремі елементи клітини із точністю, як неможлива при використанні класичних технік забарвлення мікроскопічних зразків. Більш того, на базі флуоресцентній мікроскопії створені новітні методи побудови та обробки зображення, які значно перевершують за просторовим розділенням традиційну оптичну мікроскопію.[7]

4.5. Спектральний  аналіз

Спектральний  аналіз — сукупність методів визначення складу (наприклад, хімічного) об'єкта, заснований на вивченні спектрів взаємодії матерії з випромінюванням: спектри електромагнітного випромінювання, радіації, акустичних хвиль, розподілу за масою та енергією елементарних частинок та інше. Спектральний аналіз ґрунтується на явищі дисперсії світла. Традиційно розмежовують:

• атомарний та молекулярний спектральний аналіз,
• «емісійний» — за спектром випромінення та «абсорбційний» — за спектром поглинання,
• «мас-спектрометричний» — за спектром мас атомарних чи молекулярних іонів. [9]

Спектральний аналіз можна  також використовувати для визначення констант дисоціації комплексів, - спостерігаючи  за зміною енергії ∆Е як функції  концентрації субстрату або ферменту.

Обмеженням методу при  вирішенні структурно-аналітичних  завдань є відхилення від закону Бугера- Ламберта- Бера внаслідок впливу природи розчинника на характер спектру  та фотохімічну ізомеризацію речовини. [10]

 

 

 

 

 

 

 

Висновок

При дії на живі організми  УФ-випромінювання поглинається вже  верхніми шарами тканин рослин або  шкіри людини і тварин. В основі біологічна дія випромінювання обумовлена хімічними змінами молекул біополімерів. Ці зміни викликаються як безпосереднім  поглинанням квантів випромінювання, так і (в меншій мірі) радикалами води (HO^-; H₃O⁺; H₂O₂^-2) та інших низькомолекулярних з'єднань, що утворюються при опромінюванні. В клітинах різних представників живої природи під дією УФВ відбуваються різні процеси.

На людину і тварин малі дози УФ-випромінювання впливають благотворно — сприяють утворенню вітамінів групи D, покращують імунобіологічні властивості організму. Характерною реакцією шкіри на УФ-випромінювання є специфічне почервоніння — еритема (максимальну еритемну дію має випромінювання з довжиною хвилі 296,7 нм та = 253,7 нм), яка звичайно переходить в захисну пігментацію — «засмагу». Великі дози УФ-випромінювання можуть викликати пошкодження очей (фотоофтальмію) і опік шкіри. Часті і надмірні дози в деяких випадках можуть зумовлювати канцерогенну дію на шкіру. [13]

У рослинах УФ-випромінювання змінює активність ферментів і гормонів, впливає на синтез пігментів, інтенсивність фотосинтезу і фотоперіодичної реакції. Не встановлено, чи корисні і чи тим більше необхідні для проростання насіння, розвитку паростків і нормальної життєдіяльності вищих рослин малі дози УФ-випромінювання. Великі ж дози, поза сумнівом, несприятливі для рослин, про що свідчать існуючі у них захисні пристосування (наприклад, накопичення певних пігментів, клітинні механізми відновлення від пошкоджень). Отже, слід усіляко намагатися зменшити вплив УФВ на біологічні системи.

 

 

Список використаної літератури

1. П.Г. Костюк, В.Л. Зима, І.С. Магура, М.С. Мірошниченко, М.Ф. Шуба 
   Біофізика / За редакцією П.Г. Костюка. — Київ: «Обереги», 2001. — 544 
   стр.
2. Биофизика: Учеб. для биол. спец. унив. Под ред. Б.Н. Торусова и О.Р. 
   Кольс. — М.:Высш.шк., 1998. — 467 стр.
3. Медицинская биофизика : Губанов Н.И., Утепбергенов А.А. Издательство: Медицина 1978— 335стр
4. Рубин А.Б. Биофизика: Учеб. пособие для биолог. и физиол. 
   факультетов университетов: В 2-х книгах. Кн.1. Теоретическая биофизика.— М.: Высшая школа, 1987. — 319 стр.
5. Вечканов Е.: Биофизика биополимеров: 2010 ---213стр.
6. А.А. Малахов Занимательно о геологии — Молодая гвардия, 1968
7. Бейкер А., Беттеридж Д. Фотоэлектронная спектроскопия. М., 1975. (рос.)
8. Рашковіч Л.М. Атомно-силова мікроскопія / / Соросівський освітній журнал, 2001, № 10, с. 102-108
9. Смит А., Прикладная ИК-спектроскопия, пер. с англ., М., 1982
10. Кузьмінський Є.В., Голуб Н.Б. Біофізика – підручник для студентів вищих навчальних закладів. – 2007. -421 стр
11. Миронов В.Л. Основи скануючої зондової мікроскопії. 2004. Світ.
12. Юденфренд С., Флуоресцентный анализ в биологии и медицине, пер. с англ., М., 1965
13. Самойлова К. А. Действие ультрафиолетовой радиации на клетку, Л., 1967