Презентация на тему: Фотобиология

Фотобиология
Фотобиология
Фотобиология
Фотобиология
Фотобиология
Фотобиология
Фотобиология
Фотобиология
Фотобиология
Фотобиология
Фотобиология
Фотобиология
Фотобиология
Фотобиология
Фотобиология
Фотобиология
Фотобиология
Фотобиология
Фотобиология
Фотобиология
Фотобиология
Фотобиология
Фотобиология
Структура бактериородопсина и путь протона
Механизм перекачивания протонов за счет энергии света у H. halobium
Фотобиология
Фотобиология
Фотобиология
Фотобиология
Фотобиология
Фотобиология
Фотобиология
Фотоэнергетический процесс – фотосинтез
Фотобиология
Состав фотосинтетического аппарата
Хлорофилл – «электронный насос», который приводится в действие и регулируется Солнцем
Главные и вспомогательные фотопигменты
Фотобиология
Фотобиология
Фотобиология
Фотобиология
Фотобиология
Строение фотосистемы в тилакоидной мембране
Локализация ФС I и ФС II в тилакоидных мембранах
Фотобиология
Основной фотохимический процесс – это индуцированный светом перенос электронов
Фотобиология
Пути протонов и электронов в тилакоидной мембране
Фотобиология
Сравнение направления движения протонов по градиенту и ориентации АТФ-синтазного комплекса в митохондриях и хлоропластах
Фотофосфорилирование
Сравнение дыхания и фотосинтеза
Электронная схема жизни – это совокупность процессов фотосинтеза и клеточного дыхания, которые обеспечивают кругооборот электронов в биосфере
Фотобиология
Повреждающие и летальные реакции при действии света
Фотодеструктивные процессы
Фотобиология
3.Действие УФ-излучения на липиды и биологические мембраны.
Фотобиология
Фотобиология
Фотобиология
Фотобиология
Фотобиология
Фотобиология
Фотобиология
Фотобиология
Фотобиология
Фотобиология
Фотобиология
Фотобиология
1/70
Средняя оценка: 4.4/5 (всего оценок: 46)
Код скопирован в буфер обмена
Скачать (15694 Кб)
1

Первый слайд презентации: Фотобиология

ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии 1 Фотобиология

Изображение слайда
2

Слайд 2

ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии Биофизика зрительного восприятия 1877 г. - Франц Болл открыл зрительный пурпур – родопсин сетчатки глаза, наблюдая выцветание сетчатки лягушки при освещении. 1967 г. – Джордж Уолд - Нобелевская премия по физиологии и медицине « за открытия, связанные с первичными физиологическими и химическими зрительными процессами »

Изображение слайда
3

Слайд 3

ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии Механизм зрительного восприятия. Строение глаза.

Изображение слайда
4

Слайд 4

ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии Строение сетчатки и зрительной клетки-фоторецептора - палочки

Изображение слайда
5

Слайд 5

ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии Механизм зрительного восприятия. Строение палочки.

Изображение слайда
6

Слайд 6

ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии Механизм зрительного восприятия. Строение глаза и сетчатки.

Изображение слайда
7

Слайд 7

ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии

Изображение слайда
8

Слайд 8

ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии Пространственная структура зрительного родопсина

Изображение слайда
9

Слайд 9

ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии Лауреаты Нобелевской премии 2012 г. по химии «за раскрытие подробной схемы того, как работают рецепторы, связанные с G -белками ( GPCRs )» Роберт Лефковиц Брайан Кобилка

Изображение слайда
10

Слайд 10

«Мы ещё в начале пути», — сказал Кобилка. —  «В драг-дизайне давно уже используют модели, основанные на структуре родопсина, но необходимость в новых структурах GPCR-рецепторов просто огромна. Особенно это касается тех из них, для которых пытаются разработать новые лекарства». • Выявлено более 1000 генов человека, которые кодируют белки сем. GPCR (1-2% генома). • Около половины GPCR реагируют на запахи и являются частью обонятельной системы. • Одна треть – это рецепторы сигнальных соединений (дофамина, серотонина, простагландина, глюкагона, гистамина). • Около 40% лекарственных средств направлены на GPCR

Изображение слайда
11

Слайд 11

ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии 11 Механизм зрительного восприятия. Строение ретиналя. Помимо белковой части – опсина, молекула родопсина включает остаток 11-цис-ретиналя, связанный ковалентно с ε - аминогруппой остатка лизина. Родопсин обладает характерным спектром поглощения при 500 нм. Поглощение молекулой кванта света индуцирует изомеризацию 11-цис-ретиналя в полностью транс-форму. В результате изменяется геометрия ретиналя, а спустя 10 мс происходит аллостерический переход родопсина в его активную форму

Изображение слайда
12

Слайд 12

ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии

Изображение слайда
13

Слайд 13

ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии Цикл фотопревращений родопсина.

Изображение слайда
14

Слайд 14

ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии 14

Изображение слайда
15

Слайд 15

ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии 15 Схема активации зрительного каскада

Изображение слайда
16

Слайд 16

ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии

Изображение слайда
17

Слайд 17

ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии

Изображение слайда
18

Слайд 18

ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии

Изображение слайда
19

Слайд 19

ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии

Изображение слайда
20

Слайд 20

ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии

Изображение слайда
21

Слайд 21

ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии Пурпурная мембрана и бактериородопсин Светозависимый синтез АТФ в клетках H. halobium В 1971 году В. Стоккениус и Д. Остер-хельт выделили из галофильных бактерий Halobacterium halobium хромопротеид интенсивного пурпурного цвета. В качестве хромофорной части группы бактериородопсин содержит 13-цис и транс-ретиналь. Бактериородопсин выполняет роль светозависимого протонного насоса, создающего градиент ионов водорода, энергия которых используется для синтеза АТФ

Изображение слайда
22

Слайд 22

ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии Пруды на юге Мертвого моря с галобактериями

Изображение слайда
23

Слайд 23

ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии Бактериородопсин в мембране (а - вид вдоль мембраны, б - вид на мембрану сверху). Цилиндрами показаны семь спиралей этого белка. Показаны и соединяющие эти спирали петли, а также (голубым цветом) молекула ретиналя, прикрепленная внутри бактериородопсина.

Изображение слайда
24

Слайд 24: Структура бактериородопсина и путь протона

ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии Структура бактериородопсина и путь протона

Изображение слайда
25

Слайд 25: Механизм перекачивания протонов за счет энергии света у H. halobium

ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии Механизм перекачивания протонов за счет энергии света у H. halobium

Изображение слайда
26

Слайд 26

ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии Механизм перекачивания протонов за счет энергии света у H. halobium Протонная проводимость  осуществляется при содействии прикрепленной внутри пучка спиралей молекулы кофактора — ретиналя. Он перекрывает центральный канал бактериородопсина. Поглотив фотон, ретиналь переходит из полностью-транс в 13-цис форму. При этом он изгибается и переносит протон с одного конца семиспирального пучка на другой. А потом ретиналь разгибается и возвращается назад, но уже без протона.

Изображение слайда
27

Слайд 27

Изображение слайда
28

Слайд 28

ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии

Изображение слайда
29

Слайд 29

Изображение слайда
30

Слайд 30

Изображение слайда
31

Слайд 31

ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии

Изображение слайда
32

Слайд 32

ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии Технические приложения бактериородопсина (проекты): протонный транспорт: генерация АТФ в реакторах; опреснение морской воды; генерация электрической энергии из света; фотоэлектрические применения: ультрабыстрая световая детекция; искусственная сетчатка; детекция подвижности; фотохромные применения: хранение информации : 2D-носители; 3D-носители; голографические носители; различные применения: детекция радиации; биосенсорные приложения.

Изображение слайда
33

Слайд 33: Фотоэнергетический процесс – фотосинтез

Изображение слайда
34

Слайд 34

Изображение слайда
35

Слайд 35: Состав фотосинтетического аппарата

1) Светособирающие пигменты, поглощающие энергию света и передающие ее в РЦ фотосистем - ФС I и ФС II 2)Фотохимические реакционные центры (РЦ), где происходит трансформация электромагнитной энергии в химическую. Совокупность РЦ и светособирающих пигментов – фотосинтетическая единица (300 мол хлорофилла) 3)Фотосинтетические электрон-транспортные системы, обеспечивающие перенос электронов, сопряженный с транслокацией протонов, созданием ∆μ н+ и синтезом АТФ и НАДФН ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии

Изображение слайда
36

Слайд 36: Хлорофилл – «электронный насос», который приводится в действие и регулируется Солнцем

1 ) Цикличность в работе хлорофилла (донор ↔ акцептор) была открыта в 1948 г. акад. Красновским (реакция обратимого фотохимического восстановления хлорофилла) 2) Функциональный элемент тилакоидной мембраны – квантосома - ФС I + ФС II, которые сопряжены системой переноса электронов 3) Перенос протонов от Н 2 О до НАДФ + сопровождается транспортом 4 электронов против градиента редокс- потенциала от +0,81 В → -0,43 В, ∆ Е 0 ׀ = 1,24 В, что требует энергии квантов света. 4) Z- схема фотосинтеза описывает путь, по которому электроны от Н 2 О переходят к НАДФ +, согласно уравнению: 2 Н 2 О + 2НАДФ + + 8 фотонов → О 2 + 2НАДФН + 2Н + На каждый электрон, переходящий от Н 2 О к НАДФ поглощается 2 фотона, по одному на каждую фотосистему ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии

Изображение слайда
37

Слайд 37: Главные и вспомогательные фотопигменты

ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии 37 Главные и вспомогательные фотопигменты

Изображение слайда
38

Слайд 38

Изображение слайда
39

Слайд 39

Изображение слайда
40

Слайд 40

ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии

Изображение слайда
41

Слайд 41

ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии

Изображение слайда
42

Слайд 42

Изображение слайда
43

Слайд 43: Строение фотосистемы в тилакоидной мембране

ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии Строение фотосистемы в тилакоидной мембране

Изображение слайда
44

Слайд 44: Локализация ФС I и ФС II в тилакоидных мембранах

ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии

Изображение слайда
45

Слайд 45

ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии

Изображение слайда
46

Слайд 46: Основной фотохимический процесс – это индуцированный светом перенос электронов

ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии У растений фотосистема I направляет поток электронов от реакционного центра Р700 по цепи переносчиков к ферредоксину, который передает их на восстановление НАДФ + до НАДФН Реакционный центр Р680 фотосистемы II растений высвобождает богатые энергией электроны и передает их пластохинону. Возникшая в ФС II электронная "дырка" заполняется электроном от Н 2 О. Фотолиз воды высвобождает О 2. Восстановленный пластохинон переносит е− на цитохром b 6 f и затем на Р700, заполняя «дырку», образовавшуюся при потере е− в результате фотовозбуждения. 4) Поток электронов через фотосистемы I и II приводит к образованию НАДФН и АТФ ( 3:2 ). Циклический поток электронов приводит только к образованию АТФ.

Изображение слайда
47

Слайд 47

ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии

Изображение слайда
48

Слайд 48: Пути протонов и электронов в тилакоидной мембране

1) Индуцированный светом поток электронов направляется от Н 2 О через ФС II, промежуточную цепь переносчиков и ФС I к НАДФ +. 2) Перенос электронов через цепь переносчиков, связывающих ФС I и ФС II, вызывает перекачивание протонов внутрь тилакоида (люмен). 3)Возврат протонов Н + наружу в строму происходит через протонные каналы С F o АТФ-синтазы. С F 1 АТФ-синтаза катализирует синтез АТФ. ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии

Изображение слайда
49

Слайд 49

ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии Митохондрия Хлоропласт Схема расположения H - ATP -синтазных комплексов. В хлоропластах ( а) фактор сопряжения F1 ориентирован во внешнюю среду (строму), а в митохондриях ( б) обращён в сторону матрикса (внутренняя часть митохондрии)

Изображение слайда
50

Слайд 50: Сравнение направления движения протонов по градиенту и ориентации АТФ-синтазного комплекса в митохондриях и хлоропластах

ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии

Изображение слайда
51

Слайд 51: Фотофосфорилирование

ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии Фотофосфорилирование 1)Во время фотосинтеза происходят: а) реакции фотолиза воды и б) перенос электронов через цитохромный комплекс b 6 f. Оба эти процесса сопровождаются перекачиванием протонов через мембрану тилакоидов против градиента концентрации в люмен, где ∆рН=3,0. Протоны воды закачиваются в люмен (внутреннее пространство тилакоидов) с помощью кислород-образующего М n- содержащего белкового комплекса, который является протонным насосом, работающим за счет энергии переноса электронов. 2)Создаваемая при этом протон-движущая сила служит источником энергии для синтеза АТФ АТФ-синтазой. Это процесс фотофосфорилирования.

Изображение слайда
52

Слайд 52: Сравнение дыхания и фотосинтеза

Дыхание Фотосинтез хАДФ + хР н + ½ О 2 + Н + + НАДН → хАТФ + Н 2 О + НАД‾ 1) 2Н 2 О + 2НАДФ + + 8 фотонов + 3АДФ + 3Р н → О 2 + 2НАДФН + 2 Н + + 3АТФ 2) Экзергонический процесс : перенос е‾ идет по градиенту редокс-потенциала - от НАД + /НАДН ( Е о ׀ = -0,32 В) к О 2 / Н 2 О ( Е о ׀ = +0,82 В), ∆ Е о ׀ = 1,14 В 2 ) Эндергонический процесс : перенос е‾ идет против градиента редокс-потенциала – от Н 2 О ( Е о ׀ = +0,81 В) к НАДФ + /НАДФН ( Е о ׀ = -0,43 В), ∆ Е о ׀ = 1,24 В и требует энергии фотонов 3)Проходит в митохондриях 4) АТР-синтасома → АТР-синтаза + аденин-нуклеотидтранслоказа + фосфаттранслоказа 3)Проходит в тилакоидах 4) Квантосома → ФС I + ФС II 5) ∆ μ н + создается между межмембранным пространством митохондрий и матриксом 5 ) ∆ μ н + между люменом тилакоида и стромой 6) Фактор F 1 АТР-синтазы обращен в матрикс, катализирует окислительное фосфорилирование 6) ) Фактор С F 1 АТР-синтазы обращен в строму, катализирует фотофосфорилирование

Изображение слайда
53

Слайд 53: Электронная схема жизни – это совокупность процессов фотосинтеза и клеточного дыхания, которые обеспечивают кругооборот электронов в биосфере

ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии

Изображение слайда
54

Слайд 54

ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии Электроны воды «оживляются» в процессе фотосинтеза, пополняя электронный фонд хлорофилла Р 680 по мере потери им своих π -электронов под действием Солнца, а клеточное дыхание снова порождает воду, электроны которой не способны придать ей химическую активность в организме животных и человека. Этот кругооборот электронов называют «электронным чертовым колесом биосферы»: от воды к жизни через фотосинтез и обратно к воде через клеточное дыхание. Крутит это электронное колесо биосферы Солнце.

Изображение слайда
55

Слайд 55: Повреждающие и летальные реакции при действии света

Гибель организма при УФ-излучении. В случае микроорганизмов различают бактериостатический (клетки живут, но не размножаются) и бактерицидный (клетки гибнут) эффекты. Мутагенные, канцерогенные эффекты, эритемное действие на кожу. Фотодинамический эффект – сенсибилизация организма к действию видимого света в присутствии фотосенсибилизатора (красителя, пигмента) и кислорода. Данный эффект был открыт О. Раабом и Х. фон Таппайнером в в 1888 г. Суть открытия : когда интенсивность света в поле микроскопа была достаточно большой, окрашенные акридином или другими флуоресцирующими красителями клетки парамеции прекращали движение и погибали, причем спектр действия этого эффекта соответствует спектрам поглощения красителей. ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии

Изображение слайда
56

Слайд 56: Фотодеструктивные процессы

1.Действие УФ-излучения на белковые системы 1) Фотоионизация ароматических аминокислот с образованием катион-радикала и сольватированного электрона. При распаде катион-радикала возникает нейтральный радикал. АН + h ν = АН * = AH +• + e solv AH +• = A • + H + 2) Фотолиз цистина с разрывом S-S связей и возникновение радикала цистеина – тиильного радикала ( CS• ) 2.Действие УФ-излучения на нуклеиновые кислоты 1) Образование фотодимеров тимина, урацила, цитозина и смешанных димеров. 2) Реакция гидратации урацила и цитозина. 3) Разрывы полинуклеотидной цепи ДНК. 4) Образование внутримолекулярных ковалентных сшивок между двумя комплементарными цепями ДНК в растворе. 5) Фотоденатурация ДНК. 6) Индукция сшивок нуклеиновая кислота-белок в составе РНП и ДНП. ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии

Изображение слайда
57

Слайд 57

ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии

Изображение слайда
58

Слайд 58: 3.Действие УФ-излучения на липиды и биологические мембраны

1) Перекисное фотоокисление липидов (индуктор – синглетный кислород ) 2) Повышение проницаемости биомембран для различных веществ, и прежде всего для ионов. ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии

Изображение слайда
59

Слайд 59

Роль синглетного кислорода 1 О 2 1. Важный путь образования 1 О 2 – фотодинамические реакции с участием пигментов - сенсибилизаторов. Токсичность пигментов и красителей, которая появляется на свету и в присутствии кислорода, называется фотодинамическим действием. 2.Вызывает развитие фотодинамических болезней человека, животных, растений (гиперицизм, фагопиризм, порфирии, церкоспороз). 3.Создание новых медицинских технологий - фотодинамическая терапия рака (Т.Догерти, 1970); внутривенное лазерное облучение крови (ВЛОК). Фотосенсибилизаторы - это вещества, которые способны "усиливать" действие света за счет передачи его энергии другим веществам и тем самым запускать цепь различных физических и химических процессов.

Изображение слайда
60

Слайд 60

Фотодинамические болезни 1. Порфирии – клинические расстройства, связанные с нарушениями в синтезе гема, что приводит к появлению необычно большого количества фотосенсибилизаторов - порфиринов в крови, тканях и моче. Важнейшие симптомы: сверхчувствительность кожи к свету - эритемы, язвы, желудочно-кишечные расстройства, боли, онемения мускулов. Некоторые формы порфирии поражают ЦНС (недостаток производного порфирина витамина В 12 ), диапазон проявлений: от раздражительности и мрачности до полной психической ненормальности.

Изображение слайда
61

Слайд 61

ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии По мнению доктора Дэвида Долфина, известного специалиста по порфирии, люди, которых в Средние века считали вампирами или оборотнями, могли страдать именно эти редким заболеванием. Д. Долфин утверждает, что на больного отрицательно влияет даже слабый солнечный свет. Повреждения кожи бывают такими серьезными, что нос или пальцы могут полностью разрушиться. Губы и десны могут значительно уменьшиться при сохранении нормальных размеров зубов — в результате получается подобие звериной челюсти с клыками. К тому же у больных порфирией бывает усиленный рост волос. Д. Долфин пишет: …попробуйте представить, как в Средние века воспринимали того, кто выходил на улицу только по ночам, а вид его напоминал звериный — повышенная волосатость, крупные зубы, обезображенное лицо. Предполагается (и это более чем вероятно), что таких людей вполне могли считать вампирами и оборотнями. Д. Долфин предполагает, что эти люди были жертвами порфирии и «стремились ослабить симптомы своей страшной болезни». Больные порфирией отчаянно желали достать кровь, поскольку из-за нехватки гемоглобина наступала смерть. Хотя эффект от гемоглобина, попадающего в организм, чрезвычайно мал, т.к. он расщепляется в желудочно-кишечном тракте, но гем, в принципе, может использоваться для синтеза собственного гемоглобина.

Изображение слайда
62

Слайд 62

протопорфирин Порфирины  (ПФ)— самые распространенные пигменты в природе. К ним относятся хлорофиллы, гем, ПФ входят в состав цитохромов и других ферментов

Изображение слайда
63

Слайд 63

Зверобой содержит гиперицин - вещество, повышающее чувствительность кожи к видимому свету и ультрафиолетовым лучам, вызывает заболевание животных гиперицизм

Изображение слайда
64

Слайд 64

Фагопирин Гречиха содержит фагопирин - пигмент, повышающий чувствительность кожи к видимому свету и ультрафиолетовым лучам, вызывает заболевание животных фагопиризм

Изображение слайда
65

Слайд 65

Церкоспороз листьев (сероватая пятнистость) – поражение растения грибром р. Cercospora ( содержит белок церкоспорин, запускающий реакцию фотосенсибилизации и образование АФК).

Изображение слайда
66

Слайд 66

Фотодинамическая терапия (ФДТ) – новый способ лечения некоторых видов рака - активно развивается во многих странах мира Принцип метода : опухолевые клетки разрушаются под действием активных форм кислорода, которые образуются в фотохимической реакции фотосенсибилизации. Необходимые условия ФДТ : свет определенной длины волны, Фотосенсибилизатор (ФС), избирательно накапливающийся в опухолевых клетках, кислород. ФС переносит энергию света на кислород, благодаря чему последний переходит в возбужденное синглетное с остояние и вызывает разрушение опухолевых клеток.

Изображение слайда
67

Слайд 67

Основные этапы фотодинамической терапии рака.

Изображение слайда
68

Слайд 68

ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии

Изображение слайда
69

Слайд 69

ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии

Изображение слайда
70

Последний слайд презентации: Фотобиология

ФГОУ ВПО ЮФУ каф. биохимии и микробиологии Механизм зрительного восприятия. Строение глаза.

Изображение слайда