Біолюмінесценція - студопедія

Біохемілюмінесценції можна поділити на біолюмінесценцію і на надслабку світіння живих тканин.

Біолюмінесценція є світіння у видимій області оптичного спектру, властиве деяким живим організмам, що випускається зазвичай спеціалізованими органами. Цьому виду люмінесценції характерна висока ефективність перетворення хімічної енергії в світлову. Механізм біолюмінесценції дуже складний і вивчений ще недостатньо. Ясно, однак, що він визначається реакціями окислення. Зв'язок біолюмінесценції з окисленням була показана ще Р. Бойл в XVIII в. помістив шматок світиться гнилого пня під ковпак повітряного насоса. При відкачуванні повітря світіння припинялося, але відновлювалося після впускання під ковпак повітря.

В організмах багатьох живих істот відбувається ферментативне окислення багатьох воднем органічних сполук люціферіноз (грец. Люцифер - світлоносний). Ферменти, що каталізують окислення, називаються люціферази. Швидкість окислення і світіння окремо взятого люциферина невеликі, але під дією люціферази інтенсивність люмінесценції підвищується в деяких випадках до 10 000 разів. Іноді для виникнення біолюмінесценції необхідна присутність ще одного компонента, а саме молекул АТФ. Досить 10 -9 г цієї речовини в розчині люциферина з люціферази, щоб виник спалах світіння. У деяких випадках, однак, можливо світіння і без участі ферментів. Наприклад, у медузи світіння виникає при контакті особливого білка екваріна з іонами кальцію.

Біолюмінесценція властива найрізноманітнішим видам живих істот - бактерій, комах, риб, молюсків. Всього налічують близько 250 видів живих організмів, в тій чи іншій мірі створюють світіння. Деякі з них використовують світіння для приманювання жертв на полюванні (глибоководні риби), інші для відлякування хижаків (світляки, глибоководні креветки). Світіння буває іноді досить інтенсивним; у деяких світляків на початку спалаху сила світла від одного комахи досягає 0,02 кд. Відомий випадок, коли під час війни в Південній Америці в кінці минулого століття хірурги оперували в польових умовах ночами при світлі банок, наповнених тропічними світляками. Однак у багатьох тварин світіння, мабуть, не пов'язане з будь-якими корисними для них функціями. У всякому разі, ми про них поки що не знаємо. Таке, наприклад, світіння кільчастих хробаків, дрібних ракоподібних і світяться бактерій, скупчення яких у величезних кількостях викликають «світіння моря».

Надслабку світіння (ССС) рослинних і тваринних тканин є світіння надзвичайно низької інтенсивності (10-100 фотонів на 1 см 2 поверхні тканини), яке можна реєструвати лише фотоелектронними умножителями (ФЕУ), що мають коефіцієнт посилення 10 5 -10 9. Існування цього світіння було доведено в 1959 р Ю.А.Владіміровим і надалі досліджено Б. Н. Тарусовим, А. І. Журавльовим і ін. Максимуми його інтенсивності припадають на видимий і інфрачервоний ділянки спектра (від 360 до 800 нм). ССС, на відміну від біолюмінесценції, обумовлена ​​неферментативними процесами і супроводжує ланцюгову реакцію окислення ліпідних структур клітини з утворенням перекисних радикалів. Ця реакція могла б наростати лавиноподібно, проте в такому випадку всі клітинні ліпіди рано чи пізно були б знищені. Тому до складу всіх жирів живих тканин входять антиоксиданти (токоферол і ін.), Які нейтралізують виникають при окисленні ліпідів радикали і постійно утримують процеси окислення, а значить, і кількість що випускається при цьому світла на стабільному рівні.

Само по собі ССС не робить прямого впливу на швидкість клітинного ділення, але оскільки інтенсивність світіння пов'язана з процесами, що відбуваються в клітинних мембранах. і з утворенням вільних радикалів, що роблять істотний вплив на всі системи і структури клітини і, отже, на швидкість клітинного ділення, то інтенсивність ССС дає додаткову інформацію про первинних фізико-хімічні явища в живому організмі на клітинному рівні, що особливо важливо для діагностики ряду захворювань . Як було показано А. І. Журавльовим і ін. В 1975 р ССС може бути використано в діагностичних цілях, так як інтенсивність світіння сироватки крові змінюється при злоякісних новоутвореннях, отруєннях, запальних процесах. Наприклад, в початковій стадії росту злоякісної пухлини в ній збільшується концентрація антиоксидантів, які приносять кров з інших тканин. Підвищення концентрації антиокислювачів, мабуть, призводить до зниження інтенсивності світіння сироватки крові. Навпаки, при розпаді пухлини концентрація антиоксидантів в сироватці зменшується і інтенсивність світіння зростає.

Таким чином, надслабку світіння, тобто метаболічна люмінесценція, являє собою характерну ознаку живого організму. Що стосується ферментативної біолюмінесценції, то вона властива лише деяким представникам тваринного світу та її фізіологічна роль у багатьох випадках неясна. Існує припущення, що вона виникла на ранній стадії розвитку життя на Землі. Перші живі істоти на земній суші були, очевидно, анаеробними, так як первинна атмосфера нашої планети не містила кисню, який з'явився пізніше в результаті діяльності зелених рослин. У міру накопичення кисню в атмосфері з жили тоді істот виживали лише ті, які виробляли якісь способи видалення кисню з свого організму, а це було можливо, наприклад, шляхом зв'язування кисню виробляють людські для цієї мети органічними сполуками, віддавали надлишкову енергію у вигляді світла. Таким чином, можна припустити, що біолюмінесценція є рудиментарні явище, яке втратило в наш час біологічне значення і лише у деяких живих істот знайшло нове застосування (для полювання, маскування та ін.).