Э.С.Бауэрдің термодинамикаылық концепциясын түсіндіріңіз.

Тірі жүйелер қалыпты жағдайда термодинамикалық тепе- теңдікке қарама- қарсы жұмыс жасайды. Ол дегеніміз – 1-ші тірі жүйе қоршап тұрған ортамен затымен де алмаспайды. Осы термоиднамикалық тепе – теңдікке сырттан ешкандай көмек алмайды. Осы жағдайда бұл жүйенің бос қуаты, жұмыс жасайтын қабілеті 0 ге тең болады. Энторпиясы максимум, градиенті болмайды, тұрақты стационарлық күйде тірі жануар сырттан dF алу керек. Мысалы керосинкалы шырак ол жағдайда затпен алмасады.

23 Люминесценция және оның түрлеріне қысқаша сипаттама беріңіз

Люминесценция (лат. lumen — жарық, escent — әлсіз) — табиғатта кездесетін кейбір заттардың сыртқы факторлар себебінен сәуле шығару құбылысы. Қысымы азайған заттардан электр тоғы өткенде немесе кейбір заттарға электрондық сәуле түскенде олардың сәуле шығару құбылысы катодолюминесценция деп аталады. Бұлардың біріншісі "күндізгі жарық" шамдарында пайдаланылса, екіншісі теледидар экранында бейнесигналды жарық сигналына өзгерту үшін пайдаланылады.^[1]

Электролюминесценцияны газдардағы разряд кезінде бақылауға болады. Хемилюминесценция заттарда кейбір химиялық реакциялардың жүру барысында, мысалы, тотығу процесі кезінде байқалады. Оның жарықтылығы тәжірибе жүргізіліп отырғантемпературадағы жылулық жарық шығарудың жарықтылығынан бірнеше ондаған есе көп болуы мүмкін.

Фотолюминесценция көрінетін немесе ультракүлгін электромагниттік сәулеленудің әсерінен байқалады. Оны зерттей отырып, 1852 жылы Д. Стокс люминесценциялық сәулеленудің толқын ұзындығы әрқашан оны тудырған жарық толқынының ұзындығынан артық болатынын тағайындады. Бұл Стокс ережесі деп аталады, оны энергияның сақталу заңы мен кванттық теория тұрғысынан оңай түсіндіруге болады. Түскен жарық квантының энергиясы фотолюминесценциямен қоса басқа да оптикалық емес процестерге (мысалы, ортаны қыздыруға) жұмсалады:

hυ =Е + hυ

Бұдан hυ>hυ_люм немесе λ<λ_люм, яғни Стокс ережесі шығады. Кейбір жағдайда Стокс ережесі бұзылып, фотолюминесценттік жарықтың толқын ұзындығы оны тудырған жарықтың толқын ұзындығынан аз болады. Мұны антикстік сәулелену дейді. Бұл сәулелену кезінде қоздырушы сәулелену квантының hυ энергиясына люминесценцияланатын зат атомдарының жылулыққозғалыс энергиясы қосылады υ_люм>υ болады.

Табиғатта люминесценцияны кейбір жәндіктердің түнде жарқырауы, шіріген ағаштардың, минералдардың жарық шығаруы, солтүстік шұғыла (полюстік шұғыла) құбылыстарында бақылауға болады.

Зат кұрамының люминесценттік анализін жасау тәсілі люминесценция құбылысына негізделген. Бұл — дәлдігі өте жоғарғы тәсіл. Люминесценцияның спектрлік сызықтарының интенсивтігі бойынша зерттеліп отырған 1 г заттың құрамындағы 10⁻¹¹ г қоспаны айыруға болады.

Химиялық люминесценттік сапалық зерделеу тәсілі арқылы қоспаның құрамындағы заттарды анықтайды.

Люминесценттік жарқырау сипаты бірдей болып көрінетін нәрселерді бір-бірінен айырып алуға мүмкіндік береді. Бұл — іріктеу люминисценттік анализ тәсілі. Осы тәсілмен медицинада аурудың диагнозын қояды. Ал ауыл шаруашылығында тұқымның сапасын зерттейді, сол сияқты мұнайдың құрамын анықтап, алмаздарды іріктейді.^[2]

 

 

24 Фотофизикалық және фотобиологиялық реакцияларға мысалдар келтіріңіз ұқсастықтары мен айырмашылықтары неде?

Жарықтың затпен әсерлесуі нәтижесінде жүретін процестердің барлығын фотофизикалық процестер деп атайды. Мысалы: фотоқозу, жарық шығару, фотодиссоциация, фотоионизация, қозу энергиясын донордан акцепторға беру, сөну және т.б. Фотобиологиялық реакциялар – жарық әсерінен биожүйелерде пайда болатын реакциялар. Фотобиологиялық процестер Жарық квантын жұту арқылы, Фотосинтез Фоторецеп- торлы реакциялар, Жарық квантын шығару арқылы, Биолюмине- сценция,Хемилюми- несценция жүреді. Фотобиологиялық реакциялар бірнеше кезеңдермен жүзеге асады. Фотобиологиялық реакциялардың көпшілігі биомолекулалардың жарық квантын жұтудан басталып, қандай да бір биологиялық әсермен (эффект) аяқталады.

 

25 Жарық дегеніміз не? Жарықтың биологиялық әсерін түсіндіріп беріңіз

Жарық – қуаттың бір түрі. Осының арқасында тірі жаратылыстардың барлығы, оның ішінде адам баласы да айналасындағы әлемді көре алады. Жарықтың өзі көзге көрінбейді,алайда өзі басқа заттардың барлығына көруіне себепші болады. Ол түзу сызық бойымен қозғалады, жолында мөлдір емес зат кездессе, сол заттың көлеңкесі пайда болады. Көлеңке дегеніміз - жарық көзіне қарама-қарсы жақта пайда болатын қараңғы аймақ.

1. тар мағынада – көрінетін сәуле, яғни жиілігі 7,5 •1014 – 4,0 • 1014Гц аралығындағы адам көзі қабылдайтын электрмагниттік толқын;

2. кең мағынасында — қабылданатын сәулемен бірге спектрдің ультракүлгін және инфрақызыл аймағындағы сәулелерді де қамтитын оптикалық сәуленің синоним

Жарықтың биологиялық әсері

 

Фотобиологиялық процесстерге биологиялық маңызды қосылымдардың жарықты жұтуынан басталатын және физиологиялық реакциямен аяқталатын процесстер жатады.
Жарықтын әсерінен қозған молекуланың реакциялық қабілеттігіне бірқатар факторлар әсерлерін тигізеді. Реакцияға түсу қабілеті қозған электронның энергетикалық деңгейінің қалпына тәуелді. Бұл деңгей энергетикалық тосқауылдан өтуді қамтамасыз етеді. Фотосинтез – жоғары сатыдағы жасыл өсімдіктердің, балдырлардың, фотосинтездеуші хлорофилл және басқа дафотосинтездік пигменттер арқылы күн сәулесі энергиясын сіңіруі нәтижесінде қарапайым қосылыстардан (көмірқышқыл газы, су) өздерінің және басқа организмдердің тіршілігіне қажетті күрделі органикалық заттар түзуі. Фотосинтез нәтижесінде жер жүзіндегі өсімдіктер жыл сайын 100 млрд т-дан астам органикалық заттар түзеді (мұның жартысынан көбін теңіз, мұхит өсімдіктері түзеді) және бұлкезде олар 200 млрд-тай СО2 сіңіреді, оттегін бөледі.
Фотосинтезді алғаш зерттеушілер Швейцария ғалымдары Ж.Сенебье, Н.Соссюр және неміс химигі Ю.Майер болды. Бірақ тек қана фотосинтез кезінде жарық сәулелердің энергиясы өнімдердің (глюкоза) химиялық байланыстарының энергиясы түрінде жинақталады, өйткені бастапқы заттармен (СО2 және Н2О) салыстырғанда олардың еркін энергиясының қоры молдау болады.
Барлық белгілі фотобиологиялық процесстер екі топқа бөлінеді: негативті (деструктивтік) және позитивтік (реттеуші) фотобиологиялық процесстер.
Негативті фотобиологиялық процесстердің ағзадағы екі түрі болады: фототоксикалық және фотоаллергиялық.
Фототоксикалық эффекттерге аллергиялық реакциялармен қатар жүрмейтін, терінің не көздің зақымданулары жатады.
Позитивті фотобиологиялық эффекттерге көру қабілеті, фотопериодизм (тәулік және жыл ішіндегі тіршілік циклдерін жарық-қараңғы фазаларының ауысуы арқылы реттеу). Адам мен сүтқоректі жануарларда фотопериодизмнің рецептор көздері бар, кейбір құстарда - гипоталамус, балықтарда - эпифиз, жәндіктерде - ми.
Позитивті фотобиологиялық процесстердің ағзадағы болатын түрлері:
Позитивті фотобиологиялық эффекттерге көру қабілеті жатады.
Фотопериодизм – (тәулік және жыл ішіндегі тіршілік циклдерін жарық-қараңғы фазаларының ауысуы арқылы реттеу). Адам мен сүтқоректі жануарларда фотопериодизмнің рецептор көздері бар, кейбір құстарда - гипоталамус, балықтарда - эпифиз, жәндіктерде - ми.
Тағы бір позитивті механизм – ультракүлгін әсерінен провитаминдерден Д витаминнің құрылуы.
Меланоциттер (меланоциты); (melanocyte, грек, melanos — қара, kytos - жасуша) — тері эпидермисінің негіздік (базальды) қабатында орналасқан өсінділі торшалар. Меланоциттер бояғыш зат — меланин пигментін бөліп шығарады. Ол адам терісінде қорғаныш қабатын түзеді.
Әр түрлі толқынды жарық сәулелерінің әсер ету сипаттамалары ерекше. Адамға көбінесе жарық аймағының үлкен жиынтығы өз әсерін тигізеді

26.фотобиологиялық-физиологиялық және деструктивті-модификациялаушы фотобиологиялық реакцияларға анықтама беріп, мысал келтіріңіз: Фотобиологиялық процесстерге биологиялық маңызды қосылымдардың жарықты жұтуынан басталатын және физиологиялық реакциямен аяқталатын процесстер жатады.

Күрделігі әр түрлі биологиялық жүйелерге жарықтың әсерінің механизмдері мен заңдылықтары зерттейтін биология ғылымының саласын кванттық биофизика немесе фотобиология деп атайды

Фотобиология дегеніміз — әр түрлі биологиялық жүйелерге жарықтың әсерін зерттейтін ғылым. Бүгінде ол бірнеше салаларға бөлінеді: фотосинтез, фотоморфогенез, фотопериодизм, көру қабілеті және т.б.

Боялған заттың қабатынан өтетін жарықтың бір бөлігі шағылысады, бір бөлігі жұтылады және бір бөлігі зат қабатынан өтеді. Жұтатын ерітіндіден өткен түсірілген жарық ағынының қарқындылығы төмендегідей ажыратылады:

I₀= I_p+ I_n+ I_t+ I_от

мұнда, I_p – шашыраңқы жарық (дисперсті жүйелер кезінде);

I_n – боялған заттың жұтқан жарық ағыны;

I_t – зат қабатынан өткен жарық ағыны;

I_от – шағылысқан жарық.

Әртүрлі ерітінділердің жарықты жұтуын салыстырмалы өлшегенде бірдей кюветаны қолданады, оның жарық ағынының шағылысқан бөілігіне қарқындылығы тұрақты және төмен, ерітіндінің өзімен жұмыс жасағанда шашыраудың салдарынан жарықты жоғалтуы аса байқалмайды. Жарық қарқындылығының төмендеуі боялған заттың I_n– жарық энергиясын жұтуынан (абсорбция) жүреді.

Жарықтың жұтуы зерттелетін объекттен өткен жарық ағынының әлсіреуімен байқалады. Зат концентрациясы (с, моль×л^-1), ерітіндінің қалыңдығы (1 см), заттың жұту қабілеті жоғарылаған сайын жарық ағыны әлсірейді. Монохроматты жарықтағы бұл заңдылық Бугер-Ламберт-Бер заңымен анықталады:

D = lg = e × c × l

мұнда, D –үлгінің оптикалық тығыздығы, I₀ – және I –түсірілген және өткен жарық қарқындылығы, e –жұтудың молярлық коэффициенті (л × моль^-1 × см^-1). Егер ондық логарифмді натурал санға өзгертіп және 1 см³ аудандағы молекула санымен өрнектесек, онда e орнына жұтудың көлденең кескіні s (см²) қолданылады, оның e-мен байланысы: s = 3,8×10^-21 e. Физикалық мәнінде s — молекуланың тиімді кескіні, ол жерде берілген толқын ұзындығының фотоны жұтылады.

· Функциональды – физиологиялық реакциялар – табиғи функциялар орындалу үшін қажет өнімдер тек жарық арқылы пайда болған реакциялар.Ол энегетикалық, биосинтетикалық және информациялық болып бөлінеді. Энегетикалық процесстерге фотосинтез, жылу, фотофорилдеу жатады.

· Фотосинтез дегеніміз күн энергиясы әсерінен өсімдіктердің органикалық заттар түзуі. Энергетикалық процестер фотоситездің жарық фазасында жүреді. Жарық кванты хлоропласта орналасқан хлорофилл пигменті арқылы қабылданады. Жарық кванты мен хлорофилдер әрекеттескенде, электрондар пайда болады.Ал биосинтетикалық процесстерге хлорофилл мен Д витаминінің синтезі жатады.Витамин Д-нің синтезделуі үшін организмде провитамин Д болуы керек. Күн энергиясы арқылы провитамин Д витамин Д-ға айналады.Хлорофилл синтезі де солай, синтез жүру үшін клеткада профлорофилл болуы шарт. Информациялық процесс кезінде сәуле маманданған фотоөнімдер арқылы өтіп тигерленеді.Соның нәтежиесінде организм қоршаған орта тулалы қажетті ақпаратты алады. Ондай реакцияларға жататындар: көру қабілеті, фототропизм, фототаксис, морфогенез, фотопериодизм. Фототропизм – өсімдік жапырақтарының немесе басқа бөліктерінің күн сәулесіне қарай бұрылып өсуі.Фототаксис– организмдердің күн сәулесіне қарай қозғалуы.Фотопериодизм жарықтың маусымдық немесе жылдық ырғақтылығы. Осыған байланысты жануарлар түлеп немесе қысқы ұйқы уақыты келгенін біледі, немесе т.б.

 

· Деструктивті-модификациялық фотобиологиялық реакцияларда жарық биосубстраттың дайын молекулаларды бұзып, әрі қарай қалыпты емес химиялық өзгерістерді тудырады.Соңғы биологиялық эффект бастапқы молекулалардың бұзылуымен байланысты болуы мүмкін, сонымен қатар пайда болған фотохимиялық өнімдермен де байланысты болуы мүмкін.Осы фотохимиялық өнімдер тек таксиндер емес, стимулятор немесе модификатор бола береді.Сондықтан осындай әсерлердің негізгі нәтежиесі зақым немесе өлім болғанымен, тірлік процесстердің тіпті стимулияция немесе модификация болуы мүмкін. Бұл фотобиологиялық реакцияларды көбіне ултракүлгін жарық тудырады. Деструктивті-модификациялық фотобиологиялық реакциялар 3-ке бөлінеді: летальдық, мутациялық және патофизиологиялық реакциялар.

· Летальдық реакциялар негізінен ултракүлгін сәуле әсерінен организмді өлімге әкелетін реакциялар. Организмнің өлуі көбіне ДНҚ молекуларының фотохимиялық зақымдануынан басталады. Кей бактериялар летальдық реакциялар кезінде өлмей, тек көбею қабілетінен айырылуы мүмкін.Бұл реакцияға мысал ретінде терінің қатерлі ісігіін айтуға болады. Ол сәуле әсерінін тері клеткаларында пайда болады, және бірнеше жылдардан кейінде өзінің кері әсерін тудырады. Мутациялық реакциялар табиғаты жағынан летальдық реакцияларға жақын болып келеді. Ултракүлгін сәуле әсерінен организмнің мутант формалары пайда болады. Патофизиологиялық реакциялар организмдегі метобализмнің және клетканың қалыпты жағдайының уақытша бұзылуын тудырады. Бұл реакция әсері сәуленің организмдегі липид, көмірсу, нуклеин қышқылдарында жұтылуымен басталады.Патофизиологиялық реакцияларға терінің эритема, эдема, фотоаллергия, карцерогенез аурулары жатады.

· Функциональды – физиологиялық процесстер – табиғи функциялар орындалу үшін қажет өнімдер тек жарық арқылы пайда болған реакциялар.Ол энегетикалық, биосинтетикалық және информациялық болып бөлінеді. Функциональды – физиологиялық процесстерге фотосинтез, витамин Д синтезі, фототаксис, фототропизм, периодизм және т.б. жатады.

27.фотобиологиялық реакциялардың негізгі кезеңдерін сипаттаңыз:

Фотобиологиялық процесстерге биологиялық маңызды қосылымдардың жарықты жұтуынан басталатын және физиологиялық реакциямен аяқталатын процесстер жатады.

Барлық фотобиологиялық процесстерде жарықтың энергиясы химиялық түрлендірулердің активациялық тосқауылдарынан өту үшін қолданылады. Жарықтын әсерінен қозған молекуланың реакциялық қабілеттігіне бірқатар факторлар әсерлерін тигізеді. Реакцияға түсу қабілеті қозған электронның энергетикалық деңгейінің қалпына тәуелді.Бұл деңгей энергетикалық тосқауылдан өтуді қамтамасыз етеді. (1 сурет).

Фотобиологиялық процесстердегі айналымдардың тізбегі: хромофорлық топпен жарықты жұту және электрқозған қалыптардың пайда болуы – электронды қозудың энергиясының миграциясы ® бірінші фотофизикалық акт және бірінші фотоөнімдердің құрылуы – аралық кезеңдер ® бірінші тұрақты химиялық өнімдердің құрылуы ® физиологиялық-биохимиялық процесстер ® ақырғы фотобиологиялық өнім.

Барлық белгілі фотобиологиялық процесстер екі топқа бөлінеді: негативті (деструктивтік) және позитивтік (реттеуші) фотобиологиялық процесстер.

Негативті фотобиологиялық процесстердің ағзадағы екі түрі болады: фототоксикалық және фотоаллергиялық.

Фототоксикалық эффекттерге аллергиялық реакциялармен қатар жүрмейтін, терінің не көздің зақымданулары жатады. Олардың клиникасынка эритема, эдема, пигментация, көз жанарының бұлдырауы және т.б.жатады.