Глава2 Механизм цепной реакции

Фотохимическая реакция является начальным фактором цепной реакции, состоящей из 3 основных стадий: зарождения, роста и обрыва цепи.

Боденштейн предложил механизм цепной реакции, при котором фотохимическая реакция является начальным звеном, а далее не играет никакой роли. Чтобы понять, как протекают фотобиологические процессы, рассмотрим механизм цепной реакции на примере реакции образования хлороводорода.

Сl₂+hν=>2Cl;

Cl*+H₂=>HCl+H*;

H* + Cl₂ =>HCl + Сl*…

Вторая стадия – рост цепи – может носить простой и разветвленный характер(реакция H₂ + Cl₂ простая)

В случае разветвленной цепной реакции на каждый исчезающий центр приходится несколько новых.

Третья стадия – это процесс гибели (обрыв цепи) активных частиц.

Причины обрыва цепи могут быть следующими:

• добавление инертного газа;

• взаимодействие активных частиц со стенками сосуда;

• образование неустойчивых соединений (тетраокиси металлов).

Важно отметить, что цепные реакции отличаются большим квантовым выходом.

Глава3 Фотохимические реакции в организме человека. Фотобиология.

Фотобиоло́гия — наука о биологических процессах, инициированных в живых системах действием света, поглощённым одним или несколькими хромофорами (фоторецепторами) этих систем.

В основе фотобиологии лежат теоретические представления о физико-химических свойствах биологических молекул и сложных биологических структур, полученные из экспериментальных результатов при изучении фотофизических и фотохимических свойств простых и сложных органических молекул, красителей, природных и синтетических пигментов. Свет инициирует различные фотопроцессы в растворах, суспензиях, адсорбатах, слоях, упорядоченных системах, мембранах клеток, в клетках, тканях, в целых организмах. Знание механизмов первичных стадий фотобиологических процессов необходимо для понимания трансформации энергии поглощённых квантов света (фотонов) в таких явлениях как фотосинтез, зрение, загар, перекисное окисление липидов, повреждающее и лечебное действие ультрафиолетового и лазерного излучения. Изучение первичных стадий фотобиологических процессов неразрывно связано с использованием спектроскопических методов исследования, люминесценции, ядерного магнитного резонанса. Всё это требует глубоких знаний и методик физико-химического эксперимента. Именно в этом содержится суть современной фотобиологии, изучающей механизмы фотостимулированных процессов.

Рассмотрим некоторые из них.

Глава4 Химия загара

Загар – это защитная реакция кожи на облучение. Под действием света в ней образуется особый черно-коричневый пигмент меланин (от греческого melas – черный), который не только защищает кожу от излучения, но и выполняет функции антиокислителя, нейтрализуя опасные для клеток свободные радикалы. Меланин в больших или меньших количествах есть и в незагорелой коже, и он же окрашивает радужную оболочку глаз и волосы (его нет только у альбиносов).

Меланин – это высокомолекулярное соединение сложного строения. Его цвет и защитные функции во многом обусловлены тем, что в нем есть неспаренные электроны.

Он синтезируется в особых клетках кожи – меланоцитах, а регулирует этот процесс гормональная система, в основном гормоны гипофиза (так называемые меланоцитстимулирующие гормоны). Взаимодействуя с молекулой белка, меланин формирует темные зернышки размером от 0,1 до 2 мкм. Меланоциты через свои отростки как бы впрыскивают эти зернышки в клетки верхних слоев кожи, пока почти весь меланин не окажется в наружном роговом слое. Оттенок загара, возможно, зависит от того, в каком состоянии находится меланин: в окисленном он черный, а в восстановленном – желто-коричневый.

Меланин – прекрасный фильтр, он задерживает более 90% УФ-излучения, но это не единственный природный механизм защиты кожи. Ведь хорошо известно, что даже загорелый человек или негр не застрахованы от ожога, если окажутся на жарком солнце после перерыва. И вместе с тем альбиносы, совсем не имеющие меланина, вырабатывают некоторую устойчивость к ультрафиолету и могут какое-то время находиться на солнце. Еще одна степень защиты – урокановая кислота, присутствующая в наружных слоях кожи. При облучении молекулы этой кислоты изменяют свою форму (транс-форма переходит в цис-) и таким образом превращают ультрафиолетовую радиацию просто в теплоту. В темноте идет обратная реакция.

Ультрафиолет запускает различные вторичные процессы в организме человека, в том числе и цепные реакции. Единственное препятствие – малое время жизни возбужденных состояний.

У молекулы, поглотившей квант света, есть несколько путей для дальнейшего превращения. Для нашей кожи больше всех опасен путь химических реакций возбужденных молекул. Ультрафиолет вредоносно воздействует на ДНК и белки клеток организма, вызывая необратимые процессы образования злокачественных опухолей. Кроме этого, ультрафиолет может действовать и на липиды, структуры мембран клеток. Об этом речь пойдет дальше.