- •Введение
- •1. Краткий исторический очерк развития биохимии и молекулярной биологии
- •2. Объекты исследования биохимии и молекулярной биологии
- •Часть первая. Молекулярные основы и механизмы наследственности
- •Глава 1. Организация генетического аппарата клетки
- •1.1. Становление постулата «днк — носитель генетической информации»
- •1.2. Типы нуклеиновых кислот и их функции
- •1.3. Структура и функции гена. Организация генов в хромосомах
- •1.4. Генетический код
- •1.5. Репликация нуклеиновых кислот
- •Глава 2. Сохранение постоянства и изменчивость геномов
- •2.1. Явление рестрикции—модификации днк
- •2.2. Репарация днк
- •2.3. Мутационный процесс
- •2.4. Генетический обмен и рекомбинация
- •2.5. Деятельность мобильных элементов
- •Глава 3. Экспрессия генов
- •3.1. Транскрипция днк
- •3.2. Регуляция генной экспрессии на уровне транскрипции
- •3.3. Трансляция генетического кода
- •3.4. Посттрансляционная модификация белков
- •Часть вторая. Структура и функции клеточных компонентов
- •Глава 4. Биомембраны
- •4.1. Особенности организации мембранных липидов
- •4.2. Свойства полярных липидов и их агрегатов
- •4.3. Организация и функции мембранных белков
- •4.4. Характерные свойства биомембран
- •4.5. Транспорт веществ через мембраны
- •4.6. Рецепторные функции мембран
- •4.7. Генерация и проведение нервных импульсов
- •Глава 5. Клеточные полисахариды
- •5.1. Резервные полисахариды
- •5.2. Структура клеточных стенок растений
- •5.3. Структура клеточных стенок прокариот
- •5.4. Структура клеточных стенок грибов
- •Глава 6. Белки. Особенности организации и функции ферментов
- •6.1. Особенности структуры ферментных молекул
- •6.2. Специфичность ферментов
- •6.3. Механизм ферментативного катализа
- •6.4. Свойства ферментов
- •6.5. Регуляция активности ферментов
- •Глава 7. Кофакторы
- •7.1. Переносчики восстановительных эквивалентов
- •7.2. Переносчики фосфатных групп. Преобразование энергии в клетке
- •7.3. Переносчики карбоксильных групп
- •7.4. Переносчики ацильных групп
- •Часть третья. Метаболизм. Процессы, приводящие к запасанию энергии
- •Глава 8. Закономерности метаболизма
- •Глава 9. Катаболические пути
- •9.1. Окисление жирных кислот
- •9.2. Катаболизм углеводов
- •Глава 10. Брожение
- •10.1. Спиртовое брожение
- •10.2. Молочнокислое брожение
- •10.3. Реакции субстратного фосфорилирования
- •Глава 11. Цикл трикарбоновых кислот
- •11.1. Окислительное декарбоксилирование пирувата
- •11.2. Химизм цтк
- •11.3. Баланс цтк
- •11.4. Регуляция цтк
- •11.5. Другие пути окисления одно- и двухуглеродных субстратов
- •Глава 12. Дыхание
- •12.1. Характеристика компонентов дыхательной цепи
- •12.2. Окислительно-восстановительный потенциал компонентов
- •12.3. Механизм окислительного фосфорилирования
- •12.4. Энергетический баланс
- •12.5. Особенности анаэробного дыхания
- •12.6. Использование неорганических доноров электронов
- •Глава 13. Улавливание энергии света биомолекулами
- •13.1. Фотосинтез
- •13.2. Зрительное восприятие
- •13.3. Биолюминесценция
- •Часть четвертая. Метаболизм. Процессы, требующие притока энергии
- •Глава 14. Особенности биосинтеза.
- •Биосинтез углеводов
- •14.1. Закономерности обмена и биосинтеза моносахаридов
- •14.2. Биосинтез полисахаридов
- •Глава 15. Биосинтез липидов
- •15.1. Биосинтез насыщенных жирных кислот
- •15.2. Образование ненасыщенных жирных кислот
- •15.3. Биосинтез полярных и неполярных липидов
- •Глава 16. Метаболизм азотсодержащих соединений
- •16.1. Белковый обмен
- •16.2. Круговорот азота в природе
- •16.3. Фиксация азота и включение его в состав органических молекул
- •16.4. Биосинтез аминокислот
- •16.5. Расщепление аминокислот
- •16.6. Выведение аммиака из организма
- •16.7. Судьба углеродных скелетов аминокислот
- •16.8. Метаболизм нуклеотидов
- •Глава 17. Биологическая роль и биосинтез витаминов
- •17.1. Общая характеристика витаминов
- •17.2. Жирорастворимые витамины
- •17.3. Водорастворимые витамины
- •Глава 18. Биологическая роль и закономерности биосинтеза антибиотиков
- •18.1. Механизмы действия антибиотиков на клеточные мишени
- •18.2. Закономерности биосинтеза антибиотиков
- •18.3. Механизмы устойчивости микроорганизмов к антибиотикам
- •19.1. Роль ключевых промежуточных соединений в интеграции метаболизма
- •Глава 19. Интеграция метаболизма
- •19.2. Регуляция метаболизма
- •Часть пятая. Основы генетической инженерии
- •Глава 20. Создание и анализ клонотек геномов
- •20.1. Получение генов
- •20.2. Введение гена в состав вектора
- •20.3. Стратегия клонирования генов
- •20.4. Создание клонотек геномов и идентификация в них генов.
- •20.5. Секвенирование днк
- •Глава 21. Практическое использование методов генетической инженерии
- •21.1. Получение эукариотических белков и решение проблем
- •Экспрессии чужеродных генов
- •21.2. Локализованный мутагенез и белковая инженерия
- •21.3. Достижения генетической инженерии в конструировании штаммов-продуцентов биологически активных веществ
- •21.4. Генетическая инженерия на службе медицины и сельского хозяйства
Глава 13. Улавливание энергии света биомолекулами
Можно смело утверждать, что Жизнь на нашей планете обязана солнечному свету. Энергия света поглощается фотосинтезирующими организмами и запасается в виде химических связей органических соединений, а остальные обитатели Земли (возможно, лишь за исключением способных к хемосинтезу бактерий) используют энергию этих связей для того, чтобы осуществить в клетках окислительное или субстратное фосфорилирование.
Видимый свет представляет собой форму электромагнитного излучения с длиной волны 400—700 нм, и его происхождение обусловлено сложными процессами, происходящими на Солнце. Одним из результатов этих процессов является испускание энергии в виде квантов видимого света (фотонов), которые достигают земной поверхности. Энергия фотонов обратно пропорциональна их длине волны, и наибольшей энергией характеризуются фотоны с наименьшей длиной волны, соответствующей фиолетовому краю видимого спектра.
Способность вещества поглощать свет зависит от его атомной структуры. Когда фотон сталкивается с атомом или молекулой, способными поглощать свет данной длины волны, энергия фотона поглощается одним из электронов и атом или молекула переходят в более богатое энергией возбужденное состояние. Возбуждение длится 10-9 — 10-8 с, после чего молекула возвращается в первоначальное состояние, которое называется основным и характеризуется меньшей энергией, чем возбужденное. При возврате в основное состояние возбужденная молекула может терять свою энергию несколькими способами: 1) энергия может рассеиваться в виде тепла; 2) часть поглощенной энергии может немедленно испускаться в виде света (флуоресценция) или после некоторой задержки (фосфоресценция). Испускаемый при флуоресценции и фосфоресценции свет обычно характеризуется большей длиной волны и меньшей энергией, чем свет, вызвавший возбуждение молекулы. Кроме этого (3), поглощение света может вызывать фотохимические реакции, в которые способны вступать возбужденные молекулы.
Фотохимические реакции представляют собой диссоциацию на ионы или радикалы либо присоединение протонов, что может сопровождаться разрывом связей, реакции фотоприсоединения и фотоотщепления, а также изомеризации. Возбужденные молекулы способны превращаться в сильные окислители и восстановители и индуцировать соответствующие процессы по отношению к другим молекулам. Все перечисленные реакции с участием возбужденных светом молекул становятся возможными, поскольку с повышением энергии молекулы приобретают химические свойства, нехарактерные для их невозбужденных форм.
Фотохимические реакции приобретают особую роль, когда затрагивают жизненно важные для клетки структуры. Первостепенное значение в этом отношении играют нуклеиновые кислоты, азотистые основания которых, как известно, испытывают на себе фотодинамическое действие коротковолнового света. В результате различного рода фотохимических превращений (в первую очередь, образования пиримидиновых димеров) в составе ДНК появляется большое количество изменений, которые, не будучи репарированными, закрепляются в виде мутаций (глава 2).
С другой стороны, фотохимические реакции чрезвычайно важны для таких явлений, как фотосинтез и фоторецепция. Среди биологических молекул есть специализированные, способные в ответ на поглощение света обусловливать определенные процессы в клетках. Такими молекулами служат, в первую очередь, фотосинтетические пигменты, участвующие в запасании световой энергии в ходе фотосинтеза. В возбужденном состоянии молекулы хлорофилла способны инициировать фотоокисление молекул воды, что сопровождается транспортом возбужденных электронов по компонентам фотосистем. Другой класс светочувствительных биомолекул представлен зрительными фоторецепторами, которые в ответ на поглощение света генерируют нервный импульс. Фотохимическая реакция, запускающая данный процесс, состоит в изомеризации молекулы зрительного пигмента.
