Презентація на тему"Біолюмінесценція"

Підготувала: студентка 21 – Е групи Кременецької ОГПА ім. Тараса Шевченка Хоршунова Іванна Презентація на тему: Біолюмінесценція

Біолюмінесценція - здатність живих організмів світитися, що досягається самостійно або за допомогою симбіонтів.

Здатність до свічення значно поширена серед бактерій, грибів, водоростей і тварин. 

Переважна більшість тварин, які світяться, належить до морських глибоководних, прибережних і планктонових організмів.

Проте світяться також:

Люмінесценція (лат. lumen — свічення і суфікс escent — слабка дія) у тварин є результатом хемілюмінесценції, тобто зумовлена хімічними реакціями, у процесі яких окиснення субстрату приводить до свічення.

За внутрішньоклітинної люмінесценції такі реакції відбуваються в розміщених у цитозолі гранулах клітин тканин, які люмінесціюють.

Позаклітинна люмінесценція відбувається у світлогенеруючому органі, який становить собою одноклітинні або багатоклітинні залози, що виділяють секрет назовні.

Інколи в цих залозах існують два типи клітин, які містять окремо субстрат (люциферин) і фермент (люциферазу), що беруть участь у процесі генерації світла.

Люмінесценція організмів має певне значення для їхнього виживання і з’явилась у процесі еволюції, оскільки для цього розвинулися спеціальні клітини та органи. Крім того, це явище може бути частиною загальної здатності організмів відповідати на подразнення.

Явище люмінесценції виконує, перш за все, захисну функцію — слугує для попередження, відлякування та відвернення хижаків. 

Ще однією з функцій люмінесценції тварин є сигнальна для зустрічі самців і самок у шлюбний період. Типовим прикладом є приваблення самців самками жуків-світляків. У багатьох їх видів самки, іноді навіть безкрилі, сидять у траві й подають світлові сигнали самцям, які літають навколо них. Самка відповідає на сигнали свічення самця тільки свого виду цілком певним чином — спалахами певної частоти, кольору, інтенсивності, тривалістю та їх кількістю.

Явище люмінесценції тварин зумовлює агресивну мімікрію, коли самки одних видів приваблюють самців інших видів, яких поїдають. Таке спостерігається, наприклад, у самок світляків Photuris, які полюють на інших видів самців цієї родини.

Іноді свічення організмів зумовлене не власною люмінесценцією, а свіченням наявних в організмі та на його поверхні бактерій, які люмінесціюють. Морський сапфір

Серед найпростіших існує багато морських видів, які люмінесціюють, зокрема радіоляції та динофлагеляти. Гранули, які люмінесціюють, локалізовані в мікросомах, але найбільше їх на периферії клітин. Вони світяться у відповідь на механічне або електричне подразнення.

Серед кишковопорожнинних до люмінесценції здатні багато видів поліпів, медуз, сифанофорів, актиній. Це явище в них виникає у відповідь на подразнення. Першою відповідає свіченням ділянка, яка була безпосередньо механічно подразнена, а потім від неї поширюється хвиля свічення.

Серед членистоногих до люмінесценції здатні в основному:

В креветок фотогенеруючі органи розміщені по всій поверхні тіла й регулюються нервовою системою. Крім типових фотогенеруючих органів біля ротового отвору, містить також залози, з яких викидається речовина, що світиться. Це дає можливість креветці, яка оточує себе хмаркою, що світиться, ховатися від ворогів.

Серед комах світяться представники лише кількох рядів. Здатними до люмінесценції є Колембула , личинки грибного комара, дорослі особини грибного комара . Свічення в них генерується в мальпігієвих канальцях.

Серед молюсків найбільшу здатність до люмінесценції мають головоногі. У багатьох із них, наприклад у кальмара Loligo, орган свічення розташований назовні й містить бактерії, які світяться.

У голкошкірих органи, які люмінесціюють, містять одноклітинні фотогенеруючі органи, розсіяні по всьому тілу. Люмінесценція в них виникає у відповідь на будь-яке подразнення.

До люмінесценції здатні також нижчі хордові та риби.

У покривників  Pyrosoma під час подразнення хвиля світла поширюється по всій колонії.

Багато видів, здатних до люмінесценції, виявлено серед акулових і кісткових риб, особливо глибоководних. Добре розвинуті фотогенеруючі органи голови. 

У деяких риб (свічення генерується бактеріями, які містяться в особливих органах і виділяються назовні під час подразнення.

Біолюмінесценція, як уже зазначалося, є хемілюмінесценцією. З’ясовано, що це явище виникає в процесі реакції окиснення субстрату, який називають люциферином (лат. lucis — світло і ferre — носити), молекулярним оксигеном за участю ферменту люциферази. Цей процес можна представити рівнянням Рівняння реакції субстрату й ферменту, яке супроводжується люмінесценцією: S — субстрат (люциферин); Е — фермент (люцифераза);  E - S* — фермент-субстратний комплекс в електронно збудженому стані;  hv — квант світла (h — стала Планка, v—частота)

У жука-світляка реакція, яка супроводжується люмінесценцією, відбувається внутрішньоклітинно. Його люциферин активується в процесі реакції з АТФ з утворенням люцифериладенілату в електронно збудженому стані, повернення якого в основний стан супроводжується свіченням у червоній області спектра (X = 560 нм).

Реакція взаємодії люциферину жука-світляка (Photinus) з АТФ у присутності люциферази, яка супроводжується люмінесценцією

Різниця в спектрах люмінесценції різних видів жуків-світляків зумовлена в основному відмінностями структури й конформації люциферази.

Реакцію взаємодії люциферину й люциферази рачка, яка спряжена зі свіченням. Реакція взаємодії люциферину Cypridhia у присутності люциферази, яка супроводжується люмінесценцією

Докладно вивчено біохімічні процеси, покладені в основу люмінесценції в деяких видів кишковопорожнинних. Так, наприклад, у коралів Renilla цей процес розпадається на дві стадії Рівняння реакцій субстратів і ферментів у Renilla, які супроводжуються люмінесценцією: ДФА — 3', 5-дифосфоаденозин;  SH2 - С — люциферин;  SH2 — люциферин з вилученою групою; ФАФС — фосфоаденозил-фосфорилсульфат

На першій стадії активація люциферину відбувається при вилученні однієї з груп, яка ідентифікована як сульфат. Ця реакція стимулюється 3'5-дифосфоаденозином. Наслідком її є утворення активованого люциферину й фосфоаденозил фосфорилсульфату.

 Активований люциферин за структурою подібний до люциферину Ракушкового рачка . За його окиснення, механізм якого нагадує окиснення люциферину Cypridina, відбувається явище люмінесценції.

У медуз Екворей, а також деяких інших видів медуз виявлено білок (фотобілок), у якого при взаємодії з іонами кальцію за наявності оксигену виникає явище люмінесценції.

У деяких кишковопорожнинних при люмінесценції відбувається перенесення енергії: спочатку в реакції утворюється електронно збуджений продукт, який потім передає енергію іншій речовині, за повернення якої в основний стан після збудження виникає явище люмінесценції  Рівняння реакцій люмінесценції з перенесенням енергії в кишковопорожнинних

Система люмінесценції кільчастого черв’яка  Хетоптерус містить фотобілок, два кофактори (один з яких подібний до нуклеопротеїну, а інший — ліпіду), пероксиди (Н2О2 або органічні пероксиди), оксиген і ферум.

У риб, які здатні до власної люмінесценції, а не за рахунок симбіотичних бактерій (зокрема, Апогони (Apogon) і Скляні рибки  (Parapriacanthus), утворення люциферину, можливо, викликане тим, що ці риби харчуються рачками Cypridina.

У бактерій спостерігається внутрішньоклітинне безперервне свічення, в основу якого покладено, наприклад, окиснення відновленого рибофлавін-5'-фосфату (флавінмоноклеотиду). Реакція окиснення рибофлавін-5'-фосфату, що супроводжується біолюмінісценцією бактерій

Люмінесценція грибів охоплює принаймні дві стадії: відновлення дегідро- або оксилюциферину за участі НАДН (НАДФН) з ферментом; 2) окиснення відновленого продукту оксигеном у присутності ферменту люциферази з випромінюванням світла.

Отже, за всіх відмінностей у способах перебігу хімічних реакцій, які супроводжуються люмінесценцією, загальним є окиснення люциферину за участю люциферази з утворенням електронно збудженого стану продукту, за повернення якого в основний стан випромінюється світло. Висновок

Дякую за увагу