I

BIOCHEMISTRY

THE CHEMICAL REACTIONS OF LIVING CELLS

David E. Metzler

IOWA STATE UNIVERSITY

Academic Press

New York San Francisco London

A SUBSIDIARY OF HARCOURT BRACE JOVANOVICH, PUBLISHERS

Д. Мецлер

БИОХИМИЯ

Химические реакции в живой клетке

том 3

Перевод с английского под редакцией

акад. А. Е. Браунштейна, д-ра хим. наук Л. М. Гинодмана, д-ра хим. наук Е. С. Северина

Издательство «Мир» Москва 1980

УДК 577.1

Новейшее и наиболее современное руководство по биохимии, написанное известным американским ученым, работающим в области биохимии, молекулярной биологии и энзимологии. Отличительной чертой книги является рассмотрение материала в соответствии с химическими реакциями, происходящими в живой клетке, а не традиционно — по основным классам соединений.

На русском языке книга выходит в трех томах.

В первый том вошли главы, посвященные общим вопросам, структуре биополимеров, энергетике и функциям клеточных мембран. Во втором томе изложены основы ферментативного катализа, описаны пути синтеза и распада молекул в живых организмах. В настоящем, третьем томе рассмотрены вопросы биохимической генетики, роста и дифференцировки тканей, химического взаимодействия клеток, а также влияния внешних факторов на процессы обмена веществ.

Предназначена для биохимиков, молекулярных биологов, физиологов, генетиков, микробиологов, цитологов, фармакологов, химиков, медиков, для студентов, аспирантов н преподавателей биологических, химических и медицинских специальностей.

Редакция литературы по биологии

2001040000

.. 21003—430 „ _ © 1977, Academic Press, Inc.

"Й17У7ГП—ЯА*"0Дп- ИЗД- 1980 ~ „ ,„„л

) ои @ Перевод иа русский язык, «Мир», 1980

Глава 13

Свет в биологии

Земля купается в свете Солнца, и этот свет приносит не только тепло, но и энергию, необходимую всем живым организмам. Из 3-104 кДж-м~2 световой энергии, ежедневно падающей на Землю [1, 2], '-'30 кДж улавливается в процессах фотосинтеза [3]. В верхних слоях стратосферы свет высокоэнергетической части спектра взаимодействует с кислородом, в результате чего образуется защитная оболочка озона. Свет, проникающий сквозь атмосферу, позволяет нам видеть все, что нас окружает, придает предметам разный цвет. Свет управляет цветением растений и прорастанием семян и спор. В биохимических лабораториях свет и другие виды электромагнитного излучения, охватывающие широкий диапазон энергий, используются в экспериментальных целях. Рентгеновские, ультрафиолетовые и инфракрасные лучи, а также ультракороткие волны помогают исследовать молекулы, из которых мы состоим. Свет буквальна пронизывает все стороны жизни человека, при этом исключительно важным является его взаимодействие с биомолекулами. Данная глава написана как краткое введение в предмет; в ней, в частности, приведен список источников для дальнейшего чтения.

А. Свойства света

Свет является одним из видов электромагнитного излучения и обладает свойствами как волн, так и частиц (фотонов). Энергия фотона обычно характеризуется частотой соответствующего излучения (или обратной величиной — длиной волны в вакууме; табл. 13-1). На рис. 13-1

Таблица 13-1

Некоторые свойства света

Скорость света в вакууме

?=2,998-108 м-с-1

Скорость света в среде

с = с/гс, где п — показатель преломления

Волновое число

v = 1Д; v (в см-1) = 107Д (в нм) 1 см-1= 1 кейзер

Частота

v=c/'k=cv

v (в Гц) =2,998-10l0v" (в см-1) в вакууме

Энергия кваита

E=hv=hcv

Е (в Дж) = 1,986-lO-^v (в СМ-1)

Энергия эйиштейна

? (в эВ) = 1,240-10-4 (в см-1)

Е=Nhv=Nhcv=6,023 • 1023Яс v* Е= (в Дж) = ll,961v (в см-*)

Е (в ккал)=2,859-10-3г (в см-1)

Ю

мкм

5,6

2,8

760 ЯМ \ 680

(Хлорофилл а)

200

100

РИС. 13-1. Участок шкалы электромагнитных волн. Буквы Ф, С, 3, Ж, О н К над областью, соответствующей видимому свету, обозначают различные цвета. Отметка СиКа отвечает длине волны рентгеновских лучей, широко используемых в рентгено-структурном анализе белков и других органических материалов.

и ближнюю инфракрасную область. Этот участок в увеличенном масштабе изображен на рис. 13-1 (вторая линия сверху). Свет, достигающий поверхности Земли, занимает узкий интервал от 320 до 1100 нм. Глаз человека способен воспринимать свет в еще более узком интервале: 380—760 нм, включающем все цвета радуги. Максимум поглощения ароматических колец белков и нуклеиновых кислот равен соответственно 280 и 260 нм. Хотя свет с такими длинами волн в основном поглощается озонным слоем стратосферы, сквозь атмосферу проходит достаточное количество ультрафиолетовых лучей, чтобы вызвать многочисленные мутации и солнечные ожоги.

Химики все чаще используют как меру энергии света его частоту или волновое число. Волновое число v представляет собой величину, обратную длине волны, и обычно выражается в см-1 (обратные сантиметры, иногда называемые кейзерами). Возможно, в будущем более широкое распространение получат другие единицы — мкм-1 (10 000 см-1) или мм-1. Большинство спектров поглощения, приводимых в