XV Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2023

Солнечное излучение, проходящее через верхние слои атмосферы и достигающее поверхности Земли, состоит из электромагнитных волн разной длины.

75% падающего на Землю света — это видимая часть спектра – охватывает диапазон 390-760 нм. Эта часть воспринимается человеческим взглядом.

20% - инфракрасное излучение (ближнее) с длиной волн от 790 нм и далее (790-1100).

5% - ультрафиолетовое излучение с длиной волн 300-380 нм.

Озоновый слой поглощает волны с длиной 220-300 нм. Видимый свет используется фотосинтезирующими микроорганизмами. Спектральный состав фотосинтетически активной радиации (ФАР) различен для разных групп микроорганизмов и зависит от набора пигментов. Оксигенный фотосинтез (цианобактерии, прохлорофиты) возможен в диапазоне от 300 до 750 нм. У этих бактерий хлорофилл а и b, с максимумом поглощения 680-685 и 650-660 нм, соответственно. У цианобактерий фикобилипротеиды (красные и синие пигменты) поглощают свет с длиной 450-700 нм. Аноксигенный фотосинтез (пурпурные, зеленые бактерии) – в диапазоне от 300 до 1100 нм. Бактериохлорофилл b поглощает свет с длиной волны 1020-1040 вплоть до 1100 нм.

У всех фотосинтезирующих прокариот дополнительные светособирающие пигменты – каротиноиды, поглощающие свет в синей и сине-зеленой части спектра (450-550 нм). Фототрофные бактерии обитают в анаэробной зоне водоемов, где есть H₂S. На глубину 10-30 м инфракрасное излучение не проникает, максимум энергии приходится на свет с длиной волн 450-500 нм [1].

Видимый свет влияет на поведение фототрофных бактерий. Наблюдается явление фототаксиса. Фототаксис – это реакция бактерий на изменение спектрального состава света или освещенности. У эубактерий фоторецепторами служат бактериохлорофиллы и каротиноиды. У архей обнаружены специальные сенсорные пигменты. Положительный фототаксис – движение бактерий к свету, отрицательный – движение клеток в сторону уменьшения освещенности.

Для некоторых бактерий, не использующих энергию света, он служит в качестве регулятора определенных процессов обмена. Так, у водной бактерии P. putida наблюдали активацию светом некоторых ферментов, что можно рассматривать как адаптацию, поскольку именно при освещении начинается синтез фитопланктона, продукты, которого используются этой гетеротрофной бактерией [2].

Для некоторых нефотосинтезирующих бактерий характерна фотохромность. Фотохромность – это зависимость образования пигментов от освещения. Характерна для миксобактерий, многих актиномицетов и близких им микроорганизмам. Например, синтез каротиноидов некоторыми микобактериями стимулируется синим цветом. Фотохромность может контролироваться как хромосомными, так и плазмидными генами. Пигменты способны защищать эти микроорганизмы от действия видимого цвета.

Солнечный свет обладает сильным антимикробным действием. Действие видимого света ответственно менее чем за 1 % летальных повреждений (80 % летальных повреждений связано с действием света длиной волны менее 312 нм). Видимый свет длиной волны 450 нм индуцирует замены пар оснований и мутации сдвига рамки у E. coli. Световые волны длиной 550 нм, и особенно 410 нм вызывают фотолизис Myxococcus xanthus. Эффект определяется поглощением света железопорфиринами [3].

Существуют вещества фотосенсибилизаторы, в молекуле которых имеется хромофор, поглощающий свет и передающий его энергию другим молекулам, не способным поглощать свет. Через бесцветные клетки свет проходит без последствий. Но если ввести в такую клетку фотосенсибилизатор, она повреждается. Природные фотосенсибилизаторы – хлорофилл, фикобилины, порфирины и др.

Для излучения с длиной волны более 1100 нм к настоящему времени не зарегистрировано каких-либо биологических эффектов. Основное действие инфракрасного излучения – нагревание.

Для микроорганизмов наиболее опасно УФ-излучение. Различают ближний, средний и дальний ультрафиолет [4].

Ближний УФ – это излучение с длиной волны 400-320 нм.

Средний УФ – λ=320-290 нм.

Дальний УФ– λ=290-200 нм.

Ближний УФ в небольших дозах нарушает механизмы движения и таксиса. В сублетальных дозах вызывает замедление роста, скорость деления клеток, угнетается индукция ферментов, способность бактерий поддерживать развитие фага.

Эти эффекты определяются тем, что у бактерий в т-РНК в 8-й позиции присутствует необычное основание 4-тиоуридин (отсутствует у эукариот). Это основание интенсивно поглощает УФ, наибольший эффект оказывает свет с длиной волны 340 нм. Возбужденный светом 4-тиоуридин связывается с цитозином, находящемся в 13-м положении в т-РНК, что препятствует связыванию т-РНК с аминокислотами, и, следовательно, ведет к приостановке синтеза белка.

При относительно высоких дозах ближнего УФ – мутагенный и летальный эффекты. Нарушения ДНК при этом вызывают не столько сами УФ-лучи, сколько другие возбужденные светом молекулы. Также в этих эффектах имеет значение поглощение ближнего УФ 4-тиоуридином. Мутагенное и летальное действие зависит от присутствия кислорода. Летальный эффект связан не только с повреждениями ДНК, но и мембран (их транспортных систем) [5].

Биологические эффекты среднего и дальнего УФ сходны. ДНК интенсивно поглощает УФ в области 240-300 нм., т.е. в области среднего и дальнего УФ с пиком поглощения в области 254 нм. В лабораторных УФ-лампах преобладает излучение в области 260 нм. Средний и дальний УФ вызывают мутагенный и летальный эффекты. Основной механизм повреждающего действия – образование пиримидиновых димеров. В состав димеров могут входить два соседних тиминовых (Т-Т) или цитозиновых (С-С) основания или тиминовый и цитозиновый (Т-С). Образование димеров происходит за счет ковалентных взаимодействий между основаниями ДНК. Кроме этого, происходит разрыв водородных связей в ДНК. Также под действием УФ происходит гидроксилирование цитозина и урацила, образование сшивок ДНК с белком, формирование поперечных сшивок ДНК, денатурация ДНК.

В связи с повреждающим и летальным действием УФ-лучи, несмотря на то, что это наиболее богатые энергией лучи, в процессе фотосинтеза не используются. Нижний предел фотосинтеза – это использование волн с длиной 450 нм [6].

Список литературы:

Нетрусов, А.И. Микробиология: Учебник / А.И. Нетрусов. - М.: Academia, 2016. - 416 c.

Беляев, С.А. Микробиология: Учебное пособие / С.А. Беляев. - СПб.: Лань П, 2016. - 496 c.

Мартинчик, А.Н. Микробиология, физиология питания, санитария: Учебник / А.Н. Мартинчик. - М.: Academia, 2017. - 480 c.

https://studopedia.su/18_174841_vliyanie-izlucheniya-na-mikroorganizmi.html

https://scienceforum.ru/2018/article/2018008973

Емцев, В.Т. Микробиология: Учебник для бакалавров / В.Т. Емцев. - Люберцы: Юрайт, 2016. - 445 c.

Код для цитирования: Скопировать