biyofoton - Biophoton
Biyofotonlar ( Yunanca βίος "yaşam" ve φῶς "ışık" anlamına gelir) biyolojik bir sistem tarafından üretilen ultraviyole ve düşük görünür ışık aralığındaki ışık fotonlarıdır . Kökenleri termal değildir ve biyofotonların emisyonu teknik olarak bir biyolüminesans türüdür , ancak biyolüminesans genellikle daha yüksek parlaklıkta lusiferin / lusiferaz sistemleri için ayrılmıştır . Bu dar anlamda kullanılan biyofoton terimi , ışığın biyolojik sistemlerle genel etkileşimini inceleyen daha geniş biyofotonik alanıyla karıştırılmamalıdır .
Biyolojik doku tipik olarak gözlenen üretmek ışıma yayma gücüne 10 arasında değişen görülebilir ve ultraviyole frekanslarda -17 ila 10 -23 W / cm 2 (yaklaşık 1-1000 foton / cm 2 / saniye). Bu düşük ışık seviyesi, biyolüminesans tarafından üretilen görünür ışıktan çok daha zayıf bir yoğunluğa sahiptir, ancak biyofotonlar, dokular tarafından normal sıcaklıklarında yayılan termal radyasyonun arka planının üzerinde tespit edilebilir .
Biyofotonların tespiti birkaç grup tarafından rapor edilmiş olsa da, bu tür biyofotonların biyolojik dokuların durumunu gösterdiği ve bir tür hücresel iletişimi kolaylaştırdığı hipotezleri hala araştırılmaktadır, biyofotonların varlığını keşfeden Alexander Gurwitsch , 1941 yılında Stalin Ödülü'ne layık görülmüştür. onun işi için.
Algılama ve ölçüm
Biyofotonlar, bitki materyalleri için tipik olarak 15 dakikalık bir maruz kalma süresi kullanılarak bir görüntü üretmek için fotoçoğaltıcılarla veya ultra düşük gürültülü bir CCD kamera aracılığıyla tespit edilebilir . Balık yumurtalarından kaynaklanan biyofoton emisyonlarını ölçmek için fotoçoğaltıcı tüpler kullanılmıştır ve bazı uygulamalar hayvanlardan ve insanlardan biyofotonları ölçmüştür. Ultra zayıf ışığın tespiti için optimize edilmiş Elektron Çoğaltma CCD (EM-CCD), büyümelerinin başlangıcında maya hücreleri tarafından üretilen biyolüminesansı tespit etmek için de kullanılmıştır.
Tipik gözlemlenen ışıma yayma gücü 10 görülebilir ve ultraviyole frekansları aralıklarda biyolojik dokuların -17 ila 10 -23 W / cm 2 olan bir foton sayısı birkaç itibaren cm başına yaklaşık 1000 fotonlara 2 200 nm ila 800 nm aralığında .
Önerilen fiziksel mekanizmalar
İle Chemi-uyarım oksidatif stres ile reaktif oksijen türlerinin ve / veya katalizi ile enzimlerin (yani, peroksidaz , lipoksigenaz ) biyomoleküler ortak bir olaydır ortamda . Bu tür reaksiyonlar, fosforesansa benzer bir süreçte daha düşük bir enerji seviyesine döndükten sonra fotonları serbest bırakan üçlü uyarılmış türlerin oluşumuna yol açabilir . Bu işlemin kendiliğinden biyofoton emisyonuna katkıda bulunan bir faktör olduğu, biyofoton emisyonunun tahlil edilen dokudaki antioksidanları tüketerek veya karbonil türevlendirme maddelerinin eklenmesiyle artırılabileceğini gösteren çalışmalarla gösterilmiştir . Reaktif oksijen türlerinin eklenmesiyle emisyonun artırılabileceğini gösteren çalışmalar ile daha fazla destek sağlanmaktadır .
Bitkiler
Yapraklardan biyofotonların görüntülenmesi, R gen tepkilerini test etmek için bir yöntem olarak kullanılmıştır. Bu genler ve bunlarla ilişkili proteinler, patojenlerin tanınmasından ve bitkilerin patojen enfeksiyonuna karşı direnç mekanizmalarından biri olan aşırı duyarlı tepkiye yol açan savunma sinyal ağlarının aktivasyonundan sorumludur . Sinyal iletiminde veya hücre ölümüne yol açan toksik ajanlar olarak çok önemli rollere sahip olan reaktif oksijen türlerinin (ROS) oluşumunu içerir .
Stres altındaki bitkilerin köklerinde de biyofotonlar gözlemlenmiştir. Sağlıklı hücrelerde, ROS konsantrasyonu bir biyolojik antioksidan sistemi tarafından en aza indirilir. Bununla birlikte, ısı şoku ve diğer stresler oksidatif stres ile antioksidan aktivite arasındaki dengeyi değiştirir, örneğin sıcaklıktaki hızlı artış ROS tarafından biyofoton emisyonuna neden olur.
Hücresel iletişimde varsayımsal katılım
1920'lerde, Rus embriyolog Alexander Gurwitsch , spektrumun UV aralığında canlı dokulardan "ultra zayıf" foton emisyonları bildirdi. Onlara "mitogenetik ışınlar" adını verdi çünkü deneyleri onu hücre bölünmesi üzerinde uyarıcı bir etkiye sahip olduklarına ikna etti .
1970'lerde Fritz-Albert Popp ve Marburg Üniversitesi'ndeki ( Almanya ) araştırma grubu , emisyonun spektral dağılımının 200'den 750 nm'ye kadar geniş bir dalga boyu aralığında düştüğünü gösterdi. Popp'un biyofoton emisyonunun istatistiksel özellikleri üzerindeki çalışması, yani tutarlılığına ilişkin iddialar, bilimsel titizlik eksikliği nedeniyle eleştirildi.
Bir biyofoton mekanizması , bir ışık kaynağı olan ve bir "tehlike sinyali" veya arka plan kimyasal süreci oluşturduğu kabul edilebilecek daha yüksek seviyelerde oksidatif stres altında olan yaralı hücrelere odaklanır , ancak bu mekanizma henüz kanıtlanmamıştır. Hücreler arasındaki diğer sayısız kimyasal etkileşimler arasında herhangi bir varsayılan biyofotonun etkilerini ortaya çıkarmanın zorluğu, test edilebilir bir hipotez tasarlamayı zorlaştırıyor. 2010 tarihli bir inceleme makalesi, bu tür sinyalleşme üzerine yayınlanmış çeşitli teorileri tartışıyor.
Biyofotonlarla hücresel iletişim hipotezi, hücrelerin doğal arka plan aydınlatmasından birkaç büyüklük sırası daha zayıf fotonik sinyalleri nasıl tespit edebildiğini açıklayamadığı için oldukça eleştirildi.
Ayrıca bakınız
Referanslar
daha fazla okuma
- Beloussov LV, Voeikov VL, Martynyuk VS (2007). Biyolojide Biyofotonik ve Tutarlı Sistemler . New York, NY: Springer. ISBN'si 978-0387-28378-4.
- Hyland GJ (Aralık 1998). "Canlı sistemlerin düşük yoğunluklu mikrodalga ışınlaması ile indüklenen termal olmayan biyolojik etkiler". Mühendislik Bilimi ve Eğitim Dergisi . 7 (6): 261–9. doi : 10.1049/esej:19980606 . Lay özeti – Fotonik Teknoloji Dünyası .
- Kühnert H. "Wirkungsweise der Biophotonen" [Biyofotonlar nasıl çalışır] (Almanca).
- Popp FA, Li KH, Gu Q (1992). Biyofoton araştırmalarında ve uygulamalarında son gelişmeler . Singapur: Dünya Bilimsel. ISBN'si 978-981-02-0855-4. Arşivlenmiş orijinal 2009-02-20 tarihinde.
- Tilbury RN, Gregg DJ, Percival JM (1997). İnsan kan plazmasından ultra zayıf kemilüminesans . Fotokimya ve fotobiyoloji üzerine 1. internet konferansı.
Dış bağlantılar
- Bischof M. "Biyofoton araştırmaları ve ilgili konularda Bibliyografya" . Uluslararası Biyofizik Enstitüsü . Arşivlenmiş orijinal 2010-01-25 tarihinde.
- Hyland GJ. "Biyolojide Tutarlılığın Temelleri" . Biyofotonik . Arşivlenmiş orijinal 2004-05-19 tarihinde.