биолюминесценция
занимательные факты по химии (10, 11 класс)

Слайд 1

БИОЛЮМИНЕСЦЕНЦИЯ Наверняка многие из нас видели светлячков. Эти насекомые известны уже не первый век. С изобретением подводных лодок и батискафов человечество получило возможность заглянуть в подводный мир и обнаружилось, что там "светлячков" ещё больше, чем на суше. Кто же светится и почему?

Слайд 2

Биолюминесце́нция — способность живых организмов светиться, достигаемая самостоятельно или с помощью симбионтов. Название происходит от др.-греч . βίος, «жизнь» и лат. lumen — «свет». Свет создаётся у более высокоразвитых организмов в специальных светящихся органах (например, в фотофорах рыб), у одноклеточных эукариот — в особых органоидах, а у бактерий — в цитоплазме. Биолюминесценция основывается на химических процессах, при которых освобождающаяся энергия выделяется в форме света

Слайд 4

Истории изучения светящихся в темноте живых существ уже больше трёх сотен лет. И это только собственно научному подходу, а не наблюдениям за чудесами живой природы. Первые свидетельства о загадочном свечении, в частности, морских вод, принадлежат ещё Аристотелю и Плинию Старшему . Вплоть до конца 19 века и даже в начале двадцатого столетия в судовых журналах встречаются записи моряков о завораживающем свечении морской воды, особенно на южных широтах. Не оставляли без внимания это явление и путешественники, среди которых были и учёные-натуралисты, к примеру, Чарльз Дарвин в своем известном «Путешествии на корабле " Бигль "». Первый опыт изучения явления биолюминесценции был предпринят в 1668 году. Роберт Бойль изучал процессы горения и обнаружил сходство между горением обычного каменного угля и свечением гнилушек: при отсутствии кислорода свечение в обоих случаях исчезает.

Слайд 5

Первым же, кто занялся основательным изучением механизмов органического свечения, стал Рафаэль Дюбуа . Он в 1887 году поставил серию опытов с экстрактами из светящихся жуков Pyrophorus . Главным результатом проделанной им работы за свечение были ответственны две фракции: низкомолекулярная (была названа люциферином ) и белковая ( люцифераза ), по-разному реагирующие на изменение температурного режима. Огненосный щелкун (лат. Pyrophorus ) В 20-ые годы прошлого века Эдмунд Ньютон Харви из Принстонского университета начал работы по изучению биолюминесценции ракообразных. Он сумел выявить и подробно описать особенности люцеферина и люцеферазы моллюсков и ракообразных. Харви показал (1920) различие люциферазных субстрат-ферментных систем различных таксонов: люциферин моллюсков Pholas не светился под действием люциферазы ракообразных Cypridina и наоборот, люцифераза Pholas была неактивна по отношению к люциферину Cypridina .

Слайд 6

Х имические механизмы биолюминесценции Хемилюминесценция возникает при многих химических реакциях — например, при рекомбинации свободных радикалов или в реакциях окисления (при свободнорадикальном окислении паров белого фосфора в газовой фазе, окислении люминола в полярных органических растворителях и т. п.). В этом случае, как и в реакциях биолюминесценции, выделяющаяся энергия не рассеивается в виде тепла, как это происходит в ходе большинства экзотермических химических реакций, а расходуется на образование одного из продуктов реакции в возбуждённом электронном состоянии . Для излучения света в ходе хемилюминесцентной реакции необходимо выполнение, как минимум, двух условий: во-первых, энергия, выделяющаяся в ходе реакции, должна превышать ~41-71,5 ккал/моль и, во-вторых, разница энергий основного и возбуждённого состояния продукта реакции должна быть ниже энтальпии химической реакции.

Слайд 7

При соблюдении этих условий возможно образование с достаточно высоким выходом окисленной формы люциферина в возбуждённом состоянии и дальнейший переход в основное состояние с испусканием фотона видимого спектрального диапазона. Отношение числа излученных фотонов к общему числу элементарных актов реакции называется квантовым выходом реакции, квантовые выходы биолюминесценции, в отличие от большинства хемилюминесцентных реакций, очень высоки и достигают значений 0,1-1. Такие квантовые выходы для реакций, протекающих в водных растворах при нейтральных значениях pH , необычны для хемилюминесцентных процессов и обусловлены специфичной ферментативной природой окислительных реакций биолюминесценции, катализируемых люциферазными комплексами.