Кинетика реакции фотовозбужденных молекул и ион-радикалов в микрогетерогенных организованных молекулярных системах тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.17 ВАК РФ

- о

Л — - •'•

РОССИЙСКАЯ АКАДЕМИЯ НАУК

ИНСТИТУТ ХИМИЧЕСКОЙ ФИЗИКИ В ЧЕРНОГОЛОВКЕ

На правах рукописи РУБЦОВ Игорь Владимирович

УДК 541.14:541.18

КИНЕТИКА РЕАКЦИИ ФОТОВОЗБУЖДЕННЫХ МОЛЕКУЛ И ИОН-РАДИКАЛОВ В МИКРОГЕТЕРОГЕННЫХ ОРГАНИЗОВАННЫХ МОЛЕКУЛЯРНЫХ СИСТЕМАХ

01.04.17—Химическая физика, в том числе физика горения и взрыва

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

Черноголовка 1991

Работа выполнена в Институте химической физики в Черноголовке РАН.

Научный руководитель: кандидат физико-математических наук В. А. Надточеико

Официальные оппоненты:

доктор физико-математических наук П. А. Кондратенко, кандидат физико-математических наук В. Ф. Разумов

Ведущая организация: Филиал НИФХИ им. Л. Я. Карпова

Защита состоится „_" _1992 г. в-час.

на заседании специализированного совета Д.002.26.01 при Институте химической физики РАН по адресу: 117977, Москва, ул. Косыгина, 4, ИХФ РАН.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Института химической физики РАН.

Автореферат разослан „_" __ 199 г.

Ученый секретарь специализированного совета Д.002.26.01

кандидат химических наук Корчак В. Н.

© Институт химической физики в Черноголовке РАН

ОБ!ЦЛЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ.

Актуальность ксследовашш. Актуальность исследований фотофизических и фотохимических процессов в организованных молеку-•■-"•л'ярШх системах обусловлена фулдамзнтолышш проблемам! преобразования световой энергии в химическую ( искусственный фотссин-тез, фотография ), молекулярной эл?"трошцси и биофизики биологических мембран. Интерес к мицеллярним ц лшосомалышм системам вызван следующими причинами. Во-первых, наличие границы раздела сред с различной полярность?] позволяет проводить реакции мэзду. моле :улами, нерастворимыми. одновременно в каком-либо одном растворителе. Поскольку отношение поворхности к объему для таких жирообразований достаточно велико, то, в принципе, возможна высокая скорость таких реакций. Во-вторых, реакцией, протекающей вблизи грошшд т-1здола фаз, можно управлять, модифицируя свойства саыой поворхности. Помимо ¿того Пптерос обусловлен тем обстоятельством, что липосоми являются хорошими моделями природных би-слойных мембран. Поэтому пошшание детального механизма реакций, протекающих вблизи поверхности и непосредственно в углеводородной фазе мицо. [ и липосом, безусловно является актуальной задачей.

Цель и основныо задачи работы. ■ Цель работы - методом лазерного фотолиза исследовать фотофизику и процесс переноса электрона в системах, в которых, движение реаТонтов пространственно ограниченно, выявить влияние поверхностного потенциала и транс-1 мембранного градиента потенциала на кинетику реакций пореноса электрона.

Цель работы определила следующие задачи: ' . •

а) Исследовать влияние поверхностного ззряда мицелл.па_ протекание реакции между реагентами в кицеллярной и водной фазами.

б) Исследовать кинетику бимолекулярных реакций реагентов, лока-лизовашшх в мембране липосом.

в) Установить механизм процесса рокомбинацш! радикалов с различными липофильнши свойствами на границе раздела липпд/вода в ли-посомах. '

г) Исследовать влияние трансмембранного электростатического поля на механизм переноса электрона через мембрану.

Объекты исследования. Исследовались реакции в водно-мицеллярных растворах: катионшх цетилтриметиламмоний бромид

.(СТАВ),' анионных натрийлаурилсульфат (Иа15), и нейтралышх тритон Х-100 (ТрХЮО) мицелл, а также в липосомальшх (из личного лецитина) растворах. Изучались реакции зозбузденного антрацена (А) с мотнлвнологеном (Ш2+) в мицеллах, реакции в липосомах в тройной системе феофитш (Зф) - аскорбат натрия (ЛН~) - МВ2"1, а также реакции рекомбинации в системах: ФЬ-АН-; бактериофаофптин (БФФ) - А1Г; поверхностно-активные аналоги МВ' - дитетрадецил-виологвН (С1дУ<1-+) и диоктадецилвиг таген ( С18У2+) с трисбигшри-дилышм комплексом Ии ( йгНЬруЭдО^'б^О или сокращенно Ки(Ьру)|+).

Научная новизна. Впервые показано, что при туиошш возбужденной молекулы, солюбилизированной в ь^цаллах, гщрофилышы органическим ионом одновременно возможны два конкурирующих механизма тушения: туиение с выходом в водную фазу возбукдошюй молекулы и тушение через границу мицеллы.

Обнаружен комплекс с переносом зароди (КПЗ) менаду МВ2+ п А к показано, что равновесие в растворе анионных мицелл ИаЬБ сдвигается в сторону образования комплекса.

¡цл описания кинетики бимолекулярных реакций в ыикрогетеро-генных системах на примеро концентрационного тушения Фф предложена стохастическая кинетическая модель.

Вгорвыб обнаружено влияние трансмеморанной разности потенциалов на скорость рекомбинации гидрофильного и. гидрофобного ион-радикалов. В импульсных экспериментах установлено влияние разности потенциалов на скорость трансмембрзнниго переноса лек-трона от радикала феофшша ка внутреннем монослое к молекула &©офиттш на внешнем монослоэ дкиосой.

. Показано, что кинетика процесса рекомбинации гидрофобного и гвдрофьльного радикала моаэт бить описана в рамках ыодвла рода-■ алъноМ квазиодномерной диффузии первого . в мзмбр ло. Влияние трансглзкбратюго потегадоиш -но скорость реког.к31шацй1 лон-радика-.•:ов определяется дрзйфом гщрофэОного пон-радикала в поло в со-отштстшт со знаком заряда вона к направлоняец вк-зшюго эазкх-р1иеск.ого поля. ■ , ■ ■

Практическая ценность. Вэпгяоьтнз гаке с чосиу^ ятмооип-ноотп носяг, достаточно общкч хгтеаеъор к нму? онтъ длч о ¡/якпгзкоста режко ;);игц".Г> ч\ ;>■■ г,:».'^.

щд/вода. Предложи ЕньШ клеш»* лс^зкаи» : ч. ьин-

радикала в мембрана лшосом объясняет возможность высоких скоростей трансмембранного переноса электрона, обусловленную движением радикала' в радиальном направлошш. Разработана высокоэффективная мицеллярная система фотосенсибилизировашгаго восстановления воды до Hg светочувствительная о широком спектральном диапазоне .

Апробация работы. Основные результаты работы докладывались на II Всесоюзной конференции по фотокаталитическому преобразованию солнечной энергии (Ленинград 1987), VI Всесоюзном совещании по tf-.тохишш ( Новосибирск, 1989 ), VI Международной конференции по переносу энергии и электрона ( Прага, Чехословакия, 1989 ), VIII Международной конференции по фотохимическому преобразованию и запасанию солнечной энергии (Италия, Палермо, 1990 ), конкур-, сах и семинарах ЧХФ АН СССР и ОИХФ АН СССР. ,

Публикации. По результатам диссертации опубликовано II печатных работ, список которых приведен в конце автореферата.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, семи глав, выводов и списка цитированной литературы. Содержание да „-ертации изложено на. 176 страницах, включая 45 рисунков, 8 таблиц и список литературы на 148 наше новаций.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ.

Введение Кратко отражено'состояние проблемы, исследованию которой"посвящена диссертация, показана ее • актуальность, коротко дается представление об основном содержании диссертации.!

Глава I. Литературный обзор. Рассмотрены основные характеристики микрогетерогешшх образований - мицелл.ir липосом. Обсуждается вопрос о месте локализации молекул солюбилизировашшх. мицеллами и липосомами. Особенности кинетики химических ¡реакций в микрогетерогешшх растворах обусловлены, во-первых', наличием двух фаз и,во-вторых, тем; что в каждой шщелле/липосоме солюби-лиз!фовано, как правило, небольшое число молекул (1+10 штук).

Рассмотрена возмоепость описания бимолекулярных диффузионио-контролируемых реакций какой-либо константой скорости. • Анализируете^ ситуация, когда начальное распределение рэагентов не слу-■ чейно,как,например,в реакции рекомбинации радикалов,образующихся . при редокс тушении возбужденной молекулы на границе раздела фаз.

Приведен обзор работ, в которых наблюдался■ трансмембрйгашй. перенос электрона.

, Рассмотрены пигментированные мембраны различной конструкции: монослои нанесенные на электрод, плоские липидные мембраны, мембраны сферической формы - лнпосомы. 00с/задается механизм переноса элоктрона через мембрану.

Глава 2. Экспериментальная часть. Нетодом импульсной лазерной кинетической спектроскопииисследовалась кинетика короткоки-вуших интермэдиатов - триплетно возбузденшх состояний пигментов и ароматических молекул, ион-радит'алов - продуктов фотохимических реакций.

Описана созданная установка лазерного кинетического спектрометра, ее оптическая к электронная части, принципы работы. Для фотовозбувдония использовались различнее лазеры- I) лазор на М3+:УАС, его вторая (Х=532нм,энергия 25+5СВДН) и третья (Л=354 нм, ~5мДж) гармоники, 2) рубиновый лазор (\=694нм, ~200"мДгО. 3) лазер на красителях с отанолышм раствором умбеллиферона 47, накачиваемый третьей гармоникой Щ3+:\7 " -лазера (А,=460им,~1мДзО, А) Н2 лазер (\= 337нм,~1мДж)•

Спектрометр бал автоматизирован на осново ЭВМ Элоктроника-СО, чю позволило повысить ого чувствительность и разширило возможности обработки кинетических дошшх.' При отом весь процесс регистрации, накопления кинетических данных, запуск лазера, определение температуры раствора, измерение энергии лазера и интенсивности свота (до лазерного импульса) осуществлялся под управлением ЭВМ с системой КАМАК в автоматическом рекимо. Сигнал с ФЭУ поступал на вход аналого-цифрового преоОр&иопатоля с спорной памятью и вромешшм разрешенном 50 пс/точку. Описаны возможности спепифического программного обеспечения, написанного специально для работы установки.

Измерите кинетики затухания _ флюоресценции проводилось в Т-ооразной схеме с возбулсдвнием Нр-лаг^ром и ре истрацией с помощью стробоскопического осциллографа С7-8А. ' „

Далее описанн используошо в работе вещество, методики митоза и очистки ряда веществ, методики приготовления тщелляршх и лшюсомальных растворов.

Для получения трансмоисршшой разности' потошц-ллоп на би-слойно.Ч шлбране. липосоы создавали траисш.д1р£шшу градиент коп-ценграцта соля поело чего вводили палхьа'щшм - спеш:;[кг-

ческий пероносчяк ионов К+, .кото^Л, встраггаалсь в изиОриву, из-

роносил только ионн К+ по градиенту концентрации и создавал за счет этого трансмембранную разность потенциалов.

Глава з. Тучение антрацена метилвиологеном в водно-мицел-. лярных растворах. Эффективности тушения и фоторазделения зарядов в реакции возбужденных молекул с тушителем в водно-мицеллярных растворах определяются следующими факторами: а) распределением возбувденшх молекул и молекул тушителя между водной и млцеллярной фазами; б) соотношением времен жизни воз-буздешюго состояния в различных фазах и соответствующих кон-, стак скорости тушения. При этом ввиду малости объема мицеллы, рассматривая реагенты солюбилизированше мицеллами, необходимо учитывать статистику их распределения. В этой главе описаны, ки-. нетические закономерности и влияние поверхностного заряда мицелл на взаимодействт" фотовозбужденного А о дикатионом MB в раз-.' личных средах: в гомогенном растворо EtOH/H^O (4:1 v/v) и в вод-но-мицелляршх растворах: катионшх (СТАВ), анионных (NaLS), и нейтральных (ТрХЮО) мицелл.

Тушете флюоресценции антрацена лешилвиологенол. Сравнение растворимосте!, А в HgO и в мицеллах показывает, что практически весь А (>99%) солюбилизирован мицеллами.

Измерение значения времен жизни-флюоресценции Л в гомогенном и трех мицеллярных растворах сильно разнятся, что говорит о-различном локальном окружении А в этих'средах. Этот факт шзво-. ляет предположить что А локалиовон вблизи границы мицеллы, в зоне, где наиболее сказывается влияние полярных/ионных головок мицелл. •

Тушение флюоресценции А МВ2+ в NaLS происходит ' значительно . эффективнее, чем в гомогенном растворе, и в Nais наблюдается отклонение от итерн-фольмеровской зависимости. В спектре поглощения смеси А с МВ2+ наблюдается полоса - переноса заряда (рисЛ) образующегося комплекса. В мицеллах NaLS равновесие сдвинуто в сторону КПЗ. Зависимость поглощения в полосе с переносом заряда от концентрации МВЛ* спрямляется в координатах Скетчарда, что указывает на образование комплекса состава 1:1. Константа равно-' весия равна 13±4 л/моль.

КПЗ А с Ш2+ не флюоресцирует (ФГ(КПЗ)/ФГ(А)<10-3)-. Тушение флюоресценции Л в NaLS проявляется как статическое: время, флюо- , ресценции не изменяется при добавлении MB2"1; а падает интенсив-

ность. Тушение флюоресценции хорошо описывается в предположении, что флюоресцируют только молекулы А, находящиеся в мицеллах, не содержащих молекул ЫВ2+, и что рас-2+

пределение MB по мицеллам подчиняется статистике Пуассона .

Рассмотрена модель образования КПЗ. Если Aj - мицеллы с одной молекулой А и 1 молекулами МВ2+, а КГО^-мицелла,содержащая 1 ' ;л олекул M32f, одна из которых образует КПЗ с А,то равновесие с образованием КПЗ можно представить в виде:

. Aj КПЗ, -, 1=1,2.....

v_

СЛ^1=1КП311+[А'1], где СА°] - Рис.1. Спектр поглощения КПЗ А с концентрация мицелл с i мо- MB'' ' в NaLS. •

лакулаки. ИВ2* и молекулой А в предположен™ отсутствия КПЗ. Тог' да общая концентрация КПЗ равна:

V. JS 1

ГКПЗ]=? — • <ц,>:{АЬехр(-<и>)Л - • -:-

V fin il 1 + (i+1 )• (V./V )

- J,-U T ""*p.

гдо <ц> -сроднее число заполнения мицелл молекулами.MB . Расчет по этой формуле показал, что наилучшее совпадете с экспериментом достигается при v+/v_>10. Т.е. вероятность образования КПЗ в мицелле, содержащей А и Ш2+, близка к единице.

ï'j/шэнце тршиедао возбужденного антрацена Аг в голзеенкол и лицеллярпхх растворах. В растворах'EtOH/HgO, СТАВ, TpXIQO, Nais наблюдается динамическое тушение Ат матилвиологеном и зкспонзн-

?4-

циальная гкболь в широком диапазоне концентраций №3 , хотя распределение МВ2+ между водной фазой и шцелламк для к.л; различно, "В EtOH/HpO, СТАВ и TpXIOO тушение А1 сопровоглкэтся обргэо^аш'е/л • «оп-рэдикалов ИВ*' (А^^-395- и бОбшм) и А1" (-440 тел), С итгра-фолыгаровсюк координатах с^щсотвупксо откло-сппе от.

- б-

зависимости наблюдается только в случае СТАВ и ТрХЮО.

В гомогенном растворе тушение определяется просто реакцией (3.4) с выходом радикалов -0.9+0.1 и константой тушения (1.0± 0.2)>10^ (М.сГ1. В растворах ОТАВ и ТрХЮО распределение • реагентов между мицеллярной и водной фазами приводят к более сложной схеме процесса:

' 4 к

U +

дт m

Ъ 4

\n А

+ MB'

+ ИВ'

2+

'aq

,2+ 'aq

aq

Aaq + ю

+ MB

+ •

'aq ;aq

(3.1 )

(3.2)

1/т2 . (3.3)

V (3.4)

kq (3.5)

где индексы aq . гп относятся соответственно к реагентам в водной и мицеллярной фазах, а [МЗ - концентрация мицелл. Отсюда, т.к. то для наблюдаемого поглощения :

□2+1

■dCA^l

q

[МВ2+3

k_(k [MB

гЗ+(1/-с2))

T1

5+T

к+[МЗ+1^[1/Шй То-есть, протекание реакций 3.I-" " ~ мости 1Ана0-П от 1МВ2+], Эта особенность подтверждается ршентально (рис.2). В области низких концентраций МВ2+, когда

"]+(1/T2)J -3.5"предполагает излом в зависи-

экспе-

к,

[МВ2+3 << k+tîf]

%

набл.

ушв2+з + L.

к_кдГМ32+3

В области больших концентраций MB'

,2+

3c+tîi3

набл.

= kg- t(ffî2+3

1

kt

+ k

□2+

Итак, при высоких концентрациях 1«Ш преобладает тушение через границу мицелла-вода по реакции (3.5) с эффективной константой скорости к^к^. При низких концентрациях 1.Ш2+ тупениэ. идет преимущественно через выход Ат в водную фазу с последующим тушением в воде. Дополнительным подтверждением , предстевленного^ механизма слу:шт тот факт, что т

наб.".-

зависит

от концентрации Определены

мицелл ШЗ только в области низких концентраций мв' значения констант солюбилизации антрацена Ка и констант скорости выхода А*1 из шщелл СТАВ и ТрХЮО в водную фазу.

Отгачиз кинетики туша-ния &.т в Nais связана с солюбилизэ'цией

- '! -

1

.100 40'* ^ '/Г с-' X .ш аои/н.о •/ (Му}* м ^ ах ю 15 ЖЛ Н ' ю'1 отдв Ю ,—'— * ^—^ 1П\/1 п г ю - *о

:"10'5 ТпЫХ-юо - Ш - ю ■р*^ ему') п г щ /а • /о* г - >/0'3 ** с-' и сп\/? М 4 ^1 г з « ^ < 7

Рис.2. Штери-фольмеровская зависимость обратного времени жизни

Аг от концентрации МВ2+ в

ЕШН/Н20: СА1 =

различных средах ^

Ы0~4М; ТрХЮО: £1,11= 4.1-10"4М, Ш=1 -10"'4М; СТАВ: [М]=З.Г>10-4 И, Ш= 3.0.10"5м; НаЬЗ: £ММ.2-10~3М, Ш=8.6-10~5М.

ГлВ2+ апганныш .мицеллами. Параллельно с уменьшением гремени ш-ш Ат по мере увеличения концентрации МВ?+ происходит уменьшение выхода триплетов. Уменьшение выхода триплетов с язано с тушением

* О л. %

А®1 чороз образования КПЗ между А к МВ ь мицеллах. Кинетика гибели Ат носит экспоненциальный характер и наблюдается штерн-'фольмеровская зависимость времени жизни Ат от концентрации МВ2+ (рис.2). Поскольку наблюдаемая константа тушены но завигаг от .концентрации мицелл (М) основным каналом динамического тушештя является реакция:

гл, 1

+ м

1-1

1=1,2....

быстрое тушение

Т.е. происходит обмен ионом ЫВ2+ между м деллой содержащей 1 молекул МВ2!1 - М^, и мицеллой'содержащей I молокулу вовОукденного А (без МВ2+). Тогда: . ' ■

д

(НА1)

-^СА1 ]•[«]■

1ке

ср-1

■ ехр (■- <ц>)=к £ Ат ] <| о [ М ] =к £ А'г ] £ г.!П ).

« 1 11

Эксперименты по зависимости ке от концентрации добавленной соли подтверждают такой механизм. Сильная зависимость к0 от ионной силы-раствора (добавление №111=0.12 К уполичивпат ]•: более

■■ - р, -

м

А

чем на порядок ) подтверждает принятую модель.

Моделирование фотоаитетичеокой антенны ш основе водно-жицелмярных растворов. Предложена мицеллярная система являющаяся моделью фотосистемы I природного фотосинтеза в которой в результате поглощения кванта света и цепочки химических превраще15-ний образуется восстановленный метилвиологен - МВ+" способный

восстанавливать воду до водорода. Поскольку триплетно- возбуж-

р,

денний антрацен восстанавливает МВ в СТАВ или ТрХЮО с выходом радикалов -100%,он был выбран в качестве реакционного центра. Поскольку А не поглощает в видимой области,для поглощения света в видимой области и передата энергии на А нужно использовать другие молекулы. Были найдены красители (эозин, урашш, поверх-ностноактивннй аналог Пи.(Ъру)|+) поглощающие свет в широком, спектральном диапазоне и эффективно передающие энергию на Ат. Погазано, что при использовании т^ох красителей вместе эф!»ктив-ности их складываются.

Глава 4. Кинетика концентрациошюго тушения триплетного фоофитина "а" в момбранах лшгосом. Исследовалась кинетика концентрациошюго тушения триплетно возбужденного феофитина в лжю-сомах. Феофитин (£ф), солюбилизированный липосомами, возбуждался излучением рубинового лазера (А.=694нм) в Т-образной-схеме. Затухание триплетов Фф (Т) определяется реакциями: Б0 + Ь» -► Б1 .........- ТТ —► Б0' (4.1 ) -Т + 3° —> 2Ба (4.2) Т + Т —► 2Б° . (4.3)'

Экспериментальным доказательством затухашш ФфТ по механизму (4.1)ч(4.3) слукит зависимость времени полупревращения т от среднего числа молекул Фр в лшгасоме <ц> (реакция (4.3)) и увеличение 11/г с уменьшением энергии возбуждающего импульса лазера (реакция (4.3)).

ЛипосомалышЯ раствор можно рассматривать как ансамбль практически независимых реакторов,в каждом из которых•содержится небольшое число частиц (-1-10), поэтому для бимолекулярных реакций' неправомерно использовать статистичс:ки усредненный закон действующих масс, справедливый для гомогенных растворов. Необходимо учитывать статистику распределения реагентов но реакторам - ли-пссомам. Распределение молекул по липосомам можно ппроксими-

- у -

ровать распределением Пуассона: ш(п)=^у^--ехр(-<р.>). При возбуждении лазерным импульсом в лшосоме, содержащей п молекул <Еф, случайным образом возбуждаются от О до л молекул Фф. Обозначим через ?п ^(1;) вероятность, как функцию времени, обнаружить 1 триплетов в момент времени ОО в липосомах, содержащих, п молекул Фф. Тогда кинетика гибели £фт в липосомах с п молекулами Фф определяется как математическое ожидание: ■ п

FQ

1.Рпд(Х).

Если известны И (t), то кинетика гибели триплетов в суспензии липосом определяется из уравнения:

со

tT(t)] = £Lib£ (d(n)'t^(t), (4.4)

П=0

где [Ц] - концентрация липосом в растворе,- a [T(t)3 - средняя концентрация <1фт в рьстворо в момонт времени t.

■ Вероятности перехода липоромы, содержащей п молекул Фф, из которых 1 возбуждены, в состояние с 1-1 возбужденными молекулами за время At определяется как kjiAt-tofAt) в результате реакции • (4.1);-и как kgKn-lJAt-KHAt) а результате реакции (4.2) (схема I). Вероятность парохода из состояния с~1 триь-.отами в состояние с 1-2 триплетами по реакции (4.3) равна SC^lígAt+oíAt) '1(1-1 )Jc,At+o(At) .'

Схема 1,

п, 1—1

п, 1+1

.c^+kgKn-lN^ (1И )+l<g(l+l) (п—1-1)

■ ЕЗ

kgld-D /

\кз(1+2)(1+1)

п, 1-2

Эволюцию -Р ^(t) описывает система дифферетшальисг-разшстшх уравнений:

. -Pn>n(t) = (k,n).Pnin * ПСзП(п-1)].РП1П , "¿n.n-l^ = ИК^кгНп-и].^^., f .pn>u_, -

. • . - ¡miü

' I п,п*

-pn-1(t) = П^Ш^п-Щ].^, f. k,,i(l-;).pn>t

- [к1(1+1)+к2(п-1-1)(1+1)-РпД+1 - кд(1+2)(1+1)-РпД+2 .•

-pn>a(t) ='[к. + (П-1)к2].Рг1И + 21<з.Рп>2 . •

Начальные условия определяются как вероятность возбуждения 1 " из . п молекул Фф под действием лазерного импульса.

Pn>1(t=0) = C¿al(1-a)ri_l.

где а - вероятность возбуждения одной выбранной молекулы Фф в

лшосоме с п молекулами Фф. Вводя производящую функцию:

■ п

Pn(B,t) = £ B1.Pnfl(t) , |в|<1.

свели систему к уравнению в частных производных:

{QY

tk.+IMn-l)) [ко(з+1)-коЗ] —р^Ч ' '

1 ¿ дз 0 da¿ J : . '

Решение этого у\ .внения записываемся в виде ряда п

Fn(t) = Y a^n>(s)-exp(-^n>-t) . (4.5)

feo

с коэффициентами, определяемыми рекурентными соотношениями.

По формулам 4.5 и 4.4 был проведен численный рассчэт кривых • затухания при разных значениях <ц>. Варьируя величины констант скоростей реакций 4.3 и 4.3, добивались наилучшего согласия с экспериментом. Значение константы скорости реакции 4.1 к1 прини-. мали равным.31.учению константы этой :ке реакции, измеренному ' в мицеллярном растворе ТрХЮО (^=2-103 с ). Константы скорости реакций 4.2 и 4.3, определенные в результате вариации, равны соответственно 300 с"1 и 4000 с-1.

Проведен анализ отличий в поведении кинетики, предсказываемой статистическим подходом и детерминистическим законом гибели второго порядка.

Глава 5. Механизм восстановления мотилвиологена аскорбатом, фотосонсибилизировакный феофитшюм в мицеллярной среде и в ли-посомах. В 5-7 главах исследуется процесс трансмембранного восстановления МВ2+ аскорбатом в липосомах с феофитином в мембране. В этой главе рассмотрена первая стадия процесса - редоке тушение' т'риплетно возбужденного феофитина (vjT) в мицеллярном растворе неионных мицелл ТрХЮО и в липосомах. i

Показано, что М32+ в концентрации до 0.IM не тушт Ффт. Добавление аскорбата (АН-) приводит к уменьшению времени жизни

Ффт. Симбатно с кинетикой гибели Ффт (А,=501нм) наблюдается образование интормедиата, спектр которого соответствует известному ■ спектру Фф~'. Дополнительное введение МГ?'+ в раствор приводит к ускорению гибели радикалов Фф"' и появлешш поглощения восстановленного ион-радикала Ш*', что связано с восстановлением :ДВ2+ радикалом Фф-'. Образовавшиеся радикалы МВ+' гибнут вследствие окисления ион-радикалом АН" или дегидроаскорба^ом. Тушение флюоресценции Фф ни аскорбатом (при [АЧ~К0.7М), ни метилвио логе ном (при 1МВ^]<Ю"^М) не набподалось. Схема основных реакций' процесса может быть представлена следующим.образом:

5.1) Фф + 1и» -► фф3 .........ФфТ

5.2) Ффт -► Фф

5.2а) Ффт + Фф-► Фф + Фф

5.26) Ффт + Ффт -» Фф + Фф °

'5.3)' _ ,-. Фф-' + АН'

Ффт + АН -(

5.4) 4-► <Еф + АН

5.5) АН' . А"' + Н+

' Г

5.6) Фф _ + А" Фф + АН

5.7) ' Фф"'" + ЫВ2+ ——♦ Фф + МВ+* •

5.8) МВ+>' + А" МВ2+ + АН" ■5.9) • А"' + А~" А + АН"

В мицеллярном растворе наблюдается экспоненциальный закон гибели Ффт с временем лизни 490 мкс (при малых <ц>). Штерн-фольмеровская зависимость при тушении Ффт аскорбатом дает константу йкорости'тушения кд-Кд 3+кд 4=(5.0±1.5)• Ю4(М с)-1. Кинетика гибели радикалов Фф- в двойной системе Фф - АН- описывается кинетикой реакции второго порядка (реакция 5.6). Таким образом, тушение Ффт и превращение радикалов Фф"' в мицеллярной сис-» теме подчиняются общим закономерностям, -характерным "ля кинетики химических реакций в гомогенном растворе. Значения констант скорости реакций'5.3) + 5.80 в мицеллярной среде '-пределялись путем численного решения обратной кинетической задачи. Для определения значений констант скорости реакций 5.3)-5.4) расчет, проводился при различных концентрациях АН" и нулевой концентрации МВ2+. Для _ определения значений констант скорости реакций 5.7),о.8) моделировали кривее для'трехкошонентной системы ФФ-АН~-МВ2+ (табл.1).

В лиломсомах кинетика тушеш'" Ффт носит более сложный характер: она неэкспоненциальна, и при тушении АН" не описывается

-К. -

штэрн-фольу^ровскоЯ за- Таблица_1. Величины констант скоростей висимостыо. Однако, зависимость времени накопления Фф~" от концентрации лЛ" близка к зависшости Штзрна-Фольмера (рис.3). Это связано с тем,что только часть молекул Ффт доступна тушению АН". В изобестической точке радикалов Фф"' \=501нм (Ае^=0) изменение оптической плотности гэствора будет определяться кинетикой гибе| ли ФФт: СБ(1;)=дет.Фф(1;)=лет (Фф1п(1)+«фои1.(г)).

Для времени полупревращения .... .....

при 0 —♦ 0 получим:

1 1 _ бкдО

г ■ ~ 1п2

4/2

где \уг- время полупревращения <Ефт при [АН~)=0, а 9 -доля молекул Ффт, доступных тушению из внешнего водного объема. Тангенс угла наклона зависимости от [АН-]

при (АН-]—*0 дает значение кче=(2.2±0.5).105(Мс)-1,а из штерн-фольмеровской зависимости времени накопления

Фф-' - значение к„=(4+0.6)-

4-1 ч

10 (Из) . Отсюда получаем

оценочное значение е=0.55±

0.15.

Из зависшости выхода радикалов Фф-' от концентраци" АН-опре,г1ле1 выход радикалов из клет]Ф51^,3/(^5.3+^5.4) " 0.65.

Исследование,реакций Фф в триплетном состоянии с аскорба-' том и ИВ2+ в млцеллярном растворе и в суспензии липосом показало, что качественное поведение регсцин одинаково, однако кинетика отделышх стадий существенно различаются. Полученные данные свидетельствуют о "воссыновительном" механизме сенсибилизиро-

. - ! - - ' '

реакций.

N р-ции Мицеллы Липосомы

5.2 Ю3с-1 5.3 (Мс)~1 5.4 (Мс)-1 5.6 (МС)"1 5.7 (МсГ1 5.8 (Не)"1 2.04+0.05 (3.0±0.9)-104 (2.0+0.6)•104 (2.0±0.4)-108 (1 .6+0.6)-Ю6 (2.0±0 2.2±0.2 (2.6±0.б) '10"3 (1 .4±0.4)-105 (9.0±1 .4)-10б (1.2+0.?)-10® 3)-10Т

Рис.3. Зависимость обратного времени накопления Фф-' от концентрации АН- в суспензии липосом.

ванного переноса электрона от АН к MB через образование промежуточного продукта Фф~'.

" ' Глава 6. Исследование влияния трансмембранного потенциала на рекомбинацию-ион-радикалов в лкпосомах. В этой главе иссле-до1 .ш реакции рекомбинации ион-радика.гов, причем рассматривается случай, когда они обладают существенно различными „шпофилыш-ми свойствами,в результате чего один ион-рада.кал - гидрофобный -локализован в мембране липосом, а другой - гидрофильный - во внутреннем водном объеме липосом; реакция рекомбинации протекает вблизи поверхности липосом.

Исследованы рекомбинации радикалов, образующиеся в реакциях гидрофильного аскорбата, растворенного во внутреннем объеме липосом, с триплетно-возбуждешшми Фф или БФф, локализованными в мембране, а также радикалов,образующихся в реакциях возбужденного гидрофильного пигмента Ru(bpy)|+, растворенного во внутреннем объеме липосом, с поверхностно-активными аналогами метилвиологе-на - (Cj4Y ) и (CjgV ), растворенными в мембране.

Кинетику гибели радикалов 4ф~, БФф~ и виологенов регистрировали вблизи максимумов их полос поглощения (\=465им, А.=425нм и Я^бЮнм соответственно).

Трансмембранная разность потенциалов создавалась за счет введения в мембрану валиномицина - селективного переносчика ионов К+ - в условиях трансмемс^анного градиента ионов К+. Зт'эк разности потенциалов считали положительным в случае положитепьно заряженной вненней границы липосомы. Приводится расчет трансмембранной ' разности потенциалов в условиях эксперимента: A^-60-j—100 мВ (Дф="-") и Дф*+18а мВ иф="+").

При редокс тушении триплетно-возбужденного пигмента Рт (Фф или БФф) аскорбатом образуются радикалы Р~' и А-'.

Показано,что трансмембранная разность потенциалов влияет на скорость гибели радикалов Р" и А"" (рис.4). Как видно из рисунка, при положительной разности потенциалов рекомбинация замедляется, при отрицательной ускоряется. Среднее время жизни .радикалов пигмента определяется выражением:

♦то

<т> = £ p(t)tlt , где p(t) = Р~(.;/Р~(0),

значения <t>_, <т>р, <т>+, соответствуют условиям ¿$="+",0,"-". В таблице 3 приведены значения среднего времени жизни радикалов, полученные интегрированием соответствующих зкспзркменталь-

- 14 - ...

них кривых.

Кинетика гибели радикалов Фф~" и ЕФф~' (при Лф=0) хорошо -0.50-спрямляется в координатах со-закону гибели

Ш(Б(1)/В(о))

ответсвующих г~иг (рис.6).

системе с Ни(Ьру)д+ во ппутреннем объеме л1шосомы и поверхностно-активными аналогами метшгеиологела С^У" и С^-дУ"1", растворенными в мембране, при воьбуздешш „,

о, — о..

Ки(Ьру д наблюдается его ре-докс туше гаю виологенами. Ион-радикалы Би(Ьру)з+' и СПУ+-рекомбмшруют с кинетикой хорошо описываемой законом . Внешнее электрическое поле,как и в предыдущем случае, влияет нп скорость гибо.л радикалов

-1.50 -

-2.50

■О -

■4.50

1.

ч

I-1

ГКЩЖ 'О' ^Л'.'Ч*»* 4 * ¿¿Я?

0.000

м 1 I I м 0.002

1 Г1 Г Г' Г I I I Ч V м

0,004

т, (с)

Рис.4. Полулогарифмические анаморфозы кинетики гибели радикалов БФф при Лф="-","0","+". (рис.5), однако есть качественное отличие влияния знака Дф на скорость гиболи радикалов СПУ+' по сравнению с гибелью Р-': положительная разность потенциалов приводит к ускорению гибели, а отрицательная к замедлешио.

Таблица_2л Зависимость среднего времени жизни' радикалов от знака электрического поля в мембране;влияние поля на выход радикалов (И) в реакции тршлетного пигмента с тушител-м внутри лшосом.

<т>0, мс <т>+, мс <1>_, мс Я+/Но

<Тф/АскорОат 1 .0б±0.05 1.5±0.05 0.84+0.05 1.4+0.3 0.95+0.1

ЕТф/Лскорбат 1.12±0.05 7.5+1.0 0.9510.05 1.1 ±0.1 0.98+0.1

Гл1(Ъпу):'С13У 0.90+0.С ) 0.67+0.03 1.00+0.03 1.0±0.1 1.1+0.1

Т!и(Ьру)3/0иУ 0."1±0.06 0.52+0.02 0.75+0.08 0.9+0.1 1,С5±0.1

¡Гэ^гсгцаэмое вляяш'о грлне; юмбрзшюго поля на кинетику с^ртто*! рекомбинации. родякаиов о су?;сетиэяпо различными липо-

■'•.•■•.гогл свойства га?ю с глепхть. ;:схолл из сдодутамх прчд-

" - ! Ь -■ ' ~ ■ '

ДО)

СХм/ИП-Ч

Рис.6. Анаморфозы кинетики гибел.: радикалов Фф~", БФф-',

С18У+\ 014У+' при Аф="Ои.

а) и д) радикалов Фф-', 0) и е) радикалов БФф-',

в) и к) радикалов С(',

г) .и з) ра,;икалов С)4У+'.

1Л(Шпе)

-0.20 :

-0.70

-1.20 -

-1.70

Рис.5.Полулогарифмические анаморфозы кинетики табели радикалов С18У+' при разности та--2.20 тенциалов Аф="-","0","+".

1Щва)мо))

•0'

I и 11 11' г' > г,

0.-0000 0.0005

ТИИрИШПП

0.0010 0Х.Л5

т. (с)

1) электростатическое поле изменяет константу скорости переноса электрона между донором и акцептором,расположенными на некотором расстоянии г между собой. При этом подвижность гидрофоб''ого радикала в мембране решающего значения не имеет.

2) электростатическое поле приводит к дрейфу гидрофобного ион-радикала в радиальном направлении мембраны р соответствии с направлением поля Е, а скорость рекомбинации контролируется движением гидрофэбного ион-радикала к зоне локализации гидрофильного исн'-радикэла в водной полости липосомы.

^На основе качественного анализа только систем с Фф и Щф нельзя отдать предпочтение одному из этих д ух механизмов ( оба механизма качественно объясняют эксперимент ). Выбор позволяет сделать англ\? сис-зм с НиСЬру)!^ - СПУ2+. При положительной разн'.'гти потенциалов перенос электрона (механизм I) будет проис-

ходить пробив поля Е (реакция должна замедляться), а дрейф катион-радикала (механизм 2) Судет направлен к внутренней границе мембраны ( ускорение рекомбинации ). В экспериме- те при Дф="+" наблюдается ускорение рекомбинации, что позволяет отдать предпочтение е/орому механизму. Такой же вывод вытекает из рассмотрения отрицательной разности потенциалов. Несколько большее от-, носительное влияние полозкител: лого потенциала объясняется различием в абсолютных значениях величья Аф="+" и Дф="-".

'Согласно существующим представлениям молекулы Фф и Иф локализоваш в мембране таким образом, что порфиргаовое кольцо находится преимущественно вблизи границы раздела липид/вода, а фитолышй хвост погружен в липидный бислой мембраны. Аналогично представляют положение поверхностно-активных виологвнов. Коэффициент диффузии радикала А" и Ни(Ьру)д+' в воде близок к Ю-5 см2/сек. Коэффициент латеральной диффузии гидрофобного

радикала составляет по порядку величий 10"т+10~8 см2/сек.

— ■

Среднее время диффузии А или Ии(Ьру)з к поверхности липосоми составляет величину порядка 5>10~8сек. Сравнение этого характерного времени с масштабом времени протекания реакции гибели радикалоз (10-4+5>10-3 сек), позволяет- считать, что радикалы А-' -и 'Ни(Ьру)д+' равновероятно распределены во внутреннем водном объеме липосоми, а скорость' реакции определятся медленным движением гидрофобного радикала В'липидв в радиальном направлении.

Кинетика гибели радикалов в. мембране описываться законом (Г1/'2 при больших глубинах превращений (рис.в), что свидетельствует в пользу того, что она подчиняется закономерностям квазиодномерной диффузионной гибели.

Несмотря на неопределенности в значении коэффициента диффузии радикала в мембране в радиальном направлении и в начальном распределении этого радикала внутри мембраны, заключение о характере ёго движения могаго сделать, исходя из расчета отношения ередшк гоомен (Т_:Т0:'Г+) достикенпя точечным зарядом внутренней границы сферического кондонсатора и сравнения- полученных значений с экспериментальным отношением <т>_:<т>0:<т>+.'

Для реакции рекомбинации мояго принять следующую модель. В 'начальной нсмонт врзшни на расстоянии г в мембране происходит образование радикллов Р~' и л"' или Пи(Ьру)д+' и У+'. ГидрсЯГиль-

ный радикал (А"' или Нифру)^"1"), будучи более подвижным, быстро выходит в водный внутренний объем, где располагается в дальнейшем. Кинетика гибели определяется медленной диффузией гидрофобного радикала (Р-' 'или V"1"') к е утреннему водному объему. Т.е., задача о кинетике рекомбинации двух рапикапов сводится к задаче . о диффузии точечного заряда (который отождествляется ; гидрофобным радикалом) в поле сферического конденс; гора ( заряженной •мембраны липосомы). При этом движение во, внешнем направлении мембраны ограничено, т.к. ион-радикал Р"" или должен преодолевать барьер при погружении в липидный Сислой. Поэтому можно ввести отражающую границу Н для движения этих радикалов в наружном направлении. Для гидрофооного радикала, находящегося в начальный момент времени в положении г0, время первого достижения границы (Т) точечным зарядом определяется уравнением:

л, г С'Аср , <1Т(г), 1 й |Г2(Ц?(г) , . в с кТ-г "йг 1 г аг Тг '

граничные условия Т(г)| = 0 ;

1Г=НШ '

= О

Г=И

где 0=4/(1/11.^-1 ) - емкость мембраны, а Дф - разность потенциалов на мембрэяе', а Б - коэффициент радиальной диффузии. 1 Результаты интегрирования показывают, что сношение Т+:Т0:Т_ ( при Дф="+",0,"-" ) не. зависит от значения коэффициента диффузии Б и определяется величинами Е,г0,Н. Сравнение расчетного отношения времен с экспериментальным <1>_:<г>0:<т>+ позволяет оцещ^ть положение эффективной отражающей границы И для движения радикалов в мембране. Для фф и БФф она расположена . на глубине около 10 1 относительно внутренней границы мембраны, а для виологенов ~ Б А. \

Исходя из наблюдаемых кинетик гибели гидрофобных радикалов, а также размеров зоны их движения, оценен коэффициент диффузии в радиальном направлении: Б=2-Ю~11 см2/сек для ФФ-' и БФф-', и 1М0-11 см^/с для виологенов.

Чтобы сравнить экспериментальные кривые гибели радикалов с кинетиками, предсказываемыми описанной диффузионной моделью, были выполнены прямые расчеты путем численного решения диффузион-. ного уравнения. Расчет проводился для наборе кинетик рекомбинации фф-' и А-' гфи разных значениях <ц>. Наилучшее согласие расчета и эксперимента получено при г0=К1п+1А, Н=Н1п+эА', $*10-11см2/с, что согласуется с оценками, сделанными на основе

анализа от ;ов с электростатическим полем на мембране.

Проведенные расчеты относятся к существенно упрощенной модели процесса, тем не менее сопоставимость, эх.-яерименталышх отношений времен гибели и расчитанных, а также хорошее описание кинетики процесса позволяют полагать, что движение радикалов в радиальном направлении действительно подчиняется законам диффу-. зиошгого движения.

Глава 7. Трансмембранный перенос электрона в липосомалыюй системе аскорбат-Фф-МЗ^"1" и влияние на него трансмэмбранной разности потенциалов. В этой главе исследуется вопрос о том, каким образом ион-радикал Фф-', образующийся на внутреннем монослое, восстанавливает МВ2+ во внешнем водном растворе, исследуется рлияние трансмембранного электрического поля на процесс трансмембранного восстановления МВ2+.

При фотолизе феофитина в липосомах с аскорбатом во внутреннем водном объеме продуктом реакции Ффт с АН^П является радикйл ФТГ' на внутреннем монослое мембраны (Фф~"). В дальнейшем ССф^-мозхет либо погибнуть в обратной реакции рекомбинации с Л-' (7.0), либо участвовать в трансмембра.шом восстановлении МВ2+ (7.1): ■

Фг1п + A¡¿+ АН", . •• (7.0)

Фф^ + -, + мв+- • . (7.1)

Из сопоставления гашетшс изменония оптической плотности- на для- п нах волн А=460нм (полоса Фф-') и \=395нм (полоса ЫВ+') в суспензиях. липосом содержащих различное количество !ffl2+ во внешнем объеме, мокло .заключить, что накопление МВ+' происходит параллельно с гибелью радикалов Фф~', и определить характерное время восстановления Г,® (т4 „,„,♦). Характерное время накопления МВ+'

ZlUJJ о , о 4

но зависит о? концентрации МВ при П.® ]>1мМ, но зависит i_r концентрации <Еф мембране (ц) (рис.7). Наличио линейной зависимости от (i свидетельствует в пользу протекания роак- .

нгл обмена электроном: к

<ГФТА £|)out ^ Ф51п I- • с7-2)

ту- Ч- константы-переноса первого порядка (C71) в ситуаций о пЬ.'лкпле?.' на одной сторопо "Сглбрсни и одной молэкудой' Ф& на лругой стороне иемброш. Из данных экстраполяции ч^мв* ГТРИ I*—>*? т'ользя.стагоопочно па почать кпнал трепсмембраипого пррепо-¡rj. нэ "jrd'tcíkotí от j.i, Лсэтслг', д,т сбгротстп хягетяческоП схоки

- - , 9 - ~

»

предполагается второй канал:

Щ

'оМ

или

1п

□2+ воиг

««ш +

'оиЛ

(7.3)

Экспериментально измеренная кдфф гибели^ Фф-' в пределе высоких концентраций Фф равна 5Ь0±90 с-1. Тогда в предположении к^к получим оценку 1^=1100 с-1.

При высоких концентрациях МВ лимитирующей стадией становится трансмембранный перенос электрона, эффективная константа скорости восстановления МВ2+ будет определяться выражением:

ЮЛ)

8.0

(1/т1/2)*10

кэфф.=кг+5?пер. • гда \гэр.= + 11о* Из линейной зависимости от р. (рис.7) получены

к+ равное 300±100 с"' и величина к0, не превышающая 500

I Экспериментальная зависимость квантового выхода восстановления МВ2+ . от ц,измеренная в условиях стационарного освещения, имеет выраженный максимум. Численный расчет? с использованном значений констант, измеренных в опытах но импульсному фотолизу, и данных по выходу флюоресценции Фф в липосомах ка функции р., показал, что наилучшее согласие с экспериментальной зависимостью достигается в случав протекания ^ двух параллельных реакций трансмем-'бранного переноса электрона 7.2 и 7.3 при значениях к|=300±Ю0 с "

значение _-1

6.0 -

4.0 -

2.0 -

0.0

О

—I— 10

20 30

40

„ч

ко=500±Ю0

Рис.7. Зависимость трансмембрашюго ления МВ2+ от ц.

:1/,г реакции восстанов-[АН^П]=0.5М,

о Из сравнения величин к+ и к0 следует, что при ц^Ю перенос электрона определяется в. основном процессом 7.2. Реакция 7.3 может интерпретироваться двумя кинетически неразличимыми способами: либо пто диффузия через мембрану ', что, правда,• маловероятно, либо тунелирование электрона с фп^ на МВ2^. Последний процесс можно рассматривать как конкурентно способный, если предположить, что МВ2+ способен

достаточно глубоко проникать в мембрану лшгасом, благодаря спо-! собности образовывать комплексы с переносом заряда с анионами С1~,Вг~, незаряженные как целое.

Влияние трансхе.в.Оранной разности потенциалов, на процесс воссгглковления В стационарных и импульсных экспериментах

наблюдается увеличение скорости восстановления МВ2+ в тройной системе,если на мембране приложена положительная разность потенциалов. В импульсных экспериментах это уменьшение времриг накопления МВ+' равно ~2 (6). Это уменьшение складывается из чвух составляющих: во-~ервнх, уменьшается константа гибели радикала Фф~' на внутрешюм монослое и, во-вторых, увеличивается константа перелоса электрона .ерез бислой. Константа гибели кр уменьшается в 1.4 раза (табл.2). Простая оценка увеличения ¡с^ может быть получена,учитывая,что накопление МВ*' происходит с эф-' ФэктивноЛ константой равной кр+к^ . Тогда Откуда к^9р1+к^=е> (^др^+кр). Оценка величины к^0р_, сделанная по этой-формуле, дает значение к^0р ~ 5800 с-1 при ц-8. Т.е. в случае положительной разности потенциалов константа перегоса электрона через бислой увеличивается ~ в 3.4 раза. ;

Использована получештх величин кд ,кр для-оценки увеличения квантового выхода восстановления МВ<,+ при положительной разности потенциалов дало значение ~2, что соответствует наблюдаемому в стационаршх экспериментах увеличешио квантового выхода от ~15да до -28%.

о.

Таким образом процесс трансмембранного восстановлегая МВ протекает по двум параллельным каналам, причем при основным становится канал тунелирования-электрона с <№7^ на ФФои^» который характеризуется достаточно высоко,! константой скорости переноса 300 с . Такал константа тунелирования по существующим представлениям может осуществляться на расстсяшю <[5 А, тогда крк толщина мембраш 50Л. Описагапй в главе 6 диффузионный механизм рэакцви ретсомбтгации предполагает радиальную подвиг гость лцт но г..уйшу ~10А, ню объясняв •• принципиальную возможность сутстшшшя такил высоких скоростей реакций переноса.

ВЫВОД"'

1, 1Ь пргегоро ропкцгш туноштя тр'шлетного онтрацэпа, солюбпли-зиросглтаого шщэллши, дикатионом МВ''1" установлен механизм туие-

' ния триплета гидрофобного аррена гидрофильным тушителем. Установлено влияние поверхностного заряд? мицс -шы на соотношение кэналов этой реакции.

а) При малых концентрациях МВ2+ лимитирующей стадией в тушении триплетно-возбужденного антрацена в мицеллах СТАВ и ТрХЮО . Ш3~+ является выход возбужденного ант^цена в водную фазу с последующим его тушением МВ . При высокой концентрации МВ с ка: налом выхода А в водную фазу конкурирует тушение через границу

мицеллы. Определены константы скорости выхода Ат из мицеллы, константа равновесия Ат в мицелляршх растворах СТАВ и ТрХЮО.

б) Тушение триплетно-возбужденного антрацена в анионных мицеллах КаЕь -шрвделяется процессом обмена иона МВ' между мицеллами. Добавление электролитов На01, 1>1С1 и др. в концентрациях до 0.1 М ускоряет процесс гибели триплетов А более чем на поря-, док.

2. Установлено влияние анионных мицелл НаЬБ на сдвиг равновесия Й сторону образования КПЗ между гидрофильным ионом мв2+ и гидро-/фобным антрацена!«. Показано, что МВ2+ солюбилизируется анионны-.ш мицеллами На15. При этом происходит эффективное тушешю флюоресценции антрацена и эбразование КПЗ мевду А и МВ2+. Тушеш-:е флюоресценции носит статический характер. Показана достаточность использования Нуассоновского распр деления МВ2+ по мицеллам для описания обоих процессов.

3. В водно-мицеллярных растворах СТАВ и ТрХЮО квантовый вьлод • фотовосстановления МВ2+ ЭДТА, сенсибилизированный эозином, ура-

шшом либо поверхностно-активным аналогом Ш1(Ъру)з+ увеличивается При добавлении антрацена. Это происходит из-за того,что А, солю-Зилизироватшы'Й тацеллами4,является эффективным акцепторо

энергии

'возбуждения -и'более эффективно ведет реакцию восстановления Ь®2+.

4. На Примере концентрационного тушения Ффт в липосомах для вписаййя 'кийеТйкй бимолекулярных реакций в .чжрогетерогенных '¿'йсТе'йахпреДло'лю'на стохастическая кинетическая модель . Показана йостатбзно'сть 'бйстемы кинетических уравнений со. стационарными константами екеро'стй -в стохастически1! трактовке для описания кинетических крйвых ГйбвЛй 2фт в липосомах.

5. Методом лазерного фотолиза установлено-, что -восстановление ^ МВ2+ аскорба: ом .фотосенсибилйзировашюв. йф-,-происходит но 'восстановительному маршруту. Определены характерные времена всех су! ' ■ '

• -22.-

ществешшх :адий этого процесса. Предложена качественная моделЬ|' трансмембранного переноса электрона от ион-радикала 5ф~" на внутреннем монослое липосом к молекуле Фф на внешнем монослое.

6. Обнаружено влияние электрического поля в мембране■липосом на скорость рокомбинации гидрофильного и гидрофобного ион-радика.г.з на внутренней границе липосом и на скорость трансмембранчого переноса электрона от ион-радикала с внутреннего монослоя (ФФ^) к молекуло ({ф на виешнном монослое.

7. Па основе исследования кинетики рекомбинации ион-радикалов; генерируемых лазеоным импульсом на границе раздела мембрана/¿ода внутри липосош (системы фоофитин/аскорбат, бакториобеофитин/ас-корбат. диоктодецилг юлоген/Ни(Ьру, дитетрэдецивиологен/ Бц(Ьру^з+) показано, что кинетика процесса определяется радиальной квазиодномерной диффузией гидрофобного ион-радикала в мембране с нестационарной константой скорости. Эффект трансмембранного потенциала на скорость рекомбинации ион-радикалов определя!-ется дрейфом гидрофобного ион-радикала в поле в соответствии со знаком заряда иона и направлением внешнего электрического поля.

* м * I

I

Основные результаты работы изложены в следующих публикациях:

1. Надточенко В.Л., Рубцов И.В., Джабиев Т.О., Механизм Фотосенсибилизированного эозшюм восстановления м&тилвиологена, / Хймическоя физика, N11, 1983, с.1515-1520. '

2. Надточенко В.А., Рубцов И.В., Джабиев Т.С. Окислитель-' ио-восстаывитэлыше реакции в мицеллярных системах. Фотосенсиг билпзировашюэ эозшюм восстановление метиль^ологена. / Изв. А11 СССР, сер. хим., N5, 1935, с.1293-1296.

3. Надточенко В.А..Рубцов И.В., Смирнов В.Л., Дкабйев Т.С ТуЕ-зше фэтсгюзбунденного антрацена петапвиологаюм в водао-гл^эяжгряйх системах. / йгтачоская фяэшса.т.б,N2,1986,0.209-213.

ДнсОиэв'Т.О., Надточокко В.Л..Рубцов К.В., Смирнов . В.А. '."одо г~гровзпэ ''¡знтонш" природного фотосинтеза в яодно-глицэл- .

: систог.). / ДСКЛ. АН СССР, т.292. Н6, 1327, ■ о.1401-1-401. , Нздюттско В.А.-, Рубцсй-Ч.В, стохаизпосков,оласспло

трл1Г9ГРого п.лпюсо?лоя'. / Хгаляческаа

т.7, лч, с. 1*Я03-Т21«и

3. ."лргтп^гкет; 1 5.3. ,Е'..ШШфОЯ

2.1'. :-з трспг,:<г:Ср£,ягсП "п;>пос':л }гспсгр!поспге лопшщэлов

на.фотоиндущгрованное разделение зарядов в мембранах липосом. / ДОКЛ. АН СССР, Т.306, N5, 1989, c.I256- T26I.

7. Надточенко В.А., Рубцов И.В., Никандров В.В., Семенова А.Н., Красновский А.А. Реакщш «офитина в триплетном состоянии в ¡"ицеллах детергента и в лжшдных везикулах. / Биофизика, т.35, N2, 1990, с.273-279.

8. Баранникова Я.В:.Надточенко В.А.,Ни"андров В.В.,Рубцов К.В..Красновский А.А. Механизм трансмембранного фотосенсибили-зированного переноса электрона в липосомах, содержащих феофи-ТИН. / Докл. АН СССР, т.312, N3, 1990, с.743-747.

9. Лаврентьев А.И..Надточенко В.А., Рубцов И.В., Денисов Н.Н., Баранникова Я.В., Никьндров В.В. Механизм веяния трансмембранного потенциала на процесс фоторазделения зарядов в липосомах. / Биолог, мембраны, т.7, N9, 1990, с.966-977.

10. V.A.Nadtoclienko, A.I.Lavrentyev, I.V.Rubtsov, N.N.Den1-sov, Ya.V.Barannlkova, V.V.Nlkandrov, A.A.Krasnovski, "Eflect of transmembrane potential on charge photoseparation In liposomes", ■Photochem. and Photoblol..Vol.53, No.2,. 1991.pp.261-269.

ii-. WJtodtochenV:o., I.Rubtsov,, A.Lavrentyev, V.IIikandrov, Ya.Bararm'ltemL, TVo'to'lndused electron transfer across liposome membrane, containing chlorophyll, pheophytln and bacter^opheophy-tln. The mechanism of the quantum ¿leld regulation by the transmembrane potential". Eighth international conference on photochemical conversion and storage of solar energy (IPS-8), Book of 'Abstracts, Pal'PTino '(Italy), July 1990-, p.69.

■25.12Л9Э1Г. Зак. 764 Объём 1,5п.л. Тир. ЮОэкз.