Клеточные механизмы организма

Контрольная работа

по биологии

2009

1 Мышечное сокращение

1.1 Модель скользящих нитей

Известно, что скелетные мышцы состоят из многоядерных клеток, связанных возбудимой плазматической мембраной, по которой проходит нервный импульс. Мышечные клетки состоят из множества сократительных волокон -- миофибрилл, расположенных параллельно друг другу. Структурно-функциональными единицами миофибрилл являются саркомеры, которые располагаются вдоль мышечных волокон через каждые 2,3 микрона. На электронно-микроскопических снимках продольного среза мышечной ткани видно, что саркомер состоит из параллельных рядов толстых и тонких нитей.

Вертикальные темные линии Z соответствуют специальным структурным белкам, разделяющим миофибриллы на саркомеры. Между ними видны горизонтальные нити сократительного аппарата. От Ж-линий отходят тонкие нити, которым на снимках соответствуют светлые полосы Н. В центральной части саркомера расположены толстые нити, которым соответствуют темные полосы. В середине каждой полосы А вид на более светлая полоса Н. Наличие двух темных участков полосы А определяется тем, что в этих зонах толстые нити перекрываются тонкими. Более светлая полоса соответствует участку саркомера, где толстые нити не перекрываются тонкими.

Толстые нити состоят главным образом из молекул миозина. Тонкие нити состоят из белков трех типов: актина, тропомиозина и тропонинового комплекса. Толстые и тонкие нити взаимодействуют друг с другом с помощью поперечных мостиков длиной 13 нм, которые через регулярные промежутки выходят из толстых нитей и заполняют щели между соседними толстыми и тонкими нитями.

При сокращении мышцы ее длина укорачивается на одну треть. Как это происходит, стало понятным в начале 1950-х гг., когда Э. и X. Хаксли и Ж.Хэнсоп на основании исследования структуры мышечных волокон методами рентгено-структурного анализа, оптической и электронной микроскопии независимо друг от друга пришли к модели скользящих нитей. В основе этой модели лежат следующие факты:

· при сокращении мышцы длина толстых и тонких нитей саркомера не меняется;

· саркомер укорачивается за счет перекрывания толстых и тонких нитей, которые скользят друг относительно друга при сокращении мышцы;

· сила, развиваемая мышцей, создается в процессе движения соседних нитей.

Скольжение толстых и тонких нитей друг относительно друга совершается за счет энергии, выделяющейся при гидролизе АТФ. Открытие АТФ-азной активности миозина было сделано отечественными исследователями В. А. Эигельгардтом и М.Н. Любимовой в 1939 г. Они показали, что препараты миозина способны расщеплять АТФ до АДФ и Ф_н. Ими было также установлено, что добавление АТФ к белковому препарату, состоящему из нитей миозина, влияет па его механические свойства. Вскоре после этого А. Сцент-Дьёорди установил, что в растворе актин и миозин образуют так называемый актомиозиновый комплекс, в отсутствие актина миозин плохо гидролизует АТФ, а в присутствии актина АТФ-азная активность миозина возрастает приблизительно в 200 раз.

1.2 Элементарный акт мышечного сокращения

Молекулы миозина и актина, взаимодействуя друг с другом, образуют актомиозиновый комплекс. В покоящейся мышце миозиновые мостики не проявляют АТФ-азной активности, поскольку тропомиозин и белки тропонинового комплекса препятствуют взаимодействию головок миозина с нитью актина. Активация актомиозинового комплекса инициируется ионами Ca. Их концентрация в цитоплазме расслабленной мышцы составляет менее 0,1 мкмоль, что обусловлено работой Ca-насоса саркоплазматического ретикулума, который перекачивает ионы из цитоплазмы в специальные цистерны. Под действием нервного импульса ионы Ca выходят из кальциевых цистерн и связываются с тропонином С -- регуляторным белком тропонинового комплекса. В результате запускается цепь коиформационных превращений остальных белков тропонинового комплекса, что вызывает изменение положения тропомиозина относительно нити F-актина. Таким образом, благодаря последовательным структурным перестройкам белков тонкой нити, инициированным повышением концентрации ионов Ca, головка миозина приобретает возможность связываться с актином. Сила, которая вызывает движение молекул миозина вдоль нитей актина, возникает за счет структурных изменений, происходящих в каталитическом центре миозина после гидролиза молекулы АТФ. Работа миозина напоминает функционирование механического устройства, в котором «головка» и «шейка» миозинового мостика выполняют роль своеобразного рычага, позволяющего существенно увеличить амплитуду смещения миозинового «хвоста». Этот рычаг одним из своих концов опирается на актиновую нить, другой конец рычага соединен с «хвостом» молекулы миозина.

После гидролиза АТФ и диссоциации АДФ и Ф_н из каталитического центра в «головке» миозина происходят перестройки, в результате которых зацепленная за нить актина «головка» миозина поворачивается на 30-40°, увлекая за собой «хвост» миозина. Так возникает сила, вызывающая скольжение миозина вдоль нитей актина.

1.3 Рабочий цикл актомиозинового комплекса

В процессе сокращения мышцы каждая «головка» миозина совершает многократные повороты, периодически изменяя угол наклона относительно нити актина. В расслабленной мышце миозиновый мостик отделен от активной цепи. Свободная «головка» миозина обладает определенной степенью подвижности; угол ее наклона относительно «хвоста» может изменяться. При связывании молекулы АТФ с актиновым центром миозина его «головка» остается отсоединенной от актина.

В каталитическом центре миозина молекула АТФ расщепляется до АДФ и Ф_н, которые остаются связанными с каталитическим центром. Вслед за этим происходит присоединение «головки» миозина к активной нити: сначала образуется слабая связь, затем возникает более прочная связь. При этом вращательная подвижность миозинового мостика становится ограниченной. Прочное связывание «головки» миозина с актином инициирует освобождение Ф_н из активного центра, что вызывает дополнительное увеличение сродства миозина к актину. В результате этого появляется сила, вызывающая поворот мостика в сторону «хвоста». Вместе с поворотом мостика смещается вдоль нити актина «хвост» миозина, который соединен с мостиком с помощью шарнирного сочленения. Благодаря продольному смещению «хвоста» миозина происходит сокращение длины саркомера. После смещения «головки» миозина, инициированного диссоциацией фосфата, молекула АДФ выходит из каталитического центра. Ее место занимает новая молекула АТФ, что сопровождается отсоединением «головки» миозина от актина, завершающим цикл структурных преобразований в активном центре миозина. В результате многократно повторяющихся циклов гидролиза АТФ возникает направление скольжения нитей миозина и актина друг относительно друга.

В мышечных волокнах молекулы миозина работают не индивидуально, а кооперативно, в составе крупных макромолекулярных ансамблей. При сокращении мышцы лишь сравнительно небольшая часть миозиновых мостиков одновременно находится в контакте с окружающими нитями актина. При этом молекулы миозина, у которых мостики отсоединены от актиновых нитей, во время сокращения саркомера перемещаются вместе с остальными молекулами миозинового жгута. Такое движение свободных мостиков происходит за счет работы других мостиков, которые в это время непосредственно взаимодействуют с нитями актина. Иными словами, каждый мостик не просто «шагает» вдоль нити, равномерно «ступая» между соседними звеньями актиновой цепи, а как бы «прыгает» вдоль нее. Длина таких «прыжков» составляет 36 -- 38 нм, что многократно превышает размер индивидуального шага. Таким образом, сокращение мышечных волокон обеспечивается за счет кооперативной работы большого количества молекул миозина, собранных в толстые нити. Движение пучка молекул миозина вдоль нити актина можно сравнить с перетаскиванием бревна большой группой работников, из которых лишь небольшая часть опирается ногами на землю, в то время как все остальные висят на бревне, не касаясь земли. Кооперативный способ работы молекул миозина, характерный для скелетных мышц, встречается также в некоторых других сократительных системах.

Известна, однако, большая группа моторных белков, которые работают индивидуально; их цикл механохимических превращений протекает в равномерном режиме, а перемещение происходит отдельными шагами. К таким белкам относятся некоторые классы внемышечных миозинов, работающих в клетках животных и растений при переносе молекул и органелл. Простейшие молекулы миозина, выполняющие работу индивидуальных переносчиков, имеют глобулярную «головку» и короткий «хвост». Двигаясь вдоль нити актина цитоскелета, молекула-переносчик может тащить за собой органеллу, к которой она прикрепляется своим «хвостом». Движение органелл наблюдают в некоторых крупных клетках, таких, как гигантские клетки зеленой водоросли Nitella. Интересна структурная организация транспортной системы, обеспечивающей циркуляцию цитоплазмы в клетках водоросли. На периферии клетки, рядом с плазматической мембраной, находится слой хлоропластов, примыкающих к так называемому кортикальному слою, который содержит пучки актиновых нитей. Между неподвижным кортикальным слоем и мембраной вакуоли расположен слой движущейся цитоплазмы, в котором находятся ядра, митохондрии и другие органеллы. Молекулы миозина совершают круговое движение внутри клетки, равномерно перемещаясь вдоль нитей актина и увлекая за собой сравнительно крупные органеллы. Скорость перемещения органелл составляет 50-75 мкм/с. Благодаря этому в клетке водоросли возникает циркуляция цитоплазмы, за счет которой ее содержимое перемешивается гораздо быстрее, чем при простой диффузии. Известно, что при освещении растений хлоропласты быстро перемещаются внутри клетки, собираясь вблизи клеточной стенки. Возможно, эти феномены связаны с движением цитоплазмы при выполнении клеткой определенной функции. Действительно, благодаря динамике цитоскелета фибробласт может менять форму и направление движения в ответ на изменения окружающей среды. Несмотря на внешние различия, механизмы движения фибробластов и роста нервных отростков сходны: они включают создание внешними факторами неравномерности прикрепления и стабилизацию этих различий двумя цитоскелетными системами. Особенность нейронов заключается в чрезвычайно длительной и стойкой мик-ротрубочковой стабилизации отростков, «долговременной памяти».

2 Клеточные механизмы иммунитета

Проникновение микробов в ткани, их размножение служат сигналом к мобилизации защитных клеток. Каким образом защитные клетки, циркулирующие в крови или осевшие в органах и тканях иммунной системы, отдаленные от «входных ворот» инфекции, получают сигнал об опасности? Этот процесс осуществляется с помощью семейства молекул, получивших название цитокинов. Данные молекулы являются переносчиками сигнала от клетки к клетке. В геноме клетки имеются специальные гены, ответственные за синтез определенных цитокинов. До поры они находятся в «неактивном» состоянии, но после получения сигнала о проникновении микробов-паразитов активизируются. С них считывается информация о структуре соответствующих белков, затем осуществляется их синтез, и готовые молекулы цитокинов начинают выделяться клеткой в окружающую среду. Для восприятия и распознавания различных сигналов клетки несут на своей поверхности рецепторы, специфические для каждого цитокина. Таким образом, цитокины, являясь единицами своеобразного языка межклеточного общения, позволяют клеткам общаться, взаимодействовать, объединяя свои усилия в борьбе с микробами-паразитами.

На поверхности макрофагов находятся молекулы-рецепторы, которые связываются с токсинами, выработавшими микробами-паразитами. Распознавание токсина приводит к движению макрофага в область проникновения микробов. В очаге инфекции макрофаги осуществляют фагоцитоз микробов. Действие токсинов активирует многие гены макрофага и стимулирует производство цитокинов, таких, как ИЛ-1, которые с током крови попадают в мозг и действуют на центр терморегуляции. В результате повышается температура тела, т. е. запускается один из механизмов защиты организма, так как многие микробы снижают скорость размножения при повышении температуры. Те же молекулы ИЛ-1, действуя через соответствующие рецепторы, передают сигнал на лимфоциты, и запускается расширенный иммунный ответ. ИЛ-1 способен запускать каскад продукции других цитокинов, получивших название ИЛ-2,-3,-4 и т. д., которые находят соответствующие рецепторы на T-, В-лимфоцитах и других клетках, передавая им сигналы, активирующие их отдельные функции. Хотя иммунный ответ запускает макрофаг, только лимфоциты обладают рецепторами для распознавания чужеродных молекул -- антигенов -- и могут обеспечить иммунный ответ. От клеточной мембраны T-лимфоцита к ядру идут одновременно два типа сигнала: от антигенраспознающего рецептора и от рецептора, связавшего ИЛ-1. При таком комплексном воздействии в геноме T-лимфоцитов активируются гены не только самого ИЛ-2, но и рецепторов, специфичных к нему. Затем синтезированный в Т-лимфоците ИЛ-2 начинает действовать на произведшие его клетки, в них активируется процесс деления, и за счет этого усиливается функция клеточной популяции Т-лимфоцитов.

3 Клеточные механизмы перестройки белков

Известно, что нативная, трехмерная структура белка устанавливается в результате действия целого ряда энергетических и энтропийных факторов. Характерные времена многих внутримолекулярных изменений, в том числе и ферментативных процессов, не превышают 10^-2 -- 10^-3 с и зависят от рН, температуры и ионного состава среды. Таким образом, изменения ионного гомеостаза могут непосредственно влиять на структурные изменения в клеточных белках и соответственно на их функции и активность. Рассмотрим в качестве примера конформационные перестройки белков, переносящих кислород, -- гемоглобина и миоглобина. Строение этих белков, находящихся в кристаллической форме, детально изучено методом рентгеноструктурного анализа. Пространство между б-спиральными участками, в том числе полость активного центра гемовой группы внутри молекул белка, заполнено гидрофобными боковыми цепями аминокислот, а в окружающую водную среду выступает множество полярных белковых цепей. Молекула гемоглобина состоит из четырех субъединиц, образующих правильный тетрамер. Молекулы воды, локализованные в области контактов субъединиц, образуют солевые мостики и дополнительно стабилизируют тетрамер. Железо может находиться в высоко- и пизкоспиновом состоянии в зависимости от способа заполнения d-орбитали электронами, который определяется правилами Хунда. В связи с этим заполнение электронами внешних d-орбиталей ионов двух- и трехвалентного железа характерно для свободных ионов или ионов в составе соединений с ионной связью. Ситуация меняется, когда атомы железа находятся в комплексе, где связаны лигандными атомами ковалентной связью и входят в состав тема. Следует подчеркнуть, что спиновое состояние центрального атома в комплексе определяется характером лигандного окружения: симметрией, силой связывания лигандов в комплексе и т. д. В силу этого изменения в лигандном окружении могут приводить к изменениям в спиновом состоянии иона металла, что в свою очередь может вызвать изменения конформации белка, с которым связан ион металла. Изменения спинового состояния ионов железа, индуцированные присоединением субстратов, сменой температуры, были продемонстрированы для ряда гемопротеинов. Переход иона железа из низкоспинового состояния в высокоспиновое увеличивает диаметр иона и приводит к выходу его из плоскости тема, что обусловливает и конформационные изменения в ближайшем «белковом» окружении гема.

В высокоспиновом состоянии Fe²⁺ обладает координационным числом 5 и расположен вне плоскости гема на расстоянии 0,05-0,07 нм. Он координационно связан с четырьмя атомами азота пиррольных групп плоского порфиринового кольца, а в 5-м положении взаимодействует с атомом N имидазольного кольца гистидина. Оксигенация и образование связи кислород -- железо не меняют валентности атома железа, но переводят его из высокоспинового состояния в низкоспиновое, увеличивая число лигандов в координационной сфере до 6. В 6-м положении железо координируется с кислородом или другими лигандами.

Присоединение кислорода индуцирует ряд конформационных изменений в молекуле гемоглобина. Связывание кислорода с переводом атома железа в пизкоспиновое состояние сопровождается одновременным смещением железа на 0,07 нм в плоскость гемовой группы. Это смещение передается через гистидин, и спираль вместе с ним «подтягивается» в сторону тема к центру молекулы, выталкивая из полости остаток тирозина. Затем происходят поэтапный разрыв солевых мостиков между б-субъединицами и смещение их вдоль области контакта. Расстояние между гемом и б-субъединицами увеличивается, а между гемом и в-субъединицами, наоборот, сокращается. Центральная полость гема при этом сжимается. Разрыв шести солевых мостиков и освобождение протонов характерны для этих конформационных изменений гемоглобина. В целом оксигенация переводит каждую из субъединиц из дезокси- в оксиконформацию. Разрыв четырех солевых мостиков из шести при оксигенации первых двух а-субъединиц способствует разрыву двух остальных мостиков и, следовательно, облегчает соединение следующих молекул кислорода с остальными субъединицами, увеличивая сродство их к кислороду в несколько сотен раз. В этом и состоит кооперативный характер присоединения кислорода к гемоглобину, при котором начало оксигенации последнего облегчает связывание остальных молекул кислорода.

Использование лазерного излучения с длиной волны поглощения в диапазоне в-полосы порфирина и вблизи нее позволяет регистрировать спектры PKP протопорфиринов в целых клетках. В этих спектрах доминируют линии, лежащие в области 1000-1650 см^-1, которые обусловлены плоскостными колебаниями связей С--С и С--N и деформационными колебаниями С--Н. Некоторые из них подвержены влиянию химических превращений, происходящих с атомом железа, и могут быть использованы для изучения структуры макроцикла. При изменении состояния окисления атома железа от Fe к Fe наблюдается снижение частоты некоторых скелетных колебаний порфирина. Положение этой и других характерных полос спектра PKP отражает заселенность электронами р-орбиталей порфирина. С ее увеличением связи в порфирине становятся менее прочными, что выражается в снижении частоты колебаний. Заселенность р-орбиталей порфирина возрастает за счет обратного перехода электронов с р-орбиталей атома железа. Поскольку процесс сильнее выражен для Fe, чем для Fe, полосы, характеризующие состояние окисления, сдвинуты в область более низких частот для гемов с Fe. При таком подходе любой эффект, который вызывает изменения в распределении электронов на р-орбиталях порфирина, может повлиять на частоту соответствующих характеристических линий. Эта частота сильно меняется, например, если аксиальный лиганд, имеющий р-орбиталь, может взаимодействовать с орбиталями порфиринов через Я/р-электроны атома железа. Аксиальный р-электронный донор приводит к дополнительному переходу Я/р-электронов атома железа на р-орбитали порфирина и вызывает снижение частоты полос, характеризующих состояние окисления, до «нетипичных» величин.

4 Сверхслабое свечение клеток

Живые организмы, их ткани и клетки при активном делении способны излучать УФ-фотоны, обладающие митогенетическим эффектом. Это было установлено русским ученым А. Г. Гурвичем и его сподвижниками, которые для обнаружения данного излучения применяли биотесты. Значительно позже в нескольких независимых лабораториях с использованием ФЭУ были обнаружены источники слабого УФ-излучения в диапазоне длин волн от 250 до 380 им. Трудности изучения этого эффекта связаны с тем, что УФ-излучение биологических объектов зависит от поглощения ими видимого света, а регистрация излучения с помощью ФЭУ требует помещения объекта в полную темноту. В связи с этим для большей надежности выявления слабого УФ-свечения у биологических объектов необходимы строгие требования «слепоты» ультрафиолетового ФЭУ к видимой области спектра, а такие детекторы не использовались в этих работах. В настоящее время существуют ФЭУ, не чувствительные к свету с длинами волн по крайней мере более 365 нм.

Сейчас уже нет сомнений в том, что некоторые ткани и клетки живых организмов способны излучать более длинноволновый свет, чем УФ, невидимый невооруженным глазом, но, тем не менее, информирующий о некоторых важных окислительно-восстановительных реакциях в клетках, обязательными участниками которых являются активные формы кислорода и другие свободные радикалы, приводящие к образованию электронно-возбужденных продуктов. Впервые достоверное сверхслабое излучение живой ткани в видимом диапазоне спектра обнаружено в 1954 г. Л. Колли с соавторами. Они зарегистрировали слабую люминесценцию от экстрактов различных частей растений. Однако лишь в конце 1950-х гг. Б. Н. Тарусовым были проведены первые систематические исследования ССИ живых объектов с помощью высокочувствительных установок с применением ФЭУ. Было обнаружено ССИ широкого круга интактных органов, изолированных клеток, тканевых гомогенатов позвоночных и беспозвоночных животных, растений и ряда реакций в пробирке. В отличие от сильной биолюминесценции, хорошо видимой, присущей некоторым представителям бактерий и животного мира, излучающим до 10³--10⁴ фотонов в 1 с с высоким квантовым выходом, и хемилюминесценции некоторых химических реакций, ССИ характеризуется в 10³--10⁸ раз более слабой интенсивностью. Спонтанная эмиссия света часто не превышает 1 фотона в 1 с на клетку, а в пересчете на орган составляет до 10⁴ фотонов в 1 с на 1 см² излучающей поверхности ткани, или 20 000 фотонов в 1 с из 1 см³. Если клетка имеет радиус 20 мкм, то в 1 см³ содержится 2,5 · 10⁸ клеток, поэтому на клетку приходится 8 · 10⁸ излучаемых в 1 с фотонов. Обычно реакции, ответственные за сверхслабую хемилюминесценцию, имеют максимально низкий квантовый выход.

ССИ живых клеток и тканей является следствием релаксации ЭВС, возникающих в ходе свободнорадикальных окислительно-восстановительных реакций, в частности пероксидации некоторых молекулярных субстратов. В реакциях рекомбинации свободных радикалов и ферментативного и неферментативного расщепления перекисных соединений освобождаются порции энергии, эквивалентные квантам видимого и даже ультрафиолетового света. Реализация ЭВС может быть различной в зависимости от того, в каких условиях возникли эти продукты электронного возбуждения. Если ЭВС генерируются достаточно редко и в условиях, когда возбужденные частицы за счет броуновского движения случайно сталкиваются с невозбужденными и разнородными молекулами, энергия возбуждения почти сразу переходит в тепловую. При этом возможен, но с малой вероятностью, спонтанный переход из возбужденного состояния в основное, сопровождающийся излучением кванта света. При наличии в среде, клетках, тканях субстанций, способных поглотить этот квант, они возбуждаются, а далее либо высвечивают его, либо переводят в тепло. Энергия от возбужденной частицы к другой может передаваться безызлучательным путем. Такой перенос осуществляется практически мгновенно на большие в молекулярных масштабах расстояния и реализуется тем эффективнее, чем выше уровень структурной организации. Именно такие условия характерны для внутренней среды живых организмов, их тканей и клеток, где благодаря молекулярной и надмолекулярной организации цитоплазмы должна существенно снизиться вероятность диссипации энергии ЭВС в тепло, но повышается вероятность ее накопления в макромолекулах, надмолекулярных ансамблях и безызлучателыного перераспределения между ними.

Поскольку доля кислорода, восстанавливаемого в организме животного по одноэлектронному пути, весьма значительна, то и интенсивность генерации ЭВС должна быть высока. За последние несколько десятилетий появился громадный массив данных, свидетельствующих о том, что все без исключения живые системы и даже их фрагменты, в которых сохраняется хотя бы какой-то уровень метаболизма, излучают свет, причем способность к его испусканию строго зависит от присутствия кислорода. В подавляющем большинстве случаев свет испускается в области сверхнизких интенсивностей. Целый ряд организмов биолюмииесцирует, т. е. испускает свет, видимый невооруженным глазом, за счет наличия особых белков с громадным квантовым выходом, которые преобразуют в видимый свет энергию, освобождаемую при одноэлектронном восстановлении кислорода.

ССИ может также объясняться флуоресценцией синглетного кислорода и его димеров и фосфоресценцией возбужденных карбонильных соединений, получающихся в результате распада диоксиэтанов и тетраоксидов. В определенных условиях такие реакции, сопровождающиеся ССИ, могут протекать по механизму так называемых вырожденно-разветвленных цепных процессов. Физико-химическая система, в которой происходят такого рода процессы, переходит из квазиравновесного состояния в неравновесное, причем в определенных условиях неравновесность системы может поддерживаться в течение длительного времени за счет постоянной продукции в ней активных частиц.

Большинство авторов считают, что ССИ -- это побочное явление, не играющее функционально значимой роли. Однако еще Гурвич на основании громадного фактического материала, полученного им и другими авторами, работавшими в этой области, утверждал, что электронное возбуждение в живых клетках возникает закономерно в ходе обмена веществ и необходимо для нормальной жизнедеятельности. В последнее время появилось много свидетельств того, что в живых системах постоянно протекают процессы, приводящие к непрерывному возникновению электронно-возбужденных частиц. За счет их энергии в клетке могут осуществляться энергоемкие процессы, фотомодулироваться активность ферментов и т. д. Существует мнение, что излучения в разных областях спектра могут иметь функциональное значение, причем их регуляторная функция реализуется, как правило, в области очень низких интенсивностей. Кроме того, возможно, что создаваемое возбужденными частицами электромагнитное поле и излучения, сопутствующие его осцилляциям, играют информационную роль.

Основной массив данных в области исследований ССИ биообъектов был накоплен при изучении хемилюминесценции, сопровождающей генерацию АФК, или так называемый окислительный взрыв, в препаратах очищенных суспензий нейтрофилов или па сильно разведенной крови. Однако неразведенная кровь также может быть источником излучения, происходящего в результате вторичных процессов, обусловленных трансформацией ЭВС в системе. Интенсивность и некоторые другие параметры ССИ могут меняться в зависимости от состояния живого объекта, его физиологических и биохимических особенностей, от силы и характера воздействий, влияющих на разные уровни биологической организации. В разные периоды жизнедеятельности меняются метаболическая активность живых организмов и соответственно эффективность ССИ, причем существенно. При усилении потребления кислорода световой сигнал повышается от 2 до 10 раз в зависимости от ткани. Например, в логарифмической фазе роста культуры дрожжей Saccharomyces cervisiae ССИ более интенсивно, чем в стационарной фазе. Максимум световой эмиссии от 10¹⁰ клеток примерно 5 · 10* фотонов в 1с, что эквивалентно 1 фотону на каждые 20000 клеток. Однако при пересчете числа фотонов только на делящиеся клетки обнаруживается многократное относительное усиление их образования: 0,1-1 фотон на 1 клетку.

Чтобы увеличить квантовый выход ССИ, можно использовать люминесцентные зонды, или люминофоры, такие, например, как широко применяемые люминол и люцигенин. Хорошо известно, что люцигенин является специфическим индикатором O^-. а люминол -- менее специфичный люминофор и информирует об образовании различных БЦК. Например, добавление люминола к активированным изолированным нейтрофилам в концентрации 10 мкмоль может вызвать образование 1-100 фотонов в 1 с на 1 клетку. В присутствии же люцигенина интенсивность хемилюминес-ценции оказывается значительно ниже.

Важно, что и люцигенин, и люминол являются не инертными индикаторами и усилителями ССИ биологических систем. Они могут взаимодействовать с ними, каким-то образом модифицируя их. Указанные люминофоры могут не только вступать в реакции окисления с АФК с образованием продуктов в электронно-возбужденных состояниях, но и выступать в роли трансмиттеров энергии таких состояний, переходя в возбужденное состояние с последующим высвечиванием квантов света.