Лузякина Е.О., Неупокоева А.В., Малов А.Н. Влияние лазерного

ВЛИЯНИЕ ЛАЗЕРНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ НА КРАКЕЛЮРСТРУКТУРУ ПЛЕНКИ АЛЬБУМИНА
Е.О. Лузякина, А.В. Неупокоева, А.Н. Малов
МБОУ Лицей №1 города Иркутска (664043 Воронежская, 2)
menolli4@gmail.com
АННОТАЦИЯ
В настоящее время лазерная терапия широко используется в медицине. Доказано, что лазеры оказывают положительное влияние на человека, но почему это происходит на микроуровне - неизвестно. Поэтому изучение механизмов воздействия лазерного излучения на биологические материалы является актуальной проблемой. Цель работы: выяснить, как лазерное излучение воздействует на структуру белка. В качестве биоматериала взят альбумин . Его облучали в течении 20 минут. Под действием лазерного излучения произошло измельчение кракелюр-структур.
1.ВВЕДЕНИЕ
В настоящее время лазерная терапия широко используется в медицине. Лазеры были внедрены в медицинскую практику сравнительно недавно, около 30 лет назад, тем не менее успехи их применения в медицине
сегодня очевидны и весьма впечатляющи. Изучение биостимулирующих
эффектов низкоинтенсивного лазерного излучения открыло широкие перспективы применения лазеров почти во всех областях медицины. В терапевтических целях лазеры и лазерное излучение применяют для лечения
различных заболеваний. Среди этих заболеваний встречаются патологические изменения на клеточном, тканевом, органном, уровнях [1]. Доказано,
что лазеры оказывают положительное влияние на ткани человека, но каким
образом это происходит на микроуровне – вопрос остается открытым.
Именно поэтому и изучение механизмов воздействия лазерного излучения
на биологические материалы является актуальной проблемой. Лазер, или
оптический квантовый генератор - это техническое устройство, испускающее свет в очень узком спектральном диапазоне в виде направленного вы1
сококогерентного, монохроматического, поляризованного луча, т.е. потока
высокоорганизованных фотонов. Применяется излучение в диапазоне длин
волн от 0,3 до 10,06 мкм (от ультрафиолетового до инфракрасного). В отличие от медикаментозных методов лазерная терапия строго локальна, дозирована и неинвазивна; воздействие производится на клетки и ткани
извне, нормализуя обычные биотические процессы. Лазерная терапия регулирует метаболизм, микроциркуляторную систему, иммунитет [2].
Цель работы: выяснить, как лазерное излучение воздействует на
структуру белка. В качестве биоматериала взят яичный белок.
Задачи работы: выяснить, как устроена молекула белка и какие структуры могут изменяться под влиянием лазерного излучения. Экспериментальным путем определить, происходят ли изменения в структуре белка
под действием лазерного излучения.
2.ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ
Выделяют четыре структуры белка. Первичная структура, представляет собой последовательность аминокислотных остатков, соединенных друг
с другом пептидными связями. Далее, благодаря образованию водородных
связей между радикалами, отдельные участки белковой молекулы закручиваются в спираль или формируют складчатый слой. В результате образуется вторичная структура белка. Дополнительные связи определяют
формирование третичной структуры белка. Многие белки имеют четвертичную структуру, которая образуется, когда несколько молекул белка,
имеющих третичную структуру, взаимодействуют друг с другом через радикалы аминокислот. В результате формируется молекула в виде шара
(глобулярные белки) или нити (фибриллярные белки). В отличие от фибриллярных белков, играющих главным образом опорную или защитную
роль в организме, многие глобулярные белки выполняют динамические
функции. К глобулярным белкам относятся почти все известные ферменты, антитела, некоторые гормоны и многие транспортные белки [4].
К глобулярным белкам относятся и альбумины, белки, хорошо
растворимые в воде и солевых растворах. Альбумины являются
основными резервными белками и входят в состав сыворотки крови
(сывороточные альбумины), яичного белка (овальбумин), молока
2
(лактальбумин), а также составляют один из основных классов
запасающих белков семян высших растений [5].
Поэтому, вследствие широкой распространнености альбуминовых
белков, в качестве объекта эксперимента нами был выбран яичный белок,
содержащий овальбумин.
3.ОПИСАНИЕ ЭКСПЕРИМЕНТА
Мы брали куриное яйцо, отделяли желток от белка в отдельную кювету. На предметное стекло выливали половину белка до облучения, и оставляли свободно растекаться. Кювету с оставшимся белком подвергали воздействию лазерного излучения в течение 20 минут. После облучения выливали на второе стекло и тоже оставляли свободно растекаться. Было сделано 2 серии экспериментов с использованием разных стекол.
В первой серии белок поливался на чистое стекло, а во второй – на
стекло с тонким желатиновым подслоем. Мы предположили, что желатин
препятствует чрезмерному растеканию белка и способствует формированию более толстого слоя белка и , как следствие, более устойчивой структуры. Стекла оставили сушиться под бумажным колпаком на 10 дней при
комнатной температуре и относительной влажности менее 70%. Попытки
рассмотреть структуру поверхности через 2 дня не увенчались успехом,
потому что она не образовались.
Мощность излучения составила около 15мВ. Длина волны красного
лазерного излучения 633нанометра Интенсивность излучения мы посчитали по формуле
. Она составила около 200 мВт/см2
После окончания сушки белковый слой покрывался трещинами, образующими характерную структуру, названную кракелюрной.
Кракелю́р (фр. craquelure) — трещина красочного слоя или лака в
произведении живописи (рис. 1).
Кракелюры бывают сквозными, т.е. проходящими через все слои живописного слоя, или могут возникнуть только в одном из слоёв; могут покрывать всю плоскость картины или находиться только в отдельных местах. Размеры их могут варьироваться от почти незаметных, тончайших,
так называемых «волосяных», до весьма внушительных.
3
Трещины, т.е. нарушения целостности красочного слоя, лака или
грунта, имеют различный характер и рисунок, и напрямую зависят от вызвавших их причин.
Рис. 1. Пример кракелюрной структуры на примере Джоконды
Такие трещины или «кракелюры» образуются в нормальных природных условиях со временем при повреждении поверхностного слоя такого
покрытия от ультрафиолета, перепадов температур и влажности или же
при ошибках в технологии нанесения лакокрасочных материалов. Верхний
слой частично отделяется от основы и начинает усыхать, образуя видимые
трещины.
Эффект «трещин» основан на разнице во времени высыхания состава
и покрытия, которое трескается. Некоторые составы для «кракелюров»
окончательно высыхают за несколько дней. Такой недосушенный состав
обычно интенсивно вытягивает воду из лако-красочного материала на водной основе и обеспечивает достаточно "скользкую" поверхность, по которой ссыхается, трескаясь, краска или лак [6].
3.Результаты и их обсуждение
Оценка действия лазерного облучения на альбумин выполнялась
наблюдением кракелюр-структур высохшей пленки. Эти структуры
наблюдались визуально и с помощью веб-камеры. Невооруженным глазом
видно, что структура белка после воздействия лазера более мелкая, пузыри
расположены ближе к друг другу и меньше по размеру. А трещины длиннее и их значительно больше.
4
На стекле с желатиновым подслоем видно , что до воздействия пузырей совсем мало и преобладают трещины (рис. 2), а после воздействия
трещин почти нет и очень много маленьких пузырей расположенных очень
близко к друг другу (рис. 3).
При помощи фотографий, снятых веб-камерой, было вычислено, что
средний диаметр пузырька в необлученных образцах составлял 5-6 мм , а
в облученных 2-3 мм .
Рис 2. Структура белка до облучения
Рисунок 3. Структура белка после 20 минутного облучения
5
Рисунок 4. Структура белка до облучения на стекле с желатиновым
подслоем
Рисунок 5. Структура белка после 20 минутного облучения на стекле
с желатиновым подслоем
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Таким образом, установлено, что при высыхании слоя яичного белка
образуется характерная кракелюр-структура. Параметры этой структуры
(частота и размеры пузырьков и трещин) существенно уменьшаются при
лазерном воздействии на белок перед поливом на стекло.
6
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1.
http://milta-f.ru/mil/msl/
2.
http://www.zvezda-zd.ru/laser.php
3.
http://www.rusdocs.com/struktura-belkov
4.
Биологический энциклопедический словарь. Гл. ред. М. С. Гиляров – 2-е изд., исправл. – М.: Сов. Энциклопедия, 1986.
5.
http://www.xumuk.ru/biospravochnik/393.html
6.
http://ru.wikipedia.org/
7