MTA Wigner Fizikai Kutatóközpont Részecske- és Magfizikai …vpet/OrvBiol/Kieg/FbfizFA1.pdf ·...

36
Hullám Foton hullámhossz terjedési irány fémlemez foton elektron fotoelektromos hatás E=hν

Transcript of MTA Wigner Fizikai Kutatóközpont Részecske- és Magfizikai …vpet/OrvBiol/Kieg/FbfizFA1.pdf ·...

Page 1: MTA Wigner Fizikai Kutatóközpont Részecske- és Magfizikai …vpet/OrvBiol/Kieg/FbfizFA1.pdf · 2005. 5. 10. · n c s s á r g a z ö l d c i á n k é k i b ... DNS purin és

������������ � ������������

Hullám Foton

hullámhossz

terjedési irány

fémlemez

foton

elektron

fotoelektromoshatás

E=hν

Page 2: MTA Wigner Fizikai Kutatóközpont Részecske- és Magfizikai …vpet/OrvBiol/Kieg/FbfizFA1.pdf · 2005. 5. 10. · n c s s á r g a z ö l d c i á n k é k i b ... DNS purin és

ionizáló sugárzásnem ionizáló sugárzás

frekvencia

gam

ma

sugá

rzás

rönt

gen

ultra

ibol

ya

infra

vörö

s

láth

ató

mikrohullámrádi

óhul

lám

mobil telefon

Page 3: MTA Wigner Fizikai Kutatóközpont Részecske- és Magfizikai …vpet/OrvBiol/Kieg/FbfizFA1.pdf · 2005. 5. 10. · n c s s á r g a z ö l d c i á n k é k i b ... DNS purin és

nara

ncs

sárg

a

zöld

cián

kék

ibol

ya

vörö

s

látható fény

UV-A315-400 nm

UV-B280-315

nm

UV-C200-280

nm

ultraibolya fény

Page 4: MTA Wigner Fizikai Kutatóközpont Részecske- és Magfizikai …vpet/OrvBiol/Kieg/FbfizFA1.pdf · 2005. 5. 10. · n c s s á r g a z ö l d c i á n k é k i b ... DNS purin és

E0E0

E1 E1hν

�������������������������������������� �����

hνE0

E1

E0

E1

hν=E1-E0

Page 5: MTA Wigner Fizikai Kutatóközpont Részecske- és Magfizikai …vpet/OrvBiol/Kieg/FbfizFA1.pdf · 2005. 5. 10. · n c s s á r g a z ö l d c i á n k é k i b ... DNS purin és

hνE0

E1

E0

E1

E0

E1

E0

E1

E0

E1

E2

fluoreszcencia

foszforeszcencia

Page 6: MTA Wigner Fizikai Kutatóközpont Részecske- és Magfizikai …vpet/OrvBiol/Kieg/FbfizFA1.pdf · 2005. 5. 10. · n c s s á r g a z ö l d c i á n k é k i b ... DNS purin és

�������������������������������������� �����

I0 Ix

lg(I0/I)=ε(λ)c x

Lambert-Beer törvény

hullámhossz (nm)

lg(I0/I)

abszorpciós spektrum

Mi?

Mennyi?

Page 7: MTA Wigner Fizikai Kutatóközpont Részecske- és Magfizikai …vpet/OrvBiol/Kieg/FbfizFA1.pdf · 2005. 5. 10. · n c s s á r g a z ö l d c i á n k é k i b ... DNS purin és
Page 8: MTA Wigner Fizikai Kutatóközpont Részecske- és Magfizikai …vpet/OrvBiol/Kieg/FbfizFA1.pdf · 2005. 5. 10. · n c s s á r g a z ö l d c i á n k é k i b ... DNS purin és

Fotofizikai folyamat(fényabszorpció)

Fotokémiai reakció

Fotobiológiai következmény

������������� �������� �������� ��

A fény elnyel�désea fotobiológiai hatás kialakulásának feltétele

Page 9: MTA Wigner Fizikai Kutatóközpont Részecske- és Magfizikai …vpet/OrvBiol/Kieg/FbfizFA1.pdf · 2005. 5. 10. · n c s s á r g a z ö l d c i á n k é k i b ... DNS purin és

����� ������� ���������

elnyel� atom/molekula megfelel� hullámhosszúságúfény

a kett� találkozása

Page 10: MTA Wigner Fizikai Kutatóközpont Részecske- és Magfizikai …vpet/OrvBiol/Kieg/FbfizFA1.pdf · 2005. 5. 10. · n c s s á r g a z ö l d c i á n k é k i b ... DNS purin és

������������� ��� ��� �����������

A behatolási mélység hullámhosszfügg�(abszorpció, reflexió)

A legnagyobb a vörös tartományban

UV VIS IR

Page 11: MTA Wigner Fizikai Kutatóközpont Részecske- és Magfizikai …vpet/OrvBiol/Kieg/FbfizFA1.pdf · 2005. 5. 10. · n c s s á r g a z ö l d c i á n k é k i b ... DNS purin és

������������� ��� ��� ����� ��� ���

A behatolási mélység hullámhosszfügg�(abszorpció, reflexió)

Page 12: MTA Wigner Fizikai Kutatóközpont Részecske- és Magfizikai …vpet/OrvBiol/Kieg/FbfizFA1.pdf · 2005. 5. 10. · n c s s á r g a z ö l d c i á n k é k i b ... DNS purin és

��������������� �������������� ����������� ����� �����������

Endogén kromofórok Exogén kromofórok

pl. ételfestékek

kozmetikumok

gyógyszerek

pl. nukleinsavak

fehérjék

melanin

Page 13: MTA Wigner Fizikai Kutatóközpont Részecske- és Magfizikai …vpet/OrvBiol/Kieg/FbfizFA1.pdf · 2005. 5. 10. · n c s s á r g a z ö l d c i á n k é k i b ... DNS purin és

�� ��������� ������ � ������� � ������� ��!�

Hullámhossz (nm)

Rel

atív

opt

ikai

den

zitá

s

DNS purin és pirimidinbázisai

Page 14: MTA Wigner Fizikai Kutatóközpont Részecske- és Magfizikai …vpet/OrvBiol/Kieg/FbfizFA1.pdf · 2005. 5. 10. · n c s s á r g a z ö l d c i á n k é k i b ... DNS purin és

�� ��������� ������ � ������� � ������� ��"�

DNS purin és pirimidinbázisai

fehérjékaromás aminósavai

Hullámhossz (nm)

Rel

atív

opt

ikai

den

zitá

s

Page 15: MTA Wigner Fizikai Kutatóközpont Részecske- és Magfizikai …vpet/OrvBiol/Kieg/FbfizFA1.pdf · 2005. 5. 10. · n c s s á r g a z ö l d c i á n k é k i b ... DNS purin és

Hullámhossz (nm)

Rel

atív

opt

ikai

den

zitá

s

�� ��������� ������ � ������� � ������� ��#�

hemoglobin

β-karotin

Page 16: MTA Wigner Fizikai Kutatóközpont Részecske- és Magfizikai …vpet/OrvBiol/Kieg/FbfizFA1.pdf · 2005. 5. 10. · n c s s á r g a z ö l d c i á n k é k i b ... DNS purin és

Hullámhossz (nm)

�� ��������� ������ � ������� � ������� ��$�

hemoglobin

β-karotin

Melanin

Rel

atív

opt

ikai

den

zitá

s

Page 17: MTA Wigner Fizikai Kutatóközpont Részecske- és Magfizikai …vpet/OrvBiol/Kieg/FbfizFA1.pdf · 2005. 5. 10. · n c s s á r g a z ö l d c i á n k é k i b ... DNS purin és

Fényabszorpció következménye:gerjesztett állapot

a gerjesztett állapot megszünése

Fényemisszió Fotokémiai reakció Termikus átmenet

Kvantumhatásfok (Φ) : az egy “B” keletkezéséhez szükségeselnyelt fotonok számának a reciproka

A Bhν

ΣΦ=1

Page 18: MTA Wigner Fizikai Kutatóközpont Részecske- és Magfizikai …vpet/OrvBiol/Kieg/FbfizFA1.pdf · 2005. 5. 10. · n c s s á r g a z ö l d c i á n k é k i b ... DNS purin és

������� ����������

Direkt Indirekt vagyszenzibilizált

Az elnyel� molekulaúj kémiai kötések

kialakításábanvesz részt

Az elnyel� molekulaelektron vagy energia

átadásábanvesz részt

Page 19: MTA Wigner Fizikai Kutatóközpont Részecske- és Magfizikai …vpet/OrvBiol/Kieg/FbfizFA1.pdf · 2005. 5. 10. · n c s s á r g a z ö l d c i á n k é k i b ... DNS purin és

% ������������� �����������!�

&���� '��� ( ��)������ � �� �� ���� ������� ��% * + ,���

UVB - UVC

Timin Timin dimer

Page 20: MTA Wigner Fizikai Kutatóközpont Részecske- és Magfizikai …vpet/OrvBiol/Kieg/FbfizFA1.pdf · 2005. 5. 10. · n c s s á r g a z ö l d c i á n k é k i b ... DNS purin és

% ������������� �����������"�

-��� �������� ( ��)������� � ��� ��( �� ������ ��������.

UVB - UVC

transz-urokánsav cisz-urokánsav

Page 21: MTA Wigner Fizikai Kutatóközpont Részecske- és Magfizikai …vpet/OrvBiol/Kieg/FbfizFA1.pdf · 2005. 5. 10. · n c s s á r g a z ö l d c i á n k é k i b ... DNS purin és

���� � �� �������� � ������ � � !

"�#������� � ���� ��� ������ �

Energiaátadás

Elektronátadás

D D*hν

D* + A D + A*

Termék: szinglet oxigén

D D*hν

D* + A D+ + A-

Termék : reaktív szabadgyök

Page 22: MTA Wigner Fizikai Kutatóközpont Részecske- és Magfizikai …vpet/OrvBiol/Kieg/FbfizFA1.pdf · 2005. 5. 10. · n c s s á r g a z ö l d c i á n k é k i b ... DNS purin és

DN

S relatív abszorpciója

/ ��������������� ����� �� ����)�������������� ��

A hatásosság hullámhosszfügg�A hatást feltehet�en a DNS-ben elnyel�d� fotonok okozzák

Page 23: MTA Wigner Fizikai Kutatóközpont Részecske- és Magfizikai …vpet/OrvBiol/Kieg/FbfizFA1.pdf · 2005. 5. 10. · n c s s á r g a z ö l d c i á n k é k i b ... DNS purin és

Hatásspektrum: egy adott biológiai folyamat kiváltásánakhullámhossz szerinti eloszlása

-a hatás mértéke a hullámhossz függvényében – felületegységrees� azonos energia esetén

-azonos hatás kiváltásához szükséges, felületegységre es�energia reciproka* a hullámhossz függvényében

*Hatáskeresztmetszet: σ [m2/J ]

Ha a kvantumhatásfok független a hullámhossztól, akkor egy molekulaabszorpciós spektruma és az általa kiváltott fotobiológiai

folyamat hatásspektruma párhuzamos egymással

Page 24: MTA Wigner Fizikai Kutatóközpont Részecske- és Magfizikai …vpet/OrvBiol/Kieg/FbfizFA1.pdf · 2005. 5. 10. · n c s s á r g a z ö l d c i á n k é k i b ... DNS purin és

Hat

áske

resz

tmet

szet

(cm

2 /J)

Hullámhossz (nm)

����)�������������� ����������������.�� �� �������

Page 25: MTA Wigner Fizikai Kutatóközpont Részecske- és Magfizikai …vpet/OrvBiol/Kieg/FbfizFA1.pdf · 2005. 5. 10. · n c s s á r g a z ö l d c i á n k é k i b ... DNS purin és

0 . �1�2������ ��� ������������������� ��

������ �

3��������������

Page 26: MTA Wigner Fizikai Kutatóközpont Részecske- és Magfizikai …vpet/OrvBiol/Kieg/FbfizFA1.pdf · 2005. 5. 10. · n c s s á r g a z ö l d c i á n k é k i b ... DNS purin és

bilirubin lumirubinfotoizomerizáció

Physiol Meas 2000 Nov;21(4):493-503

������� ���������

cisz transz

Page 27: MTA Wigner Fizikai Kutatóközpont Részecske- és Magfizikai …vpet/OrvBiol/Kieg/FbfizFA1.pdf · 2005. 5. 10. · n c s s á r g a z ö l d c i á n k é k i b ... DNS purin és

����������� � ������� � �������

Maximális elnyelésa kék tartományban

Page 28: MTA Wigner Fizikai Kutatóközpont Részecske- és Magfizikai …vpet/OrvBiol/Kieg/FbfizFA1.pdf · 2005. 5. 10. · n c s s á r g a z ö l d c i á n k é k i b ... DNS purin és

3����� ���2�1�� �����4

Hullámhossz: 400-500 nmIntenzitás: 40 – 200 µW/cm2

Pediatrics 1985 Mar;75(3):519-22

5 ������� ��4

Retina sérülésHipertermiaKiszáradás

3������2�1�������� ��������1�����

Acta Paediatr 1994 Jan;83(1):7-12

Page 29: MTA Wigner Fizikai Kutatóközpont Részecske- és Magfizikai …vpet/OrvBiol/Kieg/FbfizFA1.pdf · 2005. 5. 10. · n c s s á r g a z ö l d c i á n k é k i b ... DNS purin és

Seasonal Affective Disorder (S.A.D.)

������� ������������������ ��� �������� �����#�

Page 30: MTA Wigner Fizikai Kutatóközpont Részecske- és Magfizikai …vpet/OrvBiol/Kieg/FbfizFA1.pdf · 2005. 5. 10. · n c s s á r g a z ö l d c i á n k é k i b ... DNS purin és

Kezelése Fényforrás: 5000 K h�mérsékleti sugárzó (λmax = 580 nm)

UV sz�r�vel(Nap: kb 6000 K, λmax = 480 nm)

Seasonal Affective Disorder (S.A.D.)

A megvilágítás er�ssége:max . 5 - 10 ezer lux(normál munkahelyi világítás kb 50-100

luxt�z� napsütés kb 105 lux)

Kezelési id�: 10 – 15 perc / nap

Page 31: MTA Wigner Fizikai Kutatóközpont Részecske- és Magfizikai …vpet/OrvBiol/Kieg/FbfizFA1.pdf · 2005. 5. 10. · n c s s á r g a z ö l d c i á n k é k i b ... DNS purin és

U.K. – napi SAD jelentés

Page 32: MTA Wigner Fizikai Kutatóközpont Részecske- és Magfizikai …vpet/OrvBiol/Kieg/FbfizFA1.pdf · 2005. 5. 10. · n c s s á r g a z ö l d c i á n k é k i b ... DNS purin és

A melatoninszint szabályozásában a szembe jutó fény

intenzitásának, id�tartamának van szerepe

A melatonin-szabályozás független a látástól – a vakság

nem akadályozza a m�ködését

Page 33: MTA Wigner Fizikai Kutatóközpont Részecske- és Magfizikai …vpet/OrvBiol/Kieg/FbfizFA1.pdf · 2005. 5. 10. · n c s s á r g a z ö l d c i á n k é k i b ... DNS purin és

melanopsin tartalmúretinális ganglion sejtek

(RGC)nucleus

suprachiasmaticus

csapok és

pálcikák

pigmentepitélium

���� ���������������� �.��'�� �� ��� ���

axon

Page 34: MTA Wigner Fizikai Kutatóközpont Részecske- és Magfizikai …vpet/OrvBiol/Kieg/FbfizFA1.pdf · 2005. 5. 10. · n c s s á r g a z ö l d c i á n k é k i b ... DNS purin és

$ ��� �����%

��������� ������� �.��� �'����

Page 35: MTA Wigner Fizikai Kutatóközpont Részecske- és Magfizikai …vpet/OrvBiol/Kieg/FbfizFA1.pdf · 2005. 5. 10. · n c s s á r g a z ö l d c i á n k é k i b ... DNS purin és

Retinális ganglionsejtekhálózata

egér retinában

Page 36: MTA Wigner Fizikai Kutatóközpont Részecske- és Magfizikai …vpet/OrvBiol/Kieg/FbfizFA1.pdf · 2005. 5. 10. · n c s s á r g a z ö l d c i á n k é k i b ... DNS purin és

Bemen� jelKimen� jel

Hipotalamusz

fény

fény

Szuprakiazmatikusmag

alvás – ébrenlétneoroendokrin

szabályozástesth�mérsékletvérnyomás stb