Photochemistry and Photobiology

Năng suất lượng tử oxy đơn (ϕ₁o₂) của 11 dẫn xuất fluorescein đã được xác định bằng phản ứng với các chất nhận oxy đơn trong dung dịch nước và ethanol; trong cả hai dung môi, ϕ₁o₂ đã tăng lên với sự gia tăng độ halogen hóa. Tryptophan và 2,2,6,6‐tetramethylpiperidone được coi là không thích hợp cho việc xác định ϕ₁o₂ trong hệ thống của chúng tôi; tuy nhiên, việc sử dụng 9.10‐dipropionic anthracene acid và p‐nitrosodimethylaniline kết hợp với các dẫn xuất imidazole là phù hợp cho việc phát hiện ¹O₂ trong nước. Cả hai phương pháp đều cho kết quả rất phù hợp. Tương tự, trong ethanol, ϕ₁o₂ bằng năng suất lượng tử trạng thái triplet (ϕ_T), so sánh giữa hai dung môi cho thấy ϕ_T trong nước lớn hơn trong ethanol. So sánh các giá trị mà chúng tôi thu được bằng ánh sáng đa sắc với dữ liệu đã được công bố thu được bằng ánh sáng đơn sắc cho thấy rằng năng suất lượng tử trạng thái triplet của các dẫn xuất fluorescein là độc lập với bước sóng.

Tóm tắt— Trong các thí nghiệm về việc chặn các trung gian phản ứng có tính oxi hóa mạnh trong quá trình quang oxi hóa nhạy màu (S) sử dụng p-nitrosodimethylaniline (RNO) làm tác nhân chọn lọc, đã quan sát thấy rằng một số hợp chất nền (A) hoặc các chất tiếp nhận ¹O₂ (như các dẫn xuất imidazole) thúc đẩy quá trình tẩy màu RNO theo cách quang phổ tại 440 nm. Do oxy đơn (¹O₂) không phản ứng hóa học với RNO, việc tẩy màu này là hệ quả của việc thu giữ ¹O₂ bởi vòng imidazole, dẫn đến việc hình thành một trung gian peroxit trans-­annular [¹O₂] có khả năng thúc đẩy tẩy màu RNO (‐RNO). Trong sự vắng mặt của RNO, [¹O₂] phân hủy hoặc tái sắp xếp thành sản phẩm oxy hóa cuối cùng ¹O₂: ¹Δ_g. Do đó, hệ thống imidazole cộng với RNO có thể được sử dụng như một thử nghiệm nhạy và chọn lọc cho sự hiện diện của ¹O₂ trong các dung dịch nước. Phương pháp này cũng có thể được áp dụng trong sự hiện diện của các phẩm màu nhạy sáng, những phẩm màu này, dưới ánh sáng nhìn thấy, có thể làm tẩy màu một phần RNO ngay cả khi không có các dẫn xuất imidazole. Trong trường hợp như vậy, việc tẩy màu RNO sẽ tăng mạnh nhờ sự hiện diện của các imidazole với phụ thuộc đặc trưng vào nồng độ của chúng. Việc tách sản phẩm của quá trình tẩy màu RNO bằng sắc ký lớp mỏng có thể phục vụ như một bằng chứng bổ sung cho sự hiện diện của ¹O₂ trong hệ thống. Phương pháp imidazole cộng với RNO đã được áp dụng cho một số phẩm màu nhạy sáng và không nhạy sáng.

Photobiomodulation (PBM) bao gồm việc sử dụng ánh sáng đỏ hoặc gần hồng ngoại với mật độ công suất thấp để tạo ra hiệu ứng có lợi cho tế bào hoặc mô. Liệu pháp PBM được sử dụng để giảm đau, viêm, phù nề và để tái tạo các mô bị tổn thương như vết thương, xương và gân. Vị trí chính của sự hấp thụ ánh sáng trong tế bào động vật có vú đã được xác định là ty thể, và cụ thể hơn là oxyase cytochrome c (CCO). Có giả thuyết rằng nitric oxide ức chế có thể bị phân ly khỏi CCO, do đó phục hồi quá trình vận chuyển điện tử và tăng tiềm năng màng ty thể. Một cơ chế khác bao gồm việc kích hoạt các kênh ion nhạy cảm với ánh sáng hoặc nhiệt. Bài tổng quan này sẽ đề cập đến tín hiệu redox xảy ra trong PBM và xem xét sự khác biệt giữa tế bào khỏe mạnh và tế bào bị căng thẳng, nơi mà PBM có thể có những tác động trái ngược nhau một cách rõ ràng. PBM có tác động đáng kể đến các tế bào gốc, và điều này được đề xuất hoạt động thông qua tín hiệu redox ty thể. PBM có thể hoạt động như một chế độ tiền điều kiện và có thể tương tác với tập thể dục trên cơ bắp.

Tóm tắt. Những tiến bộ trong việc sử dụng các chất nhạy sáng để phát hiện và điều trị các khối u ác tính trong các đánh giá trước đây trên tạp chí này chủ yếu nằm ở các lĩnh vực phát triển các chất nhạy sáng mới có tiềm năng hữu ích (ví dụ, phthalocyanine và chlorin), hiểu rõ hơn về các cơ chế của liệu pháp quang động học (PDT) và trong việc định lượng ánh sáng được chiếu trong mô. Có thể tiến bộ quan trọng nhất trong năm qua là việc khởi động các thử nghiệm lâm sàng giai đoạn III của PDT so với liệu pháp tiêu chuẩn trong điều trị ung thư bàng quang bề mặt và các khối u nội phế quản tắc nghẽn. Cuối cùng, chỉ có những thử nghiệm lâm sàng như vậy mới có thể xác định tương lai của phương thức mới này trong điều trị ung thư.

Các tế bào NHIK 3025 được nuôi cấy với Photofrin II (PII) và/hoặc tetra (3‐hydroxyphenyl)porphyrin (3THPP) và được chiếu ánh sáng ở bước sóng 400 hoặc 420 nm, tức là tại các bước sóng của cực đại trong phổ kích thích huỳnh quang của hai thuốc nhuộm này. Động lực học của quá trình phân hủy quang học của các thuốc nhuộm đã được nghiên cứu. Khi xuất hiện riêng biệt trong các tế bào, hai thuốc nhuộm này bị phân hủy quang học với hiệu suất lượng tử tương tự nhau. 3THPP bị phân hủy hiệu quả hơn từ 3 đến 6 lần nhờ photon ánh sáng hấp thu bởi phân đoạn huỳnh quang của 3THPP so với photon ánh sáng hấp thu bởi phân đoạn huỳnh quang của PII có mặt trong cùng một tế bào. Khoảng cách mà các trung gian phản ứng, chủ yếu được cho là ¹O₂, khuếch tán để gây ra phân hủy quang học được ước lượng nằm trong khoảng 0.01–0.02 μm, tương ứng với thời gian sống của trung gian trong các tế bào là 0.01–0.04 μs. PII có các vị trí liên kết tại protein trong tế bào như được chỉ ra bởi một dải chuyển năng lượng trong phổ kích thích huỳnh quang tại 290 nm. Trong suốt thời gian chiếu sáng, dải này phân rã nhanh hơn so với dải Soret của PII dưới các điều kiện hiện tại. Các sản phẩm quang (¹O₂ v.v.) được sinh ra tại một vị trí liên kết đóng góp đáng kể vào việc phá hủy các vị trí liên kết xa.

Tóm tắt— Độ phát quang clorofil (Chl) a biến đổi được biết đến là có liên quan đến hoạt động quang hóa học của photosystem II (PSII) của các sinh vật sản sinh oxy. Động học của sự gia tăng phát quang từ mức tối thiểu, F₀, đến mức tối đa, F_m, là một chỉ số theo dõi sự tích lũy của plastoquinone liên kết chính net giảm (Q_A) theo thời gian tại tất cả các trung tâm PSII. Sử dụng hệ thống không cửa chớp (Plant Efficiency Analyzer, Hansatech, Vương quốc Anh), cho phép tích lũy dữ liệu qua nhiều bậc độ thời gian (40 μs đến 120 s), chúng tôi đã đo lần đầu tiên toàn bộ sự gia tăng phát quang đa pha theo quy mô thời gian logarit cho nhiều loại thực vật oxy hóa và vi khuẩn lam ở các cường độ ánh sáng khác nhau. Khi cường độ ánh sáng tăng lên, sự gia tăng phát quang chuyển từ đặc điểm O‐I‐P điển hình sang các đường cong với hai mức trung gian J và I, cả hai đều cho thấy hiện tượng bão hòa ở cường độ ánh sáng cao nhưng có độ phụ thuộc cường độ khác nhau. Dưới điều kiện sinh lý, các biến đổi phát quang Chl a của tất cả các sinh vật được khảo sát đều có trình tự O‐J‐I‐P. Các đặc trưng của động học liên quan đến cường độ ánh sáng và nhiệt độ cho thấy giai đoạn O‐J là giai đoạn quang hóa học, dẫn đến sự giảm Q_A thành Q_A^‐. Mức độ trung gian I được cho là có liên quan đến sự không đồng đều trong việc làm đầy bể plastoquinone. P được đạt được khi tất cả các phân tử plastoquinone (PQ) được giảm thành PQH₂. Việc thêm 3‐(3–4‐dichlorophenyl)‐1,1‐dimethylurea dẫn đến sự biến đổi từ sự gia tăng O‐J‐I‐P sang sự gia tăng O‐J. Động học của O‐J‐I‐P được quan sát ở đây được thấy tương tự như của O‐I₁‐I₂‐P, được báo cáo bởi Neubauer và Schreiber (Z. Naturforsch.42c, 1246–1254, 1987). Ý nghĩa sinh hóa của các bước phát quang O‐J‐I‐P liên quan đến việc làm đầy bể plastoquinone bởi các phản ứng PSII được thảo luận.

Tóm tắt— Bằng cách sử dụng các lạp thể được tách ra và các kỹ thuật như đã mô tả bởi Joliot và Joliot[6], chúng tôi đã nghiên cứu sự tiến hóa của O₂ trong ánh sáng yếu và các nhấp nháy ánh sáng để phân tích các tương tác giữa các tiền chất O₂ được kích thích bởi ánh sáng và sự suy giảm của chúng trong bóng tối. Những quan sát và kết luận sau đây được báo cáo: 1. Các nhấp nháy ánh sáng luôn tạo ra cùng một số lượng các điện tích oxi hóa, bất kể là ở dạng tiền chất hay O₂. 2. Số lượng các điện tích tiền chất không ổn định có mặt trong suốt quá trình quang hợp trạng thái ổn định là khoảng 1.2 cho mỗi trung tâm bắt quang hóa học. 3. Sự hợp tác của bốn điện tích oxi hóa được hình thành quang hóa xảy ra chủ yếu trong các trung tâm phản ứng riêng lẻ và bước phát sinh O₂ cuối cùng là một quá trình hấp thụ một quantum. 4. Dữ liệu tương thích với một cơ chế tuyến tính bốn bước trong đó một trung tâm bắt, hoặc một chất xúc tác liên kết, (S) tích lũy liên tiếp bốn điện tích dương. Trạng thái S⁴⁺ sản xuất O₂ và trở về trạng thái gốc S₀. 5. Ngoài S₀, trạng thái ôxy hóa đầu tiên S⁺ cũng ổn định trong bóng tối, trong khi hai trạng thái cao hơn, S²⁺ và S³⁺ thì không. 6. Thời gian phục hồi của một số bước oxy hóa quang học đã được ước lượng. Phản ứng nhanh nhất, có khả năng là S*₁←S₂, có thời gian nửa (đầu tiên) ≤ 200 μsec. Trạng thái S*₂ và có khả năng cũng trạng thái S*₀ được xử lý chậm hơn một chút (khoảng 300–400 μsec).

The structural and catalytic role of the N‐terminal amino acid sequence of Photinus pyralis luciferase was investigated by site‐directed mutagenesis. The firefly luciferase activity of a series of deletion and site‐directed mutants in the amino‐terminal region was investigated in vitro and in vivo. The mutant luciferases were produced either by in vitro transcription and translation or by expressing the cDNA encoding firefly luciferase in the yeast Saccha‐romyces cerevisiae as a fusion protein to the galactose DNA binding domain protein. Deleting the N‐terminal amino acid residues from 3 to 10 dramatically reduced the luciferase activity to less than 1% of the wild‐type activity. A marked decrease in the activity (to 5%) was also observed with the Lys8Glu mutant. The Glyl 0Arg and ProllAla mutants showed20–30% activity compared to the wild type. On the other hand, mutant Asn6Lys retained the wild‐type activity level. Randomizing3–11 N‐terminal amino acids also showed a marked decrease in activity (1%). The mutant luciferases with extremely low levels of enzymatic activity were thermally unstable. These mutational and stability data correlate with the crystal structure of firefly luciferase in which specific amino acids in the N‐terminal region form hydrogen bonds to the amino acids in the neighboring p‐stranded sheet. Because the N‐terminal region is not part of the active site, the present results suggest that the highly conserved N‐terminal amino acid sequences of the firefly luciferase are important for stabilizing the protein in its proper conformation for optimal enzyme activity.

Abstract— A first report on the biological evaluation of a series of isomerically pure benzoporphyrin derivatives (cis‐ and frarcs‐isomers) as methyl esters is described. In preliminary in vivo studies, the n‐bexyl ether analogues of both cis‐ and trans‐isomers of benzoporphyrin derivatives were found to be more active than the industrially prepared benzoporphyrin derivative, a mixture of monocarboxylic acids (BPDMA, Quadralogic Technologies, Vancouver). Further studies with 4‐de‐vinyl‐4‐(I‐hexyloxyethyl) benzoporphyrin derivative showed that, like BPDMA, it had reduced residual skin phototoxicity compared in mice with Photofrin®. The uptake and clearance characteristics of BPDMA were also compared with the 4‐(1‐hexyloxyethyl)‐derivative by in vivo reflection spectroscopy.

The study of photosensitization processes in aqueous solution is complicated by the unsuit‐ability of water as solvent for the commonly used techniques for monitoring radiative and non‐radiative relaxation processes. The infrared luminescence method is hampered by the relatively weak intensity of emission and short lifetime of singlet molecular oxygen, O₂(¹Δ_g), in water. Photoacoustic and photothermal detection of the dominant non‐radiative relaxation process for O₂(¹Δ_g) is also inhibited by the unfavorable physico‐chemical properties of water which reduce the sensitivities of these techniques for the study of sensitizers in aqueous with respect to non‐aqueous media. Such problems have been alleviated by incorporating the sensitizer in the aqueous core of aerosol OT reverse micelles. It is demonstrated that the sensitivity of both radiative and non‐radiative detection depends not on the local environment of the sensitizer but on the overall composition of the medium, which, in the case of reverse micelle solutions, is predominantly hydrocarbon. This produces a 4.5 and 6‐fold enhancement of the sensitivity of luminescence and optoacoustic detection, respectively, in comparison to purely aqueous solution. The utility of the method is demonstrated for Rose Bengal, where quantum yields of intersystem crossing (φ_isc) of 0.78 (LIOAC) and singlet oxygen generation (φ_δ) of 0.81 (LIOAC) and 0.80 (TRLD) were measured. Phenazine was also studied for comparative purposes and to corroborate values obtained for Rose Bengal.