20.1.2. Методы парамагнитного резонанса

Методы электронного резонанса [62] нашли применение в биологических и медицинских исследованиях, так как они упрощают исследование реакций со свободными радикалами, которые часто тесно связаны с процессом обмена веществ и биохимическими процессами [6, 7, 8, 104].

Наличие воды приводит к значительному нерезонансному поглощению, и поэтому исследуемые образцы обычно заключаются в трубки диаметром около Другой способ состоит в вымораживании воды, при этом приходится заботиться о том, чтобы не нарушались важные химические связи и не образовывались радикалы. Коммонер, Таунсенд и Пейк [18] исследовали, например, содержание свободных радикалов в живых тканях, и полученные ими результаты приведены в табл. 20.3. Было показано, что свободные радикалы связаны с протеиновыми компонентами и что их концентрация больше в тканях, участвующих в обмене веществ. Концентрация в листьях может быть увеличена при облучении светом.

Таблица 20.3 Концентрация свободных радикалов в тканях

Было постулировано [72] участие свободных радикалов в канцерогенных (ракообразующих) процессах и предполагалось, что активность некоторых структур с большими кольцами определяется их способностью образовывать свободные радикалы с отрицательными ионами и слабыми восстановителями. Наоборот, неканцерогенные углеводы, например нафталин, требуют сильных восстановителей для образования таких радикалов. Таким образом, канцерогенная активность может быть измерена путем сравнения концентраций свободных радикалов в здоровых и раковых тканях. Например, только что образовавшийся табачный дым имеет [67] относительно высокую концентрацию как активных, так и устойчивых свободных радикалов, которые как каждый в отдельности, так и вместе могут являться раковыми агентами.

Свободные радикалы, по-видимому, участвуют в ферментативных реакциях, детали которых могут быть исследованы методом парамагнитного резонанса. Много общих свойств с основными биологи ческими молекулами имеют фталоцианины: это большие плоские молекулы, которые могут находиться в промежуточном переходном, состоянии окисления.

Экспериментальное изучение показало [41], что это переходное состояние дает узкую резонансную линию с множителем как спина свободного электрона. Это указывает на то, что при процессах окисления в замкнутую систему включаются подвижные электроны и в некоторых случаях увеличение и уменьшение числа молекул в промежуточном состоянии можно проследить на экране осциллографа спектрометра.

Важный в биологическом отношении переход ферригемоглобина в метастабильное состояние при окислении был детально изучен [43, 44] методами электронного резонанса. Фактически такие исследования различных производных гемоглобина позволяют не только определить орбиты электронов, участвующих в связях, но и дают детальную информацию о происходящих процессах. Узкая яркая линия с множителем получена при окислении мета-моглобина или метмиоглобина перекисью водорода. Изменение связей атома железа при образовании перекисных соединений хорошо видно при наблюдениях [3, 61] резонанса в метмиоглобине с Уменьшение интенсивности линии [45] во время процесса окисления указывает на переход ионной связи в ковалентную.

Кинетические исследования установили важную роль свободных радикалов в процессе фотосинтеза. В одном из опытов [19] водная суспензия хлоропласта помещалась в объемный резонатор, освещавшийся лампой с вольфрамовой нитью накала; под влиянием света концентрация свободных радикалов возрастала в шесть раз. Результаты исследований [101] при различных температурах указывают на более длительное время спадания при —140° С, а коррелирование [103] люминесцентных и электронно-резонансных измерений показывает, что реакция фотосинтеза обусловлена механизмом захватывания электронов и образования дырок, как в полупроводниках.

Электронный резонанс дает в руки исследователей прямой чувствительный метод изучения разрушения живых тканей при облучении рентгеновскими или у-лучами. Импульсная техника позволяет исследовать динамические режимы. Результаты экспериментов [471 показали, что спектры цистина, волос, ногтей и кожи одинаковы. Эти же методы могут быть использованы [60, 98] при исследованиях, протеина и таких металлов, используемых для трассирования, как марганец и медь. Опыты на животных [100] показали, что используемые для трассирования такие парамагнитные материалы, как соли железа, никеля или хрома, позволяют измерить поток крови В этом методе используется определение времени спин-решеточной релаксации после поступления насыщающего импульса. Скорость

потока оценивается по относительным амплитудам затухающего сигнала, полученным при наличии и отсутствии тока крови, если известно расстояние от места инъекции. Этот способ является безопасным и может быть использован при исследованиях человеческого организма.