6.1. Fotokémiai reakciók

A különböző hullámhosszúságú fotonok képesek egyes kémiai struktúrákban változásokat előidézni. A számunkra fontos biológiai hatás kialakulásának lépései:

fotofizikai folyamat (fényabszorpció) → fotokémiai reakció → fotobiológiai következmény.

A fotokémiai reakciók két fő csoportba sorolhatók: direkt, illetve indirekt (szenzibilizált) reakciók. Az első esetben a fényt abszorbeáló molekulában magában következik be fotokémiai reakció, vagy ez a molekula a besugárzás hatására egy új kémiai kötés, alakzat kialakításában vesz részt. A második esetben az elnyelő molekula töltés vagy energia transzferben vesz részt egy másik molekulával, melyben ennek hatására kémiai változások jönnek létre.

A direkt fotokémiai reakciókat az alábbiak szerint szokás tovább csoportosítani: fotodisszociáció akkor következik be, ha a fotonok energiája elegendően nagy az elsőrendű kémiai kötések felszakításához. Előidézésére általában nagy energiájú UV-lézereket, pl. excimer lézereket alkalmaznak. A példa kedvéért tekintsük egy 193 nm-es ArF excimer lézer egy fotonját. Ennek energiája 6,42 eV. Ez viszonylag magas érték. A mellékelt alábbi táblázatban összefoglaljuk néhány fontosabb, a biológiai molekulákban legtöbbször előforduló kémiai kötés energiáját abból a célból, hogy megvizsgálhassuk, a példánkban említett lézer foton energiája mely kötések felbontására lenne elegendő. Jól látható, hogy fotonunk a táblázatban felsorolt minden egyes, sőt a kettős kötéseket is képes felbontani, csak a legerősebb, hármas kötések tudnak ellenállni neki. Ez tehát azt bizonyítja, hogy az ArF excimer lézer fotonja, s az UV fotonok jelentős része képes arra, hogy a fentebb említett kötések nagy részét tartalmazó molekulákat szétroncsolja.

	6.1. ábra   DNS roncsolódás UVC fotonok által kiváltott timin dimerizációval. forrás: http://en.wikipedia.org/wiki/Pyrimidine_dimer

Fotokompozíció akkor következik be, amikor a beérkező, általában UV foton energiájának révén elősegíti két különálló molekula összekapcsolódását. Az alábbi ábra erre mutat be egy példát, ahol timin dimer kialakulása látható (DNS roncsolódás) az UV fény hatására. Ez a dimerizációs folyamat a sejtek végleges károsodásához és malignus (rosszindulatú) melanóma kialakulásához vezethet.

Egy másik fotokémiai reakciócsoport a fotoionizáció, amelynek során az abszorbeált foton energiája az elnyelő molekula ionizációját okozza, míg a fotoizomerizáció esetén az abszorbeált foton olyan változást hoz létre, melynek következményeképpen az abszorbeáló molekulával izomer molekula jön létre (molekulageometriai változások). Ez utóbbit használják ki csecsemőkori sárgaság fényterápiás kezelésére. Ebben az esetben a vér túlságosan magas bilirubin szintjét úgy csökkentik, hogy az újszülöttet kék fénnyel világítják meg. A bőr felszíni rétegében található erekben a fény hatására fotoizomerizáció játszódik le, a bilirubin molekula lumirubin izomerjévé alakul át.