Исследование состояния воды и процесса её кристаллизации в тканях растений методом ЯМР

• Автор: Балла, Юрий Игоревич
• Шифр специальности: 03.00.02
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 1985
• Место защиты: Тбилиси
• Количество страниц: 129 c. : ил

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА I. ПРОТОННАЯ МАГНИТНАЯ РЕЛАКСАЦИЯ И

ТЕРМОДИНАМИКА ТРАНСПОРТА ВОДЫ И ИСНСВ

ЧЕРЕЗ МЕМБРАНЫ В ШОЛОГИЧЕСКИХ СИСТЕМАХ.

1.1. Протонная магнитная релаксация в

гетерогенных биологических системах .

1.2. Влияние гетерогенности биологических

тканей на параметры линии ЯМР.

1.3. Основы термодинамики транспорта воды и

ионов через полупроницаемые мембраны .

ГЛАВА 2. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ МЕТОД И

ИССЛЕДУЕМЫЕ МАТЕРИАЛЫ.
2.1. Методы измерения времен спинрешеточной
ТТ и спинспиновой Т2 релаксации .
2.2. Оценка количества воды, присутствующей
в биологической системе методами ЯМР
2.3. Исследуемые материалы
а Гетерогенность клеточного состава
цельного стебля виноградной лозы.
б Подготовка образцов растительных
тканей к эксперименту .
ГЛАВА 3. ИССЛЕДОВАНИЕ СОСТОЯНИЯ И ПРОЦЕССОВ
транспорта вода В КЛЕТОЧНЫХ СИСТЕМАХ
РАСТЕНИЙ
3.1. Неоднородность формы линии ЯМР цельного
отрезка стебля виноградной лозы
3.2. Двухкомпонентная протонная магнитная
релаксация в тканях растений .
3.3. Особенности протонной магнитной релаксации
отдельных тканей виноградной лозы.
3.4. Оценка коэффициентов водопроницаемости мембран клеток ксилемы и сердцевины виноградной лозы при температурах выше О С .
ГЛАВА 4. ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ КРИСТАЛЛИЗАЦИИ
ВОДЫ В ТКАНЯХ РАСТЕНИЙ
4.1. Возможные механизмы кристаллизации
воды в тканях виноградной лозы .
4.2. Оценка коэффициента водопроницаемости комплекса мембранных структур клеток
сердцевины при субнулевых температурах .
4.3. Модельное описание процесса выхода воды
из клеток растений при охлаждении
ВЫВОДЫ И ЗАКЛЮЧЕНИЕ III
ЛИТЕРАТУРА


Оценка, на основе данных представлений, параметров обмена между соответствующими областями клетки может быть использована в диагностике патологических нарушений в мембранах клеточных систем как животного, так и растительного происхождения ,,,7 . Структура диссертационной работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, выводов и списка цитируемой литературы. Первая глава представляет собой обзор литературных данных. В ней рассмотрены особенности протонной магнитной релаксации в гетерогенных биологических системах, влияние гетерогенности биологических тканей на параметры линии ЯМР, общие принципы термодинамики транспорта воды и ионов через полупроницаемые мембраны. ЯМР, охарактеризованы исследуемые в настоящей работе биологические материалы. В третьей главе анализируются результаты исследования состояния воды и процессов ее транспорта через клеточные мембраны в тканях виноградной лозы. Четвертая глава посвящена исследованию процессов кристаллизации воды в тканях виноградной лозы. Апробация работы. I Всесоюзном биофизическом съезде Москва, , III Международной конференции Вода и ионы в биологических системах Бухарест, , II Всесоюзной конференции по проблемам теоретической и прикладной криобиологии Харьков, . Публикации. По материалам настоящей диссертации опубликовано работ. ГЛАВА I. В последние годы, в связи с появлением более чувствительной аппаратуры и разработкой новых оригинальных методик, появилась возможность исследования сложных биологических систем животного и растительного происхождения методами ЯМР 6,7, . Теоретической основой этих исследований служат общие принципы теории ядерной магнитной релаксации в жидкостях, перенесенные на случай биологических объектов. Данные теоретические представления были разработаны в оригинальных работах Бломбергена, Перселла, Паунда , Хаттона и Роллина , Торри , Кубо и Томита , Вангснесса и Блоха , в работах советских авторов Александрова , Скроцкого и Кокина , Корста , , Хазановича , Валиева и Зарипова . Они отражены в известной монографии Абрагама , в книге Фаррара и Беккера , ряде обзорных статей . В настоящем обзоре мы коснемся лишь общих понятий теории ядерного магнитного резонанса, которые потребуются нам в дальнейшем для описания релаксационных процессов в биологических системах. ЯМР наблюдается при наложении на образец постоянного магнитного поля Но и перпендикулярного ему переменного поля с амплитудой и частотой . Н0. Больцмана. При выполнении условия к А Е где д Е характеризует расстояние между уровнями ядерной системы, происходит резонансное поглощение радиочастотной энергии К В дальнейшем, система ядерных спинов возвращается к равновесию с окружающей средой решеткой посредством релаксационного процесса с характеристическим временем , называемым временем спинрещеточной релаксации под решеткой следует понимать всевозможные степени свободы за исключением спиновых. Для учета процессов, приводящих к равновесию внутри самой спиновой системы, вводится еще одно время Т2 время спинспиновой релаксации . Для жидкой системы характерно наличие быстрых движений молекул, носящих случайный характер. Благодаря этим движениям происходит модуляция дипольдипольного взаимодействия ядер, вследствие чего на рассматриваемом ядре возникают флуктуирующие локальные магнитные поля, которые вызывают переходы между ядерными уровнями, что, в итоге, приводит к спинрешеточной и спинспиновой релаксации. Для характеристики различных молекулярных движений вводится понятие времени корреляции Тс , которое представляет собой среднее время жизни молекулы, находящейся в данном состоянии движения. Времена релаксации и временем корреляции Тс известными в теории магнитного резонанса уравнениями СоломонаБломбергена . В биологической ткани, вследствие ее структурной гетерогенности, молекулы воды находятся в различных динамических состояниях и поэтому система описывается целым набором времен корреляции. Релаксация такой мультифазовой системы исследована в работе Циммермана и Бриттина .