Особенностью биологического действия электромагнитного излучения оптического диапазона, включающего ультрафиолетовый (200 — 400 нм) и видимый (400 — 750 нм) свет, является ярко выраженная зависимость биологического эффекта от длины волны излучения. Меняя длину волны, можно избирательно запускать те или иные фотобиологические процессы. Поэтому важно представлять, во-первых, действию света каких длин волн мы подвергаемся, а во-вторых, почему биологический эффект зависит от длины волны.
К фотобиологическим (фотомедицинским) относят процессы, начинающиеся с поглощения кванта света биологически важной молекулой и заканчивающиеся какой-либо физиологической реакцией (позитивной или негативной) на уровне организма. Ясно, что фотобиологический процесс инициируется только при условии поглощения кванта света подходящей молекулой-акцептором. Например, бактерицидные эффекты возникают в результате поглощения света молекулами ДНК в клетках бактерий и последующих химических реакций запасших энергию квантов света (электронно-возбужденных) молекул ДНК. Следовательно, бактерицидные эффекты можно вызвать только тем светом, который поглощают молекулы ДНК.
Поглощение монохроматического света веществом описывается законом Бугера—Ламберта—Бера
где I и I0 — интенсивности ослабленного образцом и падающего на образец монохроматического света; l — толщина образца (см); c — концентрация вещества в образце, выражаемая в молях на литр (М); коэффициент [л/(моль - см)] характеризуют способность молекул исследуемого вещества поглощать свет данной длины волны и называется и молярным коэффициентом поглощения.
Спектр поглощения ДНК представляет собой широкую неструктурированную полосу и находится в области 200 — 315 нм с максимумом около 260 нм. Спектры поглощения других биологически важных молекул (белков, коферментов, пигментов и т.д.) также представляют собой широкие полосы, но по положению отличаются от спектров ДНК. Интересно что почти все различно окрашенные биологически важные молекулы состоят главным образом из следующих бесцветных, не поглощающих свет элементов: С, Н, О и N. Способность поглощать свет и положение полосы поглощения определяются прежде всего тем, как связаны между собой в молекулах атомы углерода. Молекулы ненасыщенных липидов, содержащие несопряженные двойные связи (двойные связи разделены двумя или более одинарными связями), имеют максимум поглощения короче 200 нм. При окислении липидов двойные связи сдвигаются и становятся сопряженными. При сопряжении двух связей (диеновые конъюгаты) возникает максимум поглощения около 233 нм, при образовании триеновых конъюгатов появляется максимум около 260 — 280 нм. Ретиналь содержит шесть сопряженных связей и имеет максимум поглощения около 360 нм. У каротиноидов еще более длинная система сопряженных связей и еще более длинноволновое поглощение. Таким образом, достаточно посмотреть на структурную формулу молекулы, чтобы определить, способна ли она поглощать свет, и даже примерно предсказать положение полосы поглощения.
Меняя длину волны, можно избирательно возбуждать и фотохимически модифицировать разные биомолекулы. На этом основана избирательность действия света — важнейшая черта фотобиологии, выгодно отличающая ее от радиобиологии. Поглощение квантов рентгеновского или гамма-излучения осуществляется не молекулами, а атомами и не зависит от того, в состав каких молекул эти атомы входят. Поэтому поглощение ионизирующего излучения происходит в основном теми элементами, которых в организме больше. А так как наш организм на 80% состоит из воды, то радиохимические процессы приводят преимущественно к появлению свободных радикалов воды, которые в дальнейшем повреждают белки, нуклеиновые кислоты и другие биомолекулы. Отсюда понятно, что ионизирующее излучение не может действовать избирательно.