Физическая биохимия - Фрайфелдер Д.
Скачать (прямая ссылка):
Известно, что белки и нуклеиновые кислоты можно изучать с помощью методов ДОВ и КД вследствие, в первую очередь, пространственной асимметрии составляющих остов этих макромолекул аминокислот и нуклеотидов, следовательно, ДОВ и КД полезны при структурных исследованиях белков, нуклеиновых кислот и нуклеопротеидов. Однако еще раз надо напомнить о том, что теория, позволяющая связать спектры с молекулярной структурой, еще недостаточно развита, поэтому используемые для интерпретации спектров рабочие правила (как и правила абсорбционной спектроскопии) носят большей частью эмпирический характер.
РИС. 16-1.
А — распространение электромагнитной волны. Путь конца вектора Е обозначен жирной линией; путь вектора Н — тонкой. Векторы Е и Н взаимно перпендикулярны; плоскость, в которой лежит вектор Е, называется плоскостью поляризации. Б — образование плоскополяризованного света. Поток света падает на поляризатор, который пропускает только те волны, векторы Е которых параллельны оси поляризатора.
Общая теория ДОВ и КД
В предыдущей главе объяснялось, что свет — это электромагнитная волна, состоящая из осциллирующих электрического (Е) и магнитного (Н) полей, которые можно представить в виде взаимно перпендикулярных векторов (рис. 16-1,Л). Плоскость поляризации определяется как плоскость вектора Е. Обычно источник света испускает свет с набором волн со всеми возможными ориентациями вектора Е. Плоскополяризованный свет получают, пропуская свет через объект (например, поляроид или
РИС. 16-2.
Схематические представления возникновения поляризованного по кругу света. Векторы Е двух электромагнитных волн отличаются по фазе на одну четверть длины волны и взаимно перпендикулярны. Вектор, который является суммой векторов Е двух компонентов, вращается так, что его конец описывает спираль (линия, обозначенная точками).
призму Николя), который пропускает свет, поляризованный в определенной плоскости (рис. 16,1,?).
Предположим, что произошло наложение двух плоскополяри-зованных волн, отличающихся по фазе на одну четвертую длины волны (т. е. когда одна синусоидальная кривая пересекает ось распространения волны, на другой наблюдается максимум или минимум) и имеющих взаимно перпендикулярные векторы Е. По мере распространения волн результирующий вектор Е вращается, так что его конец описывает спираль (рис. 16-2). То же самое, конечно, справедливо и для вектора магнитного поля. Такой свет называется поляризованным по кругу, и если вектор Е вращается по часовой стрелке по отношению к наблюдателю, смотрящему на источник света, то — поляризованным по кругу вправо.
Если наложить поляризованные по кругу вправо (R) и влево (L) волны равной амплитуды, получится плоскополяризован-ный свет, поскольку в каждой точке пространства вектора Е каждой из них будут суммироваться так, как показано на рис. 16-3, Л. Подобным же образом плоскополяризованный свет может быть разложен на R- и L-компоненты. Если амплитуды двух волн с круговой поляризацией неодинаковы, конец результирующего вектора Е будет описывать эллипс, и такой свет называется эллиптически-поляризованным (рис. 16-3, Б). Для описания эллиптической поляризации часто используют параметр эллиптичности 0. 0 представляет собой угол, тангенс которого
РИС. 16-3.
Схемы, показывающие, как складываются поляризованные по кругу влево и вправо лучи света.
А — при одинаковых амплитудах двух волн результирующий свет будет плоскополяри-зованным; В — если амплитуды отличаются, результирующий свет будет эллиптически-поляризованиым, т. е. конец результирующего вектора вычертит эллипс, показанный пунктиром. Длина большой и малой осей эллипса а и ft.
есть отношение малой и большой осей эллипса, показанного на рис. 16-3, Б, т. е. 0 = arctg — [см. уравнение (6)].
Когда луч света (т. е. распространяющееся электромагнитное поле) проходит через вещество, электрический вектор Е распространяющейся волны взаимодействует с электронами атомов. Это взаимодействие приводит к уменьшению скорости распространения света (называемому также запаздыванием света) и к уменьшению амплитуды вектора Е. Уменьшение скорости распространения света связано с преломлением и описывается показателем преломления п, а уменьшение амплитуды вектора Е — с поглощением и описывается молярным коэффициентом погашения г. И п, и е зависят от длины волны, причем эта зависимость определяется электронной структурой и геометрией молекул.
В результате взаимодействия света, даже если он поляризован, с большинством веществ будут обнаруживаться только преломление и поглощение света. Однако взаимодействие некоторых молекул со светом чувствительно к плоскости поляризации падающего света. Такая молекула, или хромофор, называется оптически активной; она характеризуется различными показателями преломления пь и пц и молярными коэффициентами погашения еь и er для соответственно поляризованных по кругу влево и вправо лучей. Оптическая активность характерна для многих органических веществ и почти всех биологических молекул. Будет хромофор оптически активным или нет, определяется его асимметрией. Если молекула асимметрична в том смысле, что она не может быть совмещена со своим зеркальным отображением, она является оптически активной. Примеры оптически активных структур даны на рис. 16-4. Здесь не будет объясняться
