Биофизическая химия. Том 2 - Кантон Ч.
Скачать (прямая ссылка):
использовать более точные волновые функции. Для этого нужно учесть вклад
в волновую функцию каждого состояния волновых функций других состояний,
обладающих большей энергией возбуждения. Коэффициенты, учитывающие
величины таких вкладов, определяют при помощи теории возмущений.
Для нахождения волновой функции основного состояния будем учитывать
однократно и двукратно возбужденные состояния. В первом порядке теории
возмущений имеем
П = ФюФ 20 + X ? Ф1ьФ2Ь-Кь.2Ь'/(Еь- + Еь - 2Е0)
Ь Ь¦
Для первого возбужденного состояния учтем только однократно возбужденные
конфигурации. В первом порядке теории возмущений волновые функции для
двух возбужденных состояний днмера имеют следующий вид:
- (1/'/2)(Ф1аФ2О ± Ф10Ф211) + X Ф1 0<^2b[ ^1и.2ь/^Ь ~ Efl)] + ? Ф 1ь
Ф2о[Кь'.2а/(ЕЬ' ~ ?ц)]
Ь'
Матричные элементы энергии взаимодействия Vic2d имеют вид < ф ]0 ф2(] I
VI Ф1сФ2о> . где V описывает электростатическое взаимодействие между
двумя мономерами и обычно представляет собой
58
ГЛАВА 7
диполь-дипольный член [уравнение (7.45)]. Следовательно, эти элементы
отвечают энергиям взаимодействия между моментами переходов 0 - с в
мономере I иО - rf в мономере 2.
Для вычисления дипольной силы переходов для димера используются
возмущенные волновые функции
ДОА* =|<ЩЦГП*>|2
^0А-=№|ц|^->|г
точно так же, как это делалось выше. Дипольная сила для димера
вычисляется как сумма этих двух величин:
^ОА = ^ОА* + ^ОА =
= 2D0a + ?[4ЕЬ/(Е% - Ео)]К02о|Ц2|02ь) ' (.Фю^^ФмУ^а.гь +
ь ~ ~
+ ¦ ^02о|Ц2|Ф2о^Ць.2о)
Dqд зависит от Л3,2> поскольку эта величина входит в выражения для VJa 2t
и v\ь 2а-
Для количественного описания гипохромизма необходимо вычислить силы
осцилляторов [уравнение (7.41)]. Гипохромизм в процентах (И) выражается
следующим образом:
й = (1 - /оа//оо)ЮО
где/0А - сила осциллятора для димера или полимера в расчете на один
остаток,/0а - сила осциллятора для мономера. Иногда оказывается удобным
ввести гипохромизм в процентах при определенной длине волны (Н). По
аналогии с предыдущим
Щ) = [1 -?п(Х)/?м(Я)]100
где ?п - коэффициент экстинкции полимера в расчете на один остаток, а ?м
- коэффициент экстинкции мономера.
ется только при достаточно плотной упаковке и эффект исходит в основном
от ближайших соседей. На гипохромизм влияет и взаимное расположение
хромофоров. Рассмотрим стопку из двух плоских хромофоров. Изменение угла
между плоскостями приводит к заметному эффекту, в то время как поворот
одного из хромофоров в плоскости, параллельной плоскости другого,
сопровождается гораздо меньшим изменением гипохромизма. Это связано с
тем, что поляризуемость плоских хромофоров обычно в значительной степени
изотропна по отношению к повороту в плоскости хромофоров.
На практике гипохромный эффект редко используется для анализа структурных
деталей. Он служит лишь четким указателем на то, каким образом - в виде
стопки или цепочки - упакованы хромофоры. Кроме того, гипохромизм обычно
применяется в качестве простого количественного показателя при
образовании и разрушении упорядоченной структуры под действием тех или
иных факторов. В последующих главах в связи с обсуждением конформационных
изменений в нуклеиновых кислотах будет приведено много примеров такого
рода.
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОРИЕНТАЦИИ ХРОМОФОРА ПРИ ПОМОЩИ ЛИНЕЙНОГО ДИХРОИЗМА
До сих пор при обсуждении спектров белков и нуклеиновых кислот мы
считали, что эти спектры регистрируются в неполяризованном свете при
беспорядочной ориентации мо-
СПЕКТРОСКОПИЯ ПОГЛОЩЕНИЯ
59
/Л. "UrjP|T0>EL)2
(А-\\.----------------------
W--шиши--------------------------
шиши----------------
/ -
РИС. 7.22. Линейный дихроизм, ожидаемый для В-формы двойной спирали ДНК,
расположенной относительно падающего поляризованного света так, как это
изображено на рисунке. Поскольку момент перехода <Ф0 I д I Фа> лежит в
плоскости пар оснований, он всегда направлен перпендикулярно Ец.
Интенсивность поглощения периодически меняется вдоль спирали, так как
угол между <Ф0 I д I Фа> и Е изменяется на 36е при переходе к каждой
последующей паре оснований. (Структура ДНК дана по A.Kornberg, DNA
Synthesis, San Fran-cisko, W.H.Freeman and Company, 1974.)
лекул в растворе. Следовательно, измеряемая таким образом интенсивность
поглощении I < ¦о I I ^о> ' Е I 2 в действительности является величиной,
усредненной по всем ориентациям2 она пропорциональна 1<Ф'01д111гв)121
Е12. При использовании поляризованного света и ориентированных образцов
становится возможным измерять линейный дихроизм, как это было описано
ранее. Здесь мы рассмотрим несколько примеров, имеющих практическое
значение.
Предположим, что мы имеем ориентированный образец ДНК, в котором оси
двойных спиралей параллельны (рис. 7.22.). Исходя из наших представлений
о спектроскопических свойствах ДНК мы можем сказать, что вероятность
поглощения света, поляризованного параллельно и перпендикулярно оси
спирали, будет существенно разной. Напомним, что наиболее интенсивный в
