Биофизическая химия. Том 2 - Кантон Ч.
Скачать (прямая ссылка):
относительно областей упорядоченной вторичной структуры. Такие
экспериментальные методы, как КД/ДОВ, спектроскопия в УФ- и ИК-областях и
римановская спектроскопия, а также тритиевый изотопный обмен позволяют
получить разумные оценки количества спиральных участков в молекуле белка
или нуклеиновой кислоты. Иногда можно получить при этом некоторые
сведения относительно типа, размеров и химического состава спиральных
участков. Вместе с тем ни один из этих методов не дает возможности
определить всю пространственную структуру, но в ряде случаев они
позволяют получить довольно ясную, хотя и приблизительную, картину при
относительно небольших затратах усилий и времени.
МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ СТРУКТУРЫ И ФУНКЦИИ БИОПОЛИМЕРОВ
9
Эффективность практически каждого из методов, которые имеются в арсенале
биофизхимика, возрастает, если наряду с ним используют и другие методы.
Есть много примеров тому, как в результате параллельных исследований,
объектом которых являлась одна и та же макромолекула, с помощью различных
подходов удавалось получить богатую и подробную информацию об зтом
объекте. Но таким способом никогда еще не удавалось собрать достаточное
количество данных, которое позволило бы получить полную статическую
картину структуры молекулы, - это может дать лишь рентгеноструктурный
анализ. Однако эти методы дали много сведений, получить которые с помощью
одного рентгеноструктурного анализа можно лишь при стечении благоприятных
обстоятельств и при определенных допущениях. В табл. 1 сопоставлены
некоторые основные характеристики всех описываемых здесь методов.
Совершенно ясно, что подробное рассмотрение принципов, на которые
опирается каждый метод, и результатов, полученных с его помощью, не может
вместиться в рамки одного пособия. Мы рассмотрим здесь лишь около
половины этих методов. Но даже и прн таком сокращении оставшийся материал
изложен далеко не исчерпывающим образом. Главная тема настоящей книги -
молекулы, а не методы. Практическая сторона применения методов будет
рассматриваться подробно только тогда, когда это будет абсолютно
необходимо для понимания смысла измеряемых величин. По каждому из
описываемых в данном томе методов имеется много статей и пособий. И
читателю, который решит использовать тот или иной метод, скорее всего,
придется обратиться за дополнительной консультацией к какому-либо из них.
Глава 7 Спектроскопия поглощения
7.1. Основные принципы
ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ
Идея всякого спектроскопического эксперимента чрезвычайно проста.
Электромагнитное излучение с длиной волны X (или частотой v = с/Х)
направляют на образец и определяют какие-либо параметры излучения,
исходящего из образца. Одним из простейших таких параметров является доля
потока излучения, поглощенная или рассеянная образцом (на этом принципе
основаны спектроскопические методы, некоторые методы ЯМР-спектроскопии, а
также разнообразные измерения упругого рассеяния). Кроме того, можно
исследовать излучение образца, характеризуемое иной частотой, чем частота
падающего света (примерами могут служить флуоресценция, фосфоресценция,
спектроскопия комбинационного рассеяния и неупругое рассеяние света).
Помимо интенсивности излучения как таковой исследуют также ее
распределение по частотам. В более сложных методах измеряют, кроме того,
поляризацию излучения (КД, ДОВ и поляризационная флуоресценция).
Диапазон длин волн, используемых при спектроскопических исследованиях
биологических молекул, весьма широк. Он представлен в табл. 7.1, где
указана также энергия квантов соответствующих длин волн. Значения энергии
лежат в диапазоне от нескольких миллионов ккал - моль-1 (что более чем
достаточно для разрыва самых прочных ковалентных связей при условии, что
эту энергию удастся локализовать в нужном месте) до значений, меньших 10-
J ккал ¦ моль-1 (что заметно уступает тепловой энергии при комнатной
температуре, RT = 0,6 ккал ¦ моль- *).
При более внимательном рассмотрении оказывается, что измерения в каждой
из этих спектральных областей сопряжены с большими экспериментальными
трудностями, разными для разных методов. Это обусловлено значительными
различиями аспектов молекулярной структуры, изучаемых тем или иным
методом, а также широким разнообразием экспериментальных подходов. В то
же время, как будет видно из дальнейшего, все спектральные методы имеют
много общего.
КАЧЕСТВЕННОЕ ОПИСАНИЕ СПЕКТРОСКОПИИ
Объяснить наглядно механизм взаимодействия света с веществом вряд ли
возможно. Свет - это быстро осциллириующее электромагнитное поле, а
молекулы можно представить в виде распределения зарядов и спинов, которые
обладают определенными электрическими и магнитными свойствами. Под
действием света это распределение может изменяться. В типичном
спектроскопическом эксперименте свет падает на образец либо непрерывно,
либо импульсами. В круг задач спектроскопии входит выяснение вопросов о
том, как быстро молекула реагирует на электромагнитное возмущение и
