Биофизическая химия. Том 2 - Кантон Ч.
Скачать (прямая ссылка):
гомологичным системам порой оказывается недостаточно для проведения
полуэмпирических расчетов. И все же измерение оптической активности может
быть использовано как удобный метод выявления конформационных изменений и
исследования локального окружения хромофоров. В последующих главах мы
рассмотрим кинетику и термодинамику коиформациоиных изменений. При
выполнении подобных экспериментов необходимо проследить за изменениями
структурных параметров в зависимоти от времени, температуры и других
переменных. Если система содержит несколько компонентов (например,
состоит из участков с разной конформацией), то ее поглощение или
оптическая активность всегда будут представлять собой просто среднее
арифметическое соответствующих величин. Например, [6] = ? xfij, где х/ -
мольная доля /-го компонента, 0(- - КД этого компонента. При удачном
выборе длин волн можно следить за каждым компонентом независимо.
Даже при образовании крупных комплексов (например, комплексов субъединиц)
спектры КД остаются чувствительными главным образом к локальным
взаимодействиям. Таким образом, изменения КД отражают в основном
изменения локальной структуры, если таковые происходят. Главным
преимуществом КД по сравнению с другими методами регистрации
конформационных изменений является его очень высокая чувствительность.
Даже когда невозможно дать детальную структурную интерпретацию, изменения
в структуре почти наверняка проявятся в виде изменения КД.
КД с успехом применяется еще в одной области - при изучении связывания
белков и нуклеиновых кислот с малыми молекулами, причем наиболее удобны
для таких исследований малые молекулы, которые поглощают видимый свет. КД
оптически активных малых молекул может изменяться при связывании с
макромолекулами либо в силу электронных взаимодействий с их центром
связывания, либо из-за конформационных изменений, которые они
претерпевают при связывании. Эти изменения легко обнаружить, поскольку
большинство обычных биополимеров не обладают КД в видимой области.
Особенно удобно изучать оптически неактивные малые молекулы.
Индуцированный КД у таких молекул обычно проявляется при связывании в
силу тех же причин, что и в упомянутом случае оптически активных малых
молекул, однако его величина в полосе поглощения отражает свойства
исключительно связывающего вещества. Это облегчает выявление
эквивалентных центров связывания, а также определение количества
связанных лигандов. Если все центры сходны, индуцированный КД малых
молекул будет равен в = Ссв[есв]/Л00, где Ссв - концентрация связанных
малых молекул, [0СВ] - КД комплекса (определяемый по выходу спектра на
насыщение при добавлении к малым молекулам избытка полимера), / - длина
оптического пути. Если [бсв] известен, можно, измерив в, найти Ссв, а
затем константы связывания и, наконец, кажущиеся термодинамические
величины, характеризующие процесс связывания в равновесии.
Когда малые молекулы связываются на асимметричных центрах полимера, в
индуцированный КД вносят свой вклад несколько факторов. Влияние окружения
учитывается членами одноэлектронного типа. Кроме того, если
энергетические уровни хромофоров белка или нуклеиновой кислоты близки к
уровням малой молекулы, существенный вклад в индуцированный КД будут
вносить экситонные эффекты. Например, оптическая активность групп тема в
гемоглобине обусловлена в основном взаимодействием с соседними
тирозиновыми остатками белка.
6*
84
ГЛАВА 8
ДРУГИЕ РАЗНОВИДНОСТИ МЕТОДА ИЗМЕРЕНИЯ ОПТИЧЕСКОЙ АКТИВНОСТИ
В магнитном поле оптическая активность становится еще более сложным
явлением: в этих условиях лаже у оптически неактивных молекул проявляются
КД и ДОВ, а у молекул, обладающих оптической активностью, помимо полос
естественного КД, наблюдаются новые, магнитоиндуцированные полосы.
Спектроскопия магнитного КД и магнитной ДОВ разработана пока не так
хорошо, как спектроскопия естественной оптической активности, но в
будущем эти методы, по-видимому, найдут широкое применение.
Операторы, фигурирующие в теории естественной оптической активности, на
самом деле являются тензорами, а не скалярами. В обычном изотропном
растворе хаотическая ориентация молекул приводит к усреднению тензорных
свойств, в результате чего измеряемой величиной служит след (сумма
диагональных элементов) тензора оптической активности. Чтобы получить
более полное представление о системе, необходимо измерить отдельные
элементы тензора. Для этого мсхсно исследовать оптическую активность
ориентированных образцов. Результаты подобных экспериментов требуют
особенно тщательной обработки, поскольку система помимо кругового
дихроизма теперь обладает также линейным дихроизмом, и эти эффекты
необходимо разделить. Все эти приемы позволяют глубже понять природу
электронных состояний полимера.
Если оптически активная система обладает способностью к флуоресценции
(см. следующий раздел), то оказывается возможным измерить еще два
параметра оптической активности. Предположим, что для возбуждения
