Фотобиология - Конев С.В.
Скачать (прямая ссылка):
возникает в основном в результате я-я*-перехода, хотя в ряде случаев оно
может быть следствием п-я*-перехпда. Триплетное состояние нуклеотидов,
как правило, возникает при я - я*-переходе. Нуклеиновые кислоты (а также
основания, нуклеози-ды, нуклеотиды) при комнатных температурах и
нейтральных pH практически не люминесцируют.
При физиологических условиях флуоресценция аде-нина, гуанина, цитозина,
тимина, а также ДНК имеет крайне низкие квантовые выходы (около 10-4) и
время жизни (т" 1СИ2 с) (табл. 11). Выраженная люминесценция нуклеиновых
кислот и оснований наблюдается только при экстремальных значениях pH, а
также при низких температурах.
2. МИГРАЦИЯ ЭНЕРГИИ
Отсутствие флуоресценции при физиологических условиях, как уже
указывалось, означает, что у всех оснований время жизни синглетного
возбужденного состояния очень небольшое, что исключает возможность
эффективной миграции энергии по индуктивно-резонансному механизму
(несоблюдение первого правила Ферстера).
Теоретически возможна, хотя экспериментально не доказана, индуктивно-
резонансная миграция энергии только в афизиологических условиях - при
температу-
224 Глава XII. Действие УФ-света на нуклеиновые кислоты
Таблица 11. Параметры флуоресценции и фосфоресценции нуклеотидов при 77 К
Основание Флуоресценция Фосфоресценция
кванто- вый ВЫХОД ТИЗМ, НС Т ест, не кванто- вый выход
т, с
Адеиин 0,01 2,8 3,0 -
Г уанин 0,13 5,0 12,0 0,07 1,3
Цитозин 0,05 - - 0,03 0,34
Тимин 0,16 3,2 4,5 0,01 0,5
Урадил 0,01 - 4,5 - -
ре 77 К или ниже. До сих пор однозначно не решен и вопрос о зонной
полупроводимости нуклеиновых кислот. Исследования температурных
зависимостей проводимости свидетельствуют о том, что нуклеиновые кислоты
скорее всего являются диэлектриками, чем полупроводниками. К тому же эти
результаты были получены на сухих таблетках нуклеиновых кислот и вряд ли
могут быть перенесены на растворы, поскольку обезвоживание сильно
искажает вторичную и третичную структуры ДНК. Столь же неоднозначны и
данные по фотопроводимости. Нет также прямых данных, свидетельствующих в
пользу протекания миграции энергии между основаниями по механизму
синглетного экситона. Наблюдаемые синий сдвиг спектра поглощения и
красный сдвиг спектра флуоресценции у полнадениловой кислоты, по
сравнению со спектрами мономера (аденина), по-видимому, не связаны с
экситоном, а объясняются изменением вероятности я; - я*- и п - я*-
переходов при интенсивных межмолекулярных взаимодействиях. Кроме того,
низкотемпературная флуоресценция полимера не обнаруживает заметной
деполяризации. Все эти факты указывают на отсутствие межадениновой
миграции энергии в ДНК.
Более вероятна миграция энергии с участием триплетных уровней оснований.
Согласно фосфоресцентным измерениям, энергия триплетных состояний
мононуклеотидов убывает в ряду цитозин>гуанин>аденин>тимин.
2. Миграция энергии
225
Уже это позволяет предполагать, что при благоприятных условиях миграция
энергии между нуклеотидами в ДНК может протекать в направлении от
цитозина к тимину.
Существуют и прямые доказательства того, что при низких температурах (77
К) энергия электронного возбуждения может мигрировать по основаниям вдоль
по-линуклеотидной цепи. Этот межнуклеотидный перенос энергии
представляет, по-видимому, триплет-триплет-ный экситон, о чем говорят
следующие факты. В аде-нин-цитозиновом динуклеотиде в отличие от смеси
мононуклеотидов обнаружены сенсибилизированные цитозином фосфоресценция и
сигнал ЭПР аденина. В двуспиральном сополимере адениловой и тимидило-вой
кислот свет, поглощенный аденином, вызывает фосфоресценцию тимина.
Обнаружено также, что всего один парамагнитный (Cu2+, Ni2+, Cr2+, Со2+,
Fe2+, Мп2+) ион, связывающийся с одним основанием в ДНК или
полиадениловой кислоте, мало влияя на интенсивность флуоресценции, тушит
фосфоресценцию не одного, а многих (десяти) оснований:
т-т т-т т-т т-т т-т
Нуклеотид, находящийся в комплексе с ионом, можно рассматривать,
следовательно, как ловушку, в которую попадает делокализованная по цепи
нуклеотидов энергия возбуждения, где она и диссипирует в тепло.
Теоретическая обработка результатов по тушению фосфоресценции и ее
временам жизни (тф0Сф), а также данные ЭПР показали, что за время жизни
триплетиого состояния нуклеотидов в полиадениловой кислоте (2,4 с)
энергия возбуждения делокализуется в пределах 100 оснований. Сходную
информацию дают проведенные Галли опыты с комплексами ДНК-акридиновый
краситель. Исследовалась зависимость интенсивности замедленной
флуоресценции (альфа-фосфоресценции) акридинового оранжевого от
интенсивности возбуждающего света, адресуемого не красителю, а
основаниям. Оказалось, что при увеличении интенсивности возбуж-
226 Глава XII. Действие УФ-света на нуклеиновые кислоты
дающего света интенсивность замедленной флуоресценции красителя
возрастает параллельно с интенсивностью фосфоресценции оснований,
отражающей концентрацию их триплетных состояний. По мере увеличения числа
