Фотобиология - Конев С.В.
Скачать (прямая ссылка):
возбуждающего света. Иными словами, в сильнощелочных замороженных
растворах фотоионизация представляет собой двухквантовый процесс, в
котором второй квант поглощается, по-видимому, триплетной молекулой
триптофана. При этом электрон отрывается от молекулы триптофана,
находящейся во втором триплетном электронно-возбужденном состоянии.
Для водно-солевых (NaCl) замороженных растворов триптофана показатель
степени в приведенной выше формуле варьировал от 1 до 2 в зависимости от
способа приготовления образца: наблюдалось "смешивание"
одноквантовой и двухквантовой фотохимии в различных пропорциях.
Итак, электрон может успешно отрываться как от синглетной, так и от
триплетной возбужденной молекулы триптофана в зависимости от условий
микроокружения - матрицы.
На первый взгляд возможность отрыва электрона от синглетной возбужденной
молекулы триптофана противоречит законам термодинамики. Известно, что
энергия ионизации ароматических соединений в вакууме обычно равняется 9
эВ, а нижнему колебательному подуровню синглетного возбужденного
состояния триптофана соответствует энергия 4,1 эВ. Поэтому кажется, что
возбужденная молекула триптофана не должна ионизироваться.
Однако в реальных условиях потенциал ионизации
5. Триптофановая фотоинактивация
261
триптофана значительно снижается. Это обусловлено тем, что одновременно с
процессом ионизации происходит выделение энергии электронной и
ориентационной поляризации среды (4 эВ), возникающей в результате
взаимодействия диссоциирующих партнеров с молекулами окружения. Следует
учитывать также, что потенциал ионизации n-электрона азота индольного
кольца значительно меньше потенциала ионизации л-электронов. Этот
потенциал еще больше уменьшается в результате образования водородной
связи с участием иминогруппы. Поэтому наиболее вероятно, что электрон
отрывается от азота индольного кольца.
Можно представить себе, что фотоионизация осуществляется по следующему
механизму. Электрон возбужденной молекулы за время жизни возбужденного
состояния успевает вступить во взаимодействие с диполями растворителя,
находящимися в наиболее благоприятной конфигурации. В результате этого
энергия связи электрона с молекулой оказывается меньшей, чем сумма
энергий возбужденного состояния и взаимодействия с растворителем. Отрыв
электрона становится энергетически возможным. Следовательно, вероятность
отрыва электрона от молекулы зависит не только от энергии возбужденного
состояния, но и от полярности и поляризуемости среды, снижающих энергию
ионизации, времени жизни возбужденного состояния и вязкости среды,
которые определяют вероятность взаимодействия фотоэлектрона с
благоприятной диполь-конфигурацией. При этом диполи растворителя как бы
притягивают к себе электрон возбужденной молекулы.
Итак, опыты с модельными соединениями при низких температурах убедительно
продемонстрировали принципиальную возможность ионизирующего действия
ультрафиолетового света на триптофан как по одноквантовому (в условиях,
приближающихся к физиологическим), так и по двухквантовому механизму:
So hv S| • АЬИ -f-S0 + hy -^Si -> Тг ->7\ + h\2 -*¦ T2 * AH+ -j- es.
Хотя кинетика фотоионизации триптофанилов непосредственно в белке не
исследовалась, экспоненциальный
262 Глава XIII. Действие УФ-света на белки
характер их фотодеструкции (как и всего процесса фотоинактивации белков)
позволяет прийти к следующему заключению. Если в физиологических условиях
белок действительно инактивируется в результате фотоионизации, то эта
реакция осуществляется по одноквантовому механизму через синглетные
возбужденные состояния.
В дальнейшем, как полагает Ю. А. Владимиров и др., образующийся в белках
катион-радикал диссоциирует на протон и нейтральный радикал. Последний,
взаимодействуя с соседними группами полипептидной цепи, образует
межмолекулярную ковалентную сшивку - стабильный фотопродукт:
¦ АН+ -"¦ Н+ + • А -> А - В (сшивка).
Если фотолизу подвергается остаток триптофана, непосредственно входящий в
состав активного центра фермента, уже этого достаточно, чтобы белок
потерял ферментативную активность.
Если существенный триптофанил находится вне активного центра, то сшивка
изменяет баланс водородных, гидрофобных и других слабых сил
(множественные разрывы связей), поддерживающих нативную конформацию
макромолекулы. В результате инициируется кооперативный процесс
денатурации, которая и приводит к потере ферментативной активности. В
большинстве случаев непосредственной причиной инактивации являются
конформационные изменения макромолекулы. Действительно, фотоинактивации
белка сопутствуют конформационные перестройки и оба эти эффекта
наблюдаются при одинаковых дозах УФ-света. УФ-индуцированные
конформационные перестройки в белках зарегистрированы с помощью методов
седиментации, электрофореза, вискозиметрии, полярографии, электронной
микроскопии, люминесценции, оптического вращения, осмометрии,
кондуктометрии, измерений поверхностного натяжения, растворимости,
