Физические методы исследования белков и нуклеиновых кислот - Лазуркина Ю.С.
Скачать (прямая ссылка):
водородных связей между молекулами. Поэтому для выяснения природы спектральных изменений, происходящих при димериза-ции, в каждом конкретном случае необходимо ставить вспомогательные эксперименты.
При образовании полимера полоса расщепляется на множество полос, образующих в совокупности новую экситонную полосу. Интенсивность внутри экситонной полосы распределяется определенным образом в зависимости от геометрии полимера. Кроме того, происходит перекачка интенсивности из одной экситонной полосы в другую. Количественно гипохромный эффект в полимерах впервые описал Тиноко [1]. Родс [2] изучил этот вопрос более детально. При качественном обсуждении вполне можно ограничиться рассмотрением какого-то димера, выхваченного из полимера, так как взаимная ориентация осцилляторов внутри димера одинакова вдоль всего полимера, а именно эта ориентация наиболее существенна.
г. Спектры нуклеотидов и полинуклеотидов
Исследованная часть спектров нуклеотидов и полинуклеотидов полностью обусловлена поглощением азотистых оснований, точнее я->-я*- и п->-я*-переходами в них.
Спектры азотистых оснований. В пиримидинах— цитозине, тимине урациле — имеется шесть я-орбит (рис. 3, а). Три нижние орбиты заняты в основном состоянии шестью я-электронами. Верхние три я*-орбиты в основном состоянии не заняты. Кроме того, две пары несвязывающих n-электронов атомов азота заполняют две n-орбиты. Поскольку незанятыми являются только я*-орбиты, то возможны два сорта переходов: я-vn* и п-*-я*. В пуринах — аденине, гуанине — имеются девять я-орбит, из которых нижние пять заняты в основном состоянии (см. рис. 3, б). Имеются также три заполненные п-орбиты.
В видимой части спектра нуклеотиды прозрачны. Они поглощают свет с длиной волны меньше ~300 ммк. При этом поглощение почти полностью обусловлено я->-я*-переходами; п->я*-переходы проявляются лишь в виде трудно различимых плеч. Однако самой длинноволновой является, по-видимому, очень слабая п->-я*-полоса. Эти два типа переходов отличаются интенсивностью и поляризацией. Полосы, отвечающие я-»-я*-переходам, значительно интенсивнее полос, за которые ответственны переходы. Еще важнее то, что я->я*-переходы поляризованы в плоскости оснований, а поляризация п->-я*-переходов перпендикулярна этой плоскости. Интенсивная полоса с максимумом около 260 ммк, характерная для азотистых оснований, является смесью я-»-я*- и п->я*-переходов. Это было обнаружено при изучении спектров ориентированных пленок в поляризованном свете.
II I
,N\<s*N.
H
О
II
I
н
Рис. 3. Схематическое изображение яип уровней пиримидина (а), пурина (б) и пептидной связи (в). Стрелками указаны длинноволновые я-*-п* и п-*-п* переходы. Точками изображены неподеленные пары электронов
Спектры полинуклеотидов. При образовании из нуклеотидов полимера между нуклеотидами возникают, конечно, химические связи, которые образуются между фосфатными группами и рибозой, не затрагивая азотистых оснований. В то же время спектр в ближнем ультрафиолете обусловлен именно основаниями, поэтому само по себе образование химических связей не должно приводить к изменениям спектра в этой области. Различными опытами было показано, что спектральные изменения не связаны с возникновением водородных связей между основаниями (3, 4]. Поэтому основную роль играет взаимодействие между основаниями вдоль цепи1. Это взаимодействие можно считать диполь-дипольным 2.
Полинуклеотидам присущи два важнейших вида вторичной структуры — упорядоченная спиральная и разупорядоченная клубкообразная. Клубкообразный полимер есть промежуточная форма между отдельными основаниями и спиральным полимером. На обеих стадиях — при образовании клубка из отдельных нуклеотидов и затем при переходе клубок — спираль —был отмечен гипохромный эффект. Итак, при образовании спирального полимера из отдельных мономеров наблюдается гипохромный эффект, причем основная часть эффекта приходится на переход клубок — спираль. Гипохромизм, наблюдаемый при образовании клубкообразного полимера из мономеров, называется остаточным гипохромизмом {3].
1 Взаимодействие вдоль цепи играет основную роль также в стабилизации спиральной структуры [4, 5].
2 Поскольку расстояния между основаниями в ДНК малы, то диполь-ди-польное приближение является весьма грубым. Однако для качественного рассмотрения оно вполне подходит.
Проиллюстрируем возможность гипохромного эффекта при переходе клубок — спираль даже без изменения расстояния между осцилляторами на модели димера, состоящего из двух разных осцилляторов. Пусть в «спиральном» состоянии мономеры в димере расположены стопкообразно один под другим в одной плоскости (см. табл. 1, А). При «плавлении» мономеры приобретают возможность вращаться вокруг соединяющей их оси. Зависящий от угла между осцилляторами ср множитель в формуле (18) будет равен (ёаеь) Gab= (eaeb)2=cos2 ср. В «спиральном» состоянии угол ф=0 и cos2 ср=1. В «клубкообразном» состоянии, когда угол может при--------------------------------- 1
