Исследование кинетики молекулярных процессов в растворах биополимеров методами оптической спектроскопии и голографии

• Автор: Степанов, Владимир Николаевич
• Шифр специальности: 01.04.05
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2008
• Место защиты: Оренбург
• Количество страниц: 181 с. : ил.

Глава 1. БЕЗЫЗЛУЧАТЕЛЬНАЯ ПЕРЕДАЧА ЭНЕРГИИ
ЭЛЕКТРОННОГОВОЗБУЖДЕНИЯ В ПОЛИМЕРНЫХ РАСТВОРАХ
1Л. Перенос энергии электронного возбуждения, как перспективный
метод изучения конформационных изменений структуры белка
1.2. Экситонный перенос энергии в полимерных цепях
1.3. Влияние полимеров на процессы ассоциации красителей
1.4. Применение квантово-химических методов к исследованию
экситонных процессов и динамики молекулярных фрагментов в
полимерных цепях
Глава 2. ОБЪЕКТЫ, СХЕМЫ УСТАНОВОК И ПРИБОРНАЯ БАЗА
ИССЛЕДОВАНИЙ
2.1. Объекты исследования
2.2. Схемы и описание установок, используемых для изучения растворов биополимеров и пленок, окрашенных люминофорами
2.3. Подготовка экспериментальных образцов
Глава 3. КИНЕТИКА ЭКСИТОННЫХ ПРОЦЕССОВ В ПОЛИМЕРНЫХ
ЦЕПЯХ
3.1. Генерация и аннигиляция триплетных экситонов в полимерных цепях
при ступенчатом лазерном возбуждении сенсибилизаторов
3.2. Дистанционная аннигиляция экситонов, изолированных на сопряженных отрезках цепи, в случае медленной диффузии и аннигиляции по механизму Ферстера-Декстера
3.3. Квантовохимические расчеты рельефа поверхности потенциальной энергии полимерных цепей в конфигурационном пространстве торсионных углов

Глава 4. ПЕРЕНОС ЭНЕРГИИ ЭЛЕКТРОННОГО ВОЗБУЖДЕНИЯ В БИМОЛЕКУЛЯРНОМ ЗОНДЕ, СОРБИРОВАННОМ НА БЕЛКЕ
4.1. Кинетика бимолекулярных фотореакций в разбавленных полимерных растворах
4.2 Изучение межмолекулярного взаимодействия в двухкомпонентных
растворах по спектрам поглощения и люминесценции (краситель и лизоцим, краситель и краситель)
4.3 Изучение взаимодействия бимолекулярного зонда с лизоцимом и
инсулином по спектрам поглощения и люминесценции
4.4. Изменение оптических спектров окрашенных водных растворов
лизоцима после лазерной фотомодификации белка
Глава 5. ГОЛОГРАФИЧЕСКИЙ МОНИТОРИНГ ЛАЗЕРНОЙ
ДЕСТРУКЦИИ МАКРОЦЕПЕЙ В РАСТВОРАХ
5.1 .Формирование и релаксация голографической решетки в растворе
полимера
5.2. Результаты компьютерного моделирования и выводы
5.3. Экспериментальная запись голограмм на красителях, сорбированных на лизоциме
ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ } '■ ■ ; - • :
ЛИТЕРАТУРА

Проблема детектирования изменения структуры и конформационной подвижности биологических молекул — белков и дезоксирибонуклеиновой кислоты (ДНК) является одной из важных фундаментальных проблем современной биофизики. Знание и понимание этого процесса позволят определить новые пути решения задачи лечения человеческого организма, а также новые методы и технологии создания современных материалов для различных сторон жизни , общества. Разработка новых материалов по своим параметрам и многофункциональности приближающихся к биологическим структурам позволят значительно улучшить комфортабельность проживания человечества и уменьшить техногенное давление продуктов человеческой деятельности на окружающую Среду.
Узкий интервал изменения параметров нахождения биологических молекул в нативном состоянии уменьшает диапазон применения физических методов на биополимеры и затрудняет процесс мониторинга за откликом системы на эти воздействия. В обычном состоянии белки и ДНК находятся в окру- i жении различных молекул и структур организма, которые оказывают существенное влияние на физические процессы, протекающие в биологических полимерах. Изучение in vitro позволяет исследователям не учитывать этого влияния и рассматривать процессы, происходящие непосредственно в биополимере. При этом резко уменьшается количество параметров, которые необходимо контролировать, что значительно облегчает задачу интерпретации результатов экспериментов.
Одним из перспективных неразрушающих методов изучения этой проблемы является перенос энергии электронного возбуждения между фрагмента- 1 ми изучаемой полимерной структуры. Использование этого явления для детектирования структурных изменений строения макромолекулы позволяет производить не только качественные оценки этих состояний, но и находить численные значения их характеристик. Для процесса переноса энергии электронного

мую однонаправленность переноса и высокую его эффективность в резонансных полимерных системах.
Таким механизмом, на наш взгляд вполне может являться быстрый экси-тонный транспорт, обеспечивающий делокализацию возбуждения и практически необратимый режим переноса [74,75,77]. В таком случае термализация возбужденных состояний (деградация энергии электронного возбуждения — по терминологии авторов [5]) происходит вдали от центра- сенсибилизатора. Это обстоятельство позволяет, в принципе, осуществить идентификацию механизма на основе анализа термостимулированной замедленной флуоресценции (ТЗФ) доноров. Так в работе [191] добавочный рост интенсивности ТЗФ связывался с ростом локальной температуры в ближней зоне активированных центров.
Таким образом, синхронное получение нескольких сигналов качественно различной природы, причем по параллельным и независимым каналам существенно упрощает анализ и идентификацию механизмов трансформации энергии электронного возбуждения.
При реализации экситонного механизма ход кинетических кривых после вторичной активации отражает либо процесс опустошения пространственной активационной зоны (рисунках 15, 17), либо миграционный «поиск» Т- эксито-ном избежавшего дезактивации Т-центра - для слияния возбуждений и высвечивания кванта АЗФ в полосе флуоресценции донора. При этом диффузионный отток экситонов из стартовой позиции происходит по одномерной транспортной магистрали, каковой является полимерная цепь. Если частота перескоков возбуждений между пространственно соседствующими, но не сопряженными участками цепей соизмерима со скоростью их миграции по связанным мономерным звеньям, тогда «кинетика обеднения» может носить квазидвумерный характер или даже иметь промежуточный тип (нецелочисленная размерность) [192].
Вероятность Рг(£,/) обнаружения мигрирующего Ы экситона в пределах отрезка длины Ь спустя время / после момента его нахождения там определяется асимптотической формулой Рг(£,?) = L(4л;Dtyu2. Аналогичного вида асим-