Низкотемпературная спектроскопия и особенности молекулярной структуры оснований нуклеиновых кислот

• Автор: Радченко, Евгений Дмитриевич
• Шифр специальности: 01.04.15
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 1984
• Место защиты: Харьков
• Количество страниц: 168 c. : ил

Глава I. Современные представления о структурных

превращениях нуклеиновых оснований

1.1. Взаимосвязь между структурой азотистых оснований и функцией нуклеиновых

кислот
1.2. Методы изучения таутомерии и их особенности применительно к нуклеиновым основаниям
1.3. Сравнение экспериментальных и теоретических данных о молекулярной структуре оснований

1.3.1. Цитозин

1.3.2. Урацил, тимин

1.3.3. Аденин

1.3.4. Гуанин

1.4. Расширение возможностей молекулярной спектроскопии в методе "матричной изоляции"
1.5. Постановка задачи и выбор экспериментальной методики
Глава 2. Описание экспериментальной установки
2.1. Основные технические требования
2.2. Система криостатирования
2.3. Система приготовления образцов
2.3.1. Блок подложек
2.3.2. Испарители
2.3.3. Система напуска Аг
2.3.4. Кварцевые микровесы
2.3.5. Порядок приготовления образцов
2.4. Спектральное оборудование и исследуемые соединения
Глава 3. Новые экспериментальные данные о молекулярном
строении изолированных оснований
- з
3.1. Цитозин и его производные
3.1.1. ИК-спектры
3.1.2. Теоретический расчет колебательных спектров
3.1.3. Электронно-колебательные спектры
3.2. Урацил, тимин стр. 94 '
3.3. Аденин, пурин, пиримидин
3.4. Гуанин, изоцитозин
3.5. Сравнение полученных результатов с теоретическими расчетами и некоторые выводы
Глава IV. Изучение ассоциации матрично-изолированных
молекул
4.1. Автоассоциация
4.2. Ззаимодействия с водой
4.3. Выводы о влиянии межмолекулярных Н-связей на структуру оснований
Глава V. Возможные биологические приложения
Заключение
Литература
Приложения

Успехи в области молекулярной биофизики, исследующей специфику строения и свойства биомолекул, в значительной мере обусловлены применением физических методов, нетрадиционных для биологии.
В настоящей диссертационной работе , благодаря использованию уникальной разрешающей способности низкотемпературной опти -ческой спектроскопии, получены новые данные об особенностях МО -лекулярного строения компонентов нуклеиновых кислот - азотистых оснований.
С момента открытия двойной спирали ДНК не ослабевает инте -рес к поиску структурных изменений в нуклеиновых кислотах, которые могут быть вызваны переходами атомов водорода внутри азотистых оснований, так называемыми таутомерными переходами. Этот интерес вызван многочисленными теоретическими моделями различных генетических процессов, среди которых наиболее известны: модель эволюции генетической информации Уотсона-Крика; теория возникновения ошибок (мутаций) в генетичееком аппарате - Фриза и Дрейка; гипотетический механизм мутаций в ДНК с двойным туннелированием протонов по Лёвдину; механизм действия некоторых мутагенов - аналогов нуклеиновых оснований. Эти и другие теории предполагают существование определенных корреляций между таутомерной формой того или иного основания и его ролью в процессе биосинтеза. Поэтому разработка методов, чувствительных к тонким структурным изменениям, и идентификация с их помощью различных молекулярных форм, представляются, в настоящее время, особенно важными и актуальными.
Основными задачами настоящей работы являются: изучение колебательных и электронных спектров высокого разрешения оснований нуклеиновых кислот, на основании которых удалось бы установить

изоляции. Узкие полосы позволяют измерять изотопные сдвиги порядка I смГ^- и менее. Таким образом, можно экспериментально обнаружить влияние изотопного замещения на все полосы, величина изотопного сдвига которых показывает, какие атомы участвуют в каждом колебании /87/. Для идентификации групп, включающих подвижные протоны (Ш, ОН, и др.) обычно применяют простой способ дейтерооб-мена в процессе перекристаллизации соединения из тяжелой воды.
Метильные производные. В тех случаях, когда в молекуле имеется несколько одинаковых функциональных группировок ( например,две ПН-группы в разных положениях),отнесение колебаний которых по характеристическим частотам и с помощью изотопозамещения невозможно, удобно', пользоваться сравнением со спектрами метальных производных от исходного соединения, в котором метильные группы введены в определенные положения. Этот метод позволяет идентифицировать, довольно близко расположенные, частоты колебаний - групп
как валентной, так и в деформационной области. Использование метальных производных особенно эффективно в случае термодинамического равновесия различных молекулярных структур, поскольку позволяет фиксировать одну из предполагаемых структурных моделей.
Анализ нормальных колебаний. После того, как с помощью перечисленных- эмпирических методов анализа определяются характеристические частоты колебаний некоторых функциональных групп, строятся модели предполагаемых молекулярных структур, которые могут быть подтверждены или опровергнуты прямыми расчетами колебательных спектров. Так как при таутомерном переходе практически все связи в молекуле претерпевают существенные изменения, критерием правильности выбора той или иной структурной модели является совпадение рассчитанных колебательных частот с экспериментально наблюдаемым ИК-спект-ром.
Расчет частот и форм нормальных колебаний, или иначе анализ