Практически все молекулы, синтезируемые живыми организмами, обладают оптической активностью, т.е. способностью вращать плоскость поляризации света и по разному поглощать правый и левый поляризованный по кругу свет. Это свойство является столь универсальным для живых систем, что его наличие или отсутствие служит одним из критериев в суждениях, например , о том, несут ли метеориты доказательства существования жизни где-либо еще во Вселенной. Оптическая активность биомолекул связана с наличием асимметричных атомов углерода (например, у L- и D-форм аминокислот и моносахаридов, описанных в первой лекции), с влиянием этих асимметричных атомов на соседние хромофоры, а также со сложной асимметричной пространственной структурой макромолекул. Оптическую активность биологических макромолекул исследуют методами дисперсии оптического вращения (ДОВ) и кругового дихроизма (КД). 

Главным преимуществом регистрации спектров ДОВ и КД по сравнению с другими оптическими методами является очень высокая чувствительность к изменениям локальных взаимодействий в макромолекулах, что позволяет с успехом использовать эти методы для изучения структурных переходов макромолекул и для изучения связывания белков и нуклеиновых кислот с малыми молекулами. Спектры КД a-спирали, b-слоя и беспорядочного клубка четко различаются, и путем подгонки спектров КД белков к табличным значениям спектров полипептидов с известной конформацией удается довільно надежно установить долю каждого из типов вторичной структуры в данном белке. В отличие от белков, для нуклеиновых кислот создана приемлемая теория, связывающая спектры ДОВ и КД со структурой молекул. Она позволяет делать однозначный выбор между различными альтернативными структурами, предсказываемыми другими методами. Спектры ДОВ и КД позволяют также определять ориентацию отдельных групп по отношению к оси молекулы.

В случае некоторых молекул поглощение кванта света приводит затем к испусканию кванта света с меньшей энергией (т.е. большей длиной волны). Это явление называется флуоресценцией (или фосфоресценцией, если испускание долгоживущее). Флуоресценция хромофора более чувствительна к его окружению, чем поглощение, поэтому путем измерения спектров флуоресценции можно в ряде случаев получить сведения о пространственной структуре, местах связывания, взаимодействиях с растворителем, степени гибкости и коэффициентах вращательной диффузии макромолекул. Но самое главное, что флуоресцентная спектроскопия позволяет исследовать перенос энергии возбуждения между соседними хромофорами, поскольку, возбуждая один хромофор, можно наблюдать флуоресценцию другого, а оценивая эффективность переноса энергии (которая обратно пропорциональна шестой степени расстояния между хромофорами), можно рассчитывать внутри- и межмолекулярные расстояния.

Помимо поглощения видимого света, макромолекулы способны поглощать свет и в инфракрасной области (от 1000 до 100 000 нм). Различие полос поглощения инфракрасного (ИК) излучения для разных элементов вторичной структуры белков и для разных типов пар оснований позволяет использовать метод инфракрасной спектроскопии (ИК-спектроскопии) для определения относительного содержания a-спирали, b-слоя и беспорядочного клубка в белках и соотношения числа пар A7U к числу G7C пар в молекулах РНК. Главная трудность ИК-спектроскопии состоит в том, что нельзя использовать водные растворы из-за сильного поглощения воды в ИК-области.


Загрузка...
Яндекс.Метрика Google+