Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
Нелинейная физика ДНК..pdf
Скачиваний:
9
Добавлен:
15.11.2022
Размер:
16.39 Mб
Скачать

Е Е

Е И (9)1 \ / щ ( ч )

Я9

х [(1 + n qyg) 6 (h w g (q) - W ) +

(g) +

hw')\ >.

4,4. Линейная теория и эксперимент

Представление молекулы ДНК как ансамбля линейных волн (фо­ нонов) широко используется в исследованиях ДНК. Ниже мы проиллю­ стрируем применение этого подхода для интерпретации эксперименталь­ ных данных. Отметим, однако, что некоторые из этих данных допускают и альтернативную интерпретацию, основанную на представлении ДНК как ансамбля нелинейных волн (солитонов). Такая возможность будет обсуждаться в главе 8.

4.4.1.Флуоресцентная деполяризация

Визмерениях флуоресцентной деполяризации импульс падающего света возбуждает преимущественно те молекулы, диполи поглощения которых параллельны электрическому полю света, вызывая при этом

первоначальную поляризацию флуоресценции. Эта поляризация испус­ каемого света затухает со временем из-за вращательного броуновского движения возбужденных молекул. Процесс затухания обычно представ­ ляют как излучательную анизотропию.

Красители, такие как этидиум, связываются с ДНК путем интеркаляции между парами оснований. Моменты дипольных переходов этидиума лежат в плоскости красителя. Именно реориентация флуоресцент­ ного красителя, встроенного в ДНК, с диполями перехода, параллель­ ными основаниям, контролируется в экспериментах флуоресцентной по­ ляризации. Предположив, что краситель плотно присоединен к ДНК, Баркли и Зимм [119] сделали вывод о том, что именно этот краситель дает сведения о вращательных броуновских движениях двойной спира­ ли. Предположив, что вращательные движения являются быстрыми по сравнению с реориентациями оси спирали, Баркли и Зимм также сде­ лали вывод о том, что крутильные движения в ДНК ответственны за большую часть вращательной диффузии, наблюдаемой в наносекундном диапазоне эксперимента.

Чтобы получить уравнение вращательной диффузии в нормаль­ ных координатах, Баркли и Зимм использовали линейные динамические уравнения вида (4.7) и их решения. В качестве результата они получили временную функцию распределения угловой ориентации флуоресцентной пробы, встроенной в двойную цепочку ДНК, и рассчитали анизотропию излучения.

Предсказанный закон затухания сравнили с экспериментальными данными [234]. Оказалось, что затухание анизотропии возникает пре­ имущественно из-за крутильных движений спирали ДНК с небольшим вкладом изгибных движений.

4.4.2. Низкочастотные спектры: нейтронное рассеяние, инфракрасное рассеяние, рамановское рассеяние. Скорость звука

Как мы уже упоминали, движения атомов в ДНК может быть пред­ ставлено как суперпозиция колебаний нормальных мод. В линейном при­ ближении, которое справедливо только для'малых амплитуд смещений, нормальные моды являются независимыми. Такой анализ, проведенный в гармоническом приближении, был применен к ДНК Прохофски и соав­ торами [223-230]. Он привел к успешному теоретическому объяснению экспериментальных данных, таких как скорость продольного звука [231]

иупругое рассеяние нейтронов [153-155]. Результаты вычислений, вы­ полненных в линейном приближении, очень хорошо воспроизводят рамановский пик и сдвиги, наблюдаемые при конформационных переходах [235-237]. Они объясняют низкочастотный спектр ДНК [238-241], ми­ кроволновое поглощение [159-161], инфракрасное поглощение [156,157]

иданные экспериментов ЯМР [242-248].