1.4 Спектральні прояви взаємодії біологічних макромолекул з органічними сполуками

1.4.1 Спектральні прояви взаємодії нк з білками

Ряд важливих процесів в організмі визначаються особливостями взаємодії НК з білками. Завдяки значній чутливості люмінесценції Trp щодо найменших змін в оточуючому середовищі можна зафіксувати наявність чи відсутність взаємодії між білком та НК слідкуючи саме за змінами в спектрах люмінесценції. Дослідження механізмів взаємодії Trp з НК почалися майже одночасно з дослідженням фотофізичних властивостей самих НК. Одними з перших робіт були роботи по дослідженню взаємодії між Trp та нуклеозидами у заморожених водних розчинах [71, 72]. У роботі [71] досліджуються комплекси Trp з НК в заморожених водних розчинах при Т=77К. Проведено порівняння спектрів випромінювання окремих компонентів НК та їх еквімолярної суміші з Trp (табл. 1.4.1). Виявилося, що для всіх сумішей характерний зсув в довгохвильову область. Причому, величина зсуву дещо більша для піримідинових основ, порівняно з пуринами. Показано, що найбільш ймовірним є утворення комплексів Trp-нуклеозид при співвідношенні 1:1.

Максимум флюоресценції, нм	Сполука	Максимум флюоресценції еквімолярних сумішей з Trp, нм
340 345 340 340 330 ----	Триптофан Гуанозин Аденозин Цитидин Тимідин Уридин	360 380 420 420 420 420

Таблиця 1.4.1 Положення максимумів флюоресцентного випромінювання Trp, нуклеозидів та їх еквімолярної суміші при Т=77К(С=10^-6Моль/л) [71].

Якщо до Trp додати цитидін, в поглинанні з’являється додатковий максимум на довжині хвилі 310 нм, інтенсивність якого змінюється зі зміною концентрації, що підтверджує факт утворення комплексу. Причому, якщо додати якусь долю органічного розчинника типу етанол чи пропілен гліколь, то смуга зникає [71].

В іншій роботі [72] цієї ж групи вчених було продовжено дослідження по вивченню формування молекулярних комплексів між Trp та компонентами НК у заморожених водних розчинах. Доведено, що утворення комплексів між Trp та нуклеозидами спостерігається лише в замороженому водному розчині, що підтверджується появою додаткової смуги в спектрах люмінесценції, яка являється характеристикою утвореного комплексу. Характерно, що перший синглетний збуджений рівень комплексу міститься нижче за відповідні рівні ізольованих компонент. При нейтральному рН комплекс формується при співвідношенні 1:1. При таких концентраціях в спектрах поглинання та люмінесценції заморожених розчинів Trp та нуклеозидів (А, У, Ц, Т) в еквімолярному співвідношенні характерна поява нової смуги в більш довгохвильові області, ніж в спектрах окремих компонент розчину (рис. 1.4.1). Даний факт свідчить про їх взаємодію.

Рис. 1.4.1. Спектри люмінесценції та фосфоресценції (вставки на рис.) 2*10-2М при Т=77К водного замороженого розчину триптофану (…..), тимідину (_ _ _) та їх еквімолярних сумішей (_____), (а) рН7 та (б) рН2. Довжина хвилі збудження 280 нм [72].

На даному етапі розвитку науки значна увага приділяється дослідженню взаємодії між білками та РНК-місткими вірусами. Дослідження такого типу представляють значний інтерес як з фундаментальної точки зору так і з практичної. Адже отримані дані можуть бути застосовані для створення нових противірусних ліків. Зокрема даній тематиці присвячена робота [73], де було досліджено два типи вірусів CPMV (cowpea mosaic viruses), BPMV (bean pod mottle viruses). Вони належать до родини вірусів, у якої геном складається з двох одноланцюгових РНК (РНК1 та РНК2), кожна з яких має свою білкову оболонку. Шляхом ультрацентрифугування було виділено три різні компоненти: порожній капсид (білкова болонка), капсид з РНК1 та капсид з РНК2. Показано, що у випадку CPMV вірусу присутність вірусної РНК робить капсид стабільним щодо денатурації під дією тиску. Іншими словами РНК стабілізує частинки через обмеження еластичності білків [73]. Вимірювання спектрів флюоресценції для 3-х компонент CPMV не виявило між ними значної різниці, але в той же час спостерігається зміна в часах життя збуджених станів для кожної з компонент.

Іншою групою вчених показано вибірковість зв’язування Trp з одноланцюговими полінуклеотидами при Т=77К, залежно від його розташування в білку [74]. За допомогою методу магнітного резонансу показано, що лише два Trp (в положеннях 40 та 54) з чотирьох наявних в даному білку здатні зв’язуватися з полінуклеотидами через стекінг взаємодію. Дослідження ж взаємодії між тРНК та двома білками (аміноацил тРНК синтетаза та Trbp111) показало, що для таких систем властиве формування „сендвіч” структури – тРНК розміщується посередині між двома білками [75].

Спектральні властивості Trp було використано для вирішення ще однієї прикладної задачі, а саме для дослідження конформаційних змін в НА при його зв’язуванні з біллірубіном [76]. В даній роботі використовувалися дослідження процесу передачі енергії від біллірубіну (відігравав роль донора) до Trp (що відігравав роль акцептора).