Введение к работе
Диссертационная работа посвящена исследованию фотопроцессов в сложных биологических молекулах: хроматине, нуклеосомах, комплексах ДНК-белок и их компонентах в вакуумной ультрафиолетовой (ВУФ) области спектра 120-300 нм.
Акгуальпостьл:еш>к Экспериментальные исследования процессов фотоиопизапии (ФИ) и фотодиссоциадни (ФД) простых и сложных молекул с применением техники ВУФ спектроскопии при длинах волн меньше 200 нм послужили основой для начала и развития работ по изучению фотопроиессов в биологических молекулах в ВУФ области спектра. Эти исследования имеют значение для выяснения механизма повреждающего действия ВУФ излучения и определения роли высоковозбужденных состояний молекул в процессах ФД, а также связаны с проблемой абиогенного (происходящего вне живого организма) фотосинтеза биологических молекул в космическом пространстве [16].
При поглощении излучения в ВУФ области спектра происходит процесс возбуждения электронов па более высокие энергетические уровни S„ —> SN. Информация о высоковозбужденвых уровнях SN может быть получена из ВУФ спектров поглощения. Люминесценция S, —> S0 связана с процессом колебательной дезактивации высоковозбужденных состояний SN ~> S,, конкурирующим с процессами ФД, ФИ и др. Возможны также фотохимические процессы, связанные с деструкцией или синтезом. Эффективность фотопроцессов определяется их квантовым выходом. Действие ультрафиолетового (УФ) и ВУФ излучения на исследуемые молекулы может различаться первичными фотопроцессами с S, и SN состояний, что может привести к образованию неодинаковых конечных фотопродуктов.
Исходя из вышеизложенного, особое зиачеиие представляет задача систематического исследования фотопроцессов в ВУФ области спектра в белках, нуклеиновых кислотах (НК) и их компонентах с применением различных методов исследования: изучение спехтров поглощения, люминесценции, анализа продуктов фотореакциа и т.д. с целью выяснения механизма фотораспада при ВУФ облучении как исследованных молекул, так и комплексов ДНК-белок и в дальнейшем более сложных биологических систем. Эти исследования заключаются в определении наиболее эффективных путей превращения потлощенной энергии, которая затрачивается на процессы люминисненции, ФИ, деструкции облучаемых молекул и образования новых соединений.
Цель и задачи раВпты; Основная цель данной работы состояла в изучении фотопроцессов в ряду биологических молекул с усложняющейся структурой: аминокислоты-пептиды-белки и основания НК-нуклеозиды-нуклеотидьг-ДНК, а также комплексов ДНК-белок и их более высоких уровней организации - нуклеосом (НС) и хроматина в ВУФ области спектра.
Научнаялогшна: В настоящей работе были впервые:
Получены спектры и измерены коэффициенты поглощения ft(X) для хроматина, комплексов ДНК-белок и их компонентов - ДНК, тотального гистона (ТГ)і ароматических аминокислот и их дипептидов в области спектра 120-290 нм.
Изучены процессы фотодеструкции ДНК, ТГ, некоторых ароматических аминокислот (тирозина, триптофана) и их дипептидов под действием ВУФ и у-излучения. Проведено сравнение действия на них УФ и ВУФ излучения с использованием данных других исследователей.
Показано, что под действием ВУФ и у-излучения на аминокислоты в сухом состоянии происходит образование ди- и трипептидов.
Получены спектры и измерены относительные квантовые выходы люминесценции yCl) ДНК, ТГ и нуклеогистона (НГ), возбуждаемые в области спектра 12О-290 ни. Измерены спектры относительного квантового выхода люминесценции антрацена, тимина, аденина, ДНК и белка альбумина в спектральной области 40-300 нм (30-4 эВ).
Выяснено влияние межмолекулярных взаимодействий и кон-формационных превращений при переходе от ДНК и ТГ к комплексам ДНК-белок на спектры поглощения и люминесценции.
Получены спектры квантовых выходов фотогенерации электронов t](X) ДНК и триптофана в области спектра 120-290 нм. Измерены пороговые значення собственной и несобственной фотопроводимости триптофана.
Практическая дмтпгть; Результаты работы могут быть использованы при изучении высоковозбужденных электронных состояний б хромосомах, других клеточных структурах и их компонентах, а также происходящих в них фотопроцессов. Полученные данные имеют большое значение для выяснения механизма радиационных повреждений, изучения фотопроцессов в космическом пространстве, абиогенного синтеза и
представляют интерес для эволюционной биологин. Абсорбционно-люминесцентные и фотоэлектрические характеристики комплексов ДНК-белок и их компонентов могут служить основой для развития аналитических методов по их идентификации.
Положения, вмипсимые на гагинту:
-
Коэффициенты поглощеііия ц{Х) днпетидов Туг-Туг и GlyTrp в спектральной области 140-240 нм больше суммарных коэффициентов поглощения входящих в их состав аминокислот.
-
БУФ облучение (145, 175 нм) дипептидов Тут-Туг и Gly-Trp, а также у-облучение (Cs137) Gly-Trp, приводит к деструкции как пептидных связей, так н аминокислотных компонентов дипептнда
-
При переходе от ДНК и ТГ к нуклеосоме и хроматину усложнение пространственной структуры этих соединений сопровождается уменьшением коэффициентов поглощения/t(A) в области спектра 120-290 им.
-
При возбуждении люмипесцешгии ДНК в области спектра от 160 до 120 им ее относительный квантовый выход р{Х) уменьшается независимо от увеличения относительного квантового выхода фотогенерации электронов т)(Х).
-
При ВУФ (145,175 нм) облучении аминокислот тирозина и смеси глицина и триптофана, а также приу-облученпи (Cs137) смеси глицина и триптофана в сухом состоянии происходит образование да- и трипептидов (Туг-Туг, Туг-Туг-Туг и Gly-Trp).
АпрйЗацпя„рабогьїїі_публнкшщн:Основнне результаты работы доложены на Всесоюзных и Международных конференциях. По результатам диссертации опубликовано 15 печатных работ, в том числе 6 статей в отечественных и зарубежных изданиях и 9 тезисов докладов; их список приводится в конце автореферата.
Структура и объем днсссрташш' Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка цитируемой литературы и приложения с описанием экспериментальных установок.
Работа содержит 135 страниц; в том числе: 27 рисунков, 2 таблицы, приложение на 19 страницах и список литературы из 94 наименований.