Исследование кинетики молекулярных процессов в растворах биополимеров методами оптической спектроскопии и голографии тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.05 ВАК РФ

На нравах рукописи

СТЕПАНОВ Владимир Николаевич

Исследование кинетики молекулярных процессов в растворах биополимеров методами оптической спектроскопии и голографии

01 04 05 - оптика

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание учено кандидата физико-математичес,

003171703

Ульяновск- 2008

003171703

Работа выполнена на кафедре радиофизики и электроники физического факуль-1ета и Центре лазерной и информационной биофизики вГОУВПО Оренбургский государственный университет

Научный руководи ген, доктор физико-математических наук,

профессор Кучеренко Михаил Геннадьевич

Официал ьныс онпонси гы доктор физико-математических наук,

профессор Миков Сергей Николаевич

доктор физико-математических наук, профессор Салецкий Александр Михайлович

Ведущий организации ГОУ ВПО Самарский государственный универ-

ситет

Защита cocí отся « 23 » июня 2008 г в 1300 часов на заседании диссертацион-пою совета Д 212 278 01 при Ульяновском государственном университете по адрес\ \л Набережная р Свияги, 106, копр 1,ауд 703

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Ульяновского государственного университет, с авторефератом - на сайте университета uww uni ul.su ru

Отзывы на автореферат просим направлять по адресу 432000, г Ульяновск, ул Л Голе loi о, д 42, УлГУ управление научных исследований

Лвторефера i pa юслаи « lù » мая 2008 г

Ученый секретарь диссер!ационного совет, кандида) физ-мл наук

Ctóf'

и

Сабитов О Ю

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность исследований

Фотофизические и фотохимические процессы в растворах биополимеров наиболее интенсивно изучаются в последнее время за рубежом и в России, что связано с бурным развитием молекулярной биологии и биофизики Наряду с традиционным биохимическим подходом в изучении свойств биологических макромолекул и их модификации, значительный интерес представляют собственно физические или физико-химические методы воздействия на биологические микро - и наноструктурные системы, включая растворы биопотимеров Это связано с универсальностью физических методов, которые часто становятся уникальным средством, либо служат дополнением к традиционным биохимическим арсеналам исследования Люминесцентные и более широко - огпи-ческие методы мониторинга давно и успешно используются в биохимии и молекулярной биологии Они позволяют зарегистрировать изменения, индуцированные биологически активными веществами, не внося возмущений в исследуемую систему Однако, как часто отмечалось в литературе, фотореакции в растворах макромолекул имеют важные особенности, отличающие их от аналогичных процессов, протекающих с участием малых мотекут Поэтому, для адекватной интерпретации сигналов люминесцентных зондов необходимо учитывать это обстоятечьство В настоящее время в полной мере не решено, как следует производить такой учет Это и предполагалось сделать в ходе выполнения настоящего диссертационного исследования Возникла необходимость разработки кинетической модели взаимодействия между люминесцентным зондом и акцептором энергии, локализованном на макроцепи, с учетом изменений ее конформации Использование такой модели для обработки люминесцентных сигналов от растворов биомолекул дает возможность зарегистрировать те изменения структуры макроцепей и их динамических характеристик, которые вызваны действием биологически активных молекул и оптического (лазерного) излучения опосредованно влияющего на полимер через фогосенсибилизатор Важной биолого-экологической и медицинской проблемой является точная оценка деструктурирующего влияния внешнего электромагнитного излучения на ДНК и белки живых клеток Так, лазерное дробление белков, уступая по ряду свойств ферментативным целевым реакциям, представляет интерес как развитие параллельного подхода в достижении общей цели направленной модификации макромолекул Метод регистрации образовавшихся после фотолиза продуктов может основываться на измерениях оптической плотности раствора макромолекул, изменяющейся в области подвергнутой облучению из-за диффузионного оттока фрагментов цепей в темновую зону (эффект светоиндуциро-ванной диффузии) Этот простой и удобный в целом метод допускает усовершенствование на основе более детального описания процесса диффузии отрезков цепей и подвижности звеньев в растворителе Существует необходимость в разработке новых методов регистрации продуктов лазерного дробления биополимеров на основе записи голографических решеток на комплексном носшеле

биополимер - фотохром Голографический метод мониторинга обладает рядом преимуществ по сравнению с методами светоиндуцированной диффузии или неупругого светорассеяния Топографические методы исследования характеристик растворов макромолекул проще адаптировать к изменениям свойств изучаемых систем путем варьирования периода решетки, длины волны лазерного источника излучения и модификации математической модели релаксации голограммы

Цель работы состояла в определении механизмов безызлунательной трансформации энергии электронного возбуждения в растворах биополимеров и обнаружении зависимости между их конформационными состояниями и кинетикой фошпроцессов

В л'ой связи предстояло решить следующие задачи

- Экспериментально обнаружить возникновение триплетных экситонов, их миграцию по полимерной цепи и создать теоретическую модель кросс-аннигиляции триплетных экситонов с Т-центрами сенсибилизаторов на полимерной цепи, учитывающую возможность дистанционной аннигиляции «изолированных» экситонов на отрезках макромолекулы с дефекыми барьерного типа на границах

- Эксперимент дльно исследовать особенности переноса энергии электронного возбуждения между различными донорно-акцепторными парами для ряда рас I воров белковых молекул и построить теоретическую модель бимолекулярных фотореакций в разбавленных полимерных растворах

- Исследовать влияние деструкции окрашенных белков на спектрально-люминесцентные свойства раствора, процесс переноса энергии электронного возбуждения и биологическую активность белка Произвести оценку степени деструкции полимера

- Посфоигь теоретическую модель голографического мониторинга лазерной деструкции макроцепей в растворах

- Привести кшшовочимические построения адиабатических электронных термов макромолекул для различных значений торсионных углов, определяющих коиформацию полимерной цепи

Научпан 1101111111:1 работы

1 Установлена зависимость между конформационным (клубковым или гло-

булярным) сосюянисм макромолекулы и кинетикой диффузионно-кошрилируемого тушения люминесцентного сигнала подвижных молекулярных зондов, взаимодействующих с ловушками-стоками, закрепленными на полимерной цепи Обнаружено, что степень полихронности кинетики тушения выше для клубковой фазы по сравнению с глобулярной

2 Обнаружена генерация триплетных экситонов в полимерных матрицах с ")нср1 сшчсским спектром резонансным уровню активатора Исследован кинетический режим дистанционной аннигиляции экситонов на полимерной цепи, разделенных дефектами барьерного типа Измерены и рас-

считаны кинетики распада триплетных возбуждений в микросекундном диапазоне в зависимости от накачки и транспортных характеристик триплетных экситонов

3 Построены поверхности адиабатических электронных термов ряда пар аминокислотных остатков биополимеров, отличающихся от ранее созданных более детальной прорисовкой рельефа и широким набором сочетаний пар

4 Показано влияние концентрации биополимеров на перенос энергии электронного возбуждения между донором и акцептором бимолекулярного люминесцентного зонда Обнаружено уменьшение интенсивности свечения зонда в коротковолновой спектральной полосе (550 им) и увеличение - в длинноволновой (600 нм) с ростом концентрации лизоцима от 10"6 до 5 104 М

5 Исследовано влияние на лазерную деструкцию лизоцима красителей ксан-тенового ряда, образующих с белком комплексное соединение Обнаружено, что с увеличением лазерной деструкции лизоцима ферментативная активности белка, воздействующего на клетки Micrococcus luteus уменьшается по линейному закону в зависимости от содержания биологически активного фермента в пробе

Практическая значимость работы заключается в следующем

- Экспериментальные и Teopei ические результаты, полученные в данной работе, могут быть использованы при исследовании люминесцентных процессов происходящих в молекулярных и биологических системах Доказана необходимость учета конформационного состояния полимерной цепи при изучении безызлучательного переноса энергии электронного возбуждения

- Теоретический анализ фотопроцессов в полимерных растворах (передача энергии электронного возбуждения по цепи полимера, процесс тушения boj-бужденного донора статически закрепленным на полимерной цепи акцешо-ром) могут быть использованы для анализа люминесцентного эксперимента с биосистемами, для определения доли белковых молекул, находящихся в глобулярном состоянии в растворе

- Установленные закономерности кинетических режимов безызлучательной передачи энергии по цепи полимера могут найти применение при разработке элементной базы молекулярной наноэлектроники и биоэлектроники

На защиту выносятся следующие положения:

1 Наблюдаемое резкое тушение возбужденных триплегных центров в полимерных матрицах дополнительным лазерным излучением (1=610 нм) обусловлено генерацией триплетных экситонов в полимерных цепях для бинарных систем «сенсибилизатор-полимер», энергетическая структура которых удовлетворяет условию двойного резонанса

2 Сигнал свечения бимолекулярного люминесцентного зонда зависит от пространственной структуры макромолекулярпой цепи в растворе, на которой находятся молекулы одного из компонентов зонда

3 Параметры записи голографических решеток чувствительны к CTpyKiyp-ным характеристикам биополимерных цепей, включая и такие из них, как контурная длина цепи или ее фрагментов, а также характеристикам вязко> пру гости полимерных пленок

Апробация работы и публикации

Основные результаты исследований опубликованы в 16 печатных работах, включающие в ссбя 3 издания, рекомендованные ВАК для соискателей ученых степеней Апробация работы проводилась на следующих конференциях Третья всероссийская научная конференция «Физические проблемы экологии (экологическая физика)» (Москва МГУ 2001), Региональная научно-практическая конференция ученых и специалистов Оренбургской области (Оренбург ОГУ

2004), III Съезд биофизиков России (Воронеж ВГУ 2004), Третья международная научная конференция «Фундаментальные проблемы физики» (Казань КГУ

2005), Russian-Japanese Seminar «Molecular and Biophysical Magnetoscience» (Orenburg OSU 2006), Всероссийская научно-практическая конференция «Вызовы XXI века и образование» (Оренбург ОГУ 2006), Всероссийская научно-практическая конференция «Развитие университетского комплекса как фактор повышения инновационного и образовательного потенциала региона» (Оренбург ОГУ 2007), LAL S 2007 International Conference on Laser Application in Life Sciences (Moscow MSU 2007), Russian-Japanese Seminar «Molecular and Biophysical Magnctoscience» (Orenburg OSU 2007)

Участие в научных проектах

Am op диссертации являлся одним из исполнителей следующих научных проектов, результаты которых частично вошли в материалы диссертации «Разработка люминесцснтно-оптических методов детектирования изменений структуры и динамических характеристик биополимеров и мембранных комплексов, вызванных действием биологически активных веществ и фотосенсибилизаторов» (РФФИ проект №02-03-96467- р2002урал), «Разработка и создание лабо-раюрного образца лгоминесцентно-оптического измерителя концентрации молекулярного кислорода в качестве датчика-модуля технологического процесса и сенсора синглетного молекулярного кислорода - для биомедицинских применений» (РФФИ проект № 04-03-97513-р_офи_урал), «Селективная лазерная инжекция молекул кислорода в обогащенные реагентом полимерные глобулы жидких растворов и поры твердых наноструктур с люминесцентным мониторингом эффективности реакций в технологическом процессе» (РФФИ проект №06-08-00168-фоин_а), «Исследование трансформации энергии электронного возбуждения в молекулярных системах, конденсированных на поверхности твердых диэлектриков» (Задание министерства образования и науки РФ №1 3 06), ФЦП «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развшия научно-технологического комплекса России на 2007 - 2012 годы» «Разработка научных основ технологии создания наноструктурных материалов с использованием биополимеров» (Госконтракт № 02 5 13 11 3086 от 19 03 2007)

Структура и объем работы

Работа состоит из введения, шли глав, заключения и списка цитируемой литературы Диссертация содержит 181 страницу текста, включая 147 рисунков, 3 таблицы Список литературы включает 193 наименований

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обосновывается актуальность исследований, показывается новизна работы, ее практическая и научная значимость, ставятся цели и задачи исследования и определяются выносимые на защиту положения

В первой главе приводится краткий литературный обзор исследований различных видов безызлучателыюго переноса энергии электронного возбуждения Основное внимание уделено теоретическим и экспериментальным исследованиям переноса энергии по полимерным цепям Достаточно подробно рассмотрены работы по проблеме экситонного транспорта энергии в одномерных структурах с учетом взаимодействия возбуждения с ловушками Обсуждаются работы, в которых показана необходимость учета флуктуации плотности ловушек при разработке моделей процесса тушения экентонов При эгом обращается внимание на трудность выполнения условий Форстера в реатыгом эксперименте, что приводит к появлению уточняющих моделей переноса энергии электронного возбуждения Рассмотрены вопросы влияния полимеров на процесс ассоциации красителей в различных средах Показана возможность использования методов квантовой химии для изучения допустимых пу гей миграции возбуждения по цепи полимера

Во второй главе описаны структурные формулы используемых в рабо1е веществ и методы изготовления изучаемых образцов Экспериментальные методы исследований были представлены лазерной кинетической и люминесцентной спектроскопией, а также оптической голографией Регистрация сигналов люминесценции при ступенчатом двухфотонном возбуждении и сигналов замедленной флуоресценции производилась с помощью автоматизированного лазерного спектрохронографа Запись спектров люминесценции и оптического поглощения осуществлялась на автоматизированной спектроскопической установке Исследования оптимальных условий записи голограмм на окрашенном лизоциме проводились на голографнческой установке Анализ теоретических моделей основывался на численном и аналитическом решении систем линейных и нелинейных кинетических уравнений

В третьей главе изложены результаты исследования проблемы экситонного транспорта энергии электронного возбуждения в цепях молекул линейных полимеров Развита теория аннигиляции экситонных возбуждений возникающих в полимерных цепях Построена теория кросс-аннигиляции 1(1 Т-экситонов с Т-центрами сенсибилизаторов Показано, что быстрая релаксация населенно-

сгей гриплешыч уровней сенсибилизирующих центров связана с генерацией одномерных тринлетных (Т) экситонов в полимерных цепях матрицы Произведено сравнение кинетики фосфоресценции Т-центров и аннигиляционной замедленной (|шуоресценции (АЗФ), обусловленной слиянием Т-возбуждения донора с тритетным экс и го пом, с расчетными кинетическими кривыми, полученными на основе теоретической модели процессов При активации Т-центра в состояние резонансное с триплетной экситонной зоной происходит его транс<(х1рмация в экешон, который блуждает по отрезку цепи, пока не проанни-гилирует с другим Т-цснтром В этом случае для удельной скорости кросс-аиншиляции А'(/|/). кинетики населенности и, (/) Т-центров и парциальной ин-1енсивносги Iт (/11) сигнала кросс-аннигиляционной ЗФ на отрезке цепи длиной / получены выражения

k(l\h=-D

дх

( i

n,(t) = п0 evpl---¡K(t\I)cít

lm (/1 /) = А (/1 1)п0 ехр

-\К(т\Ы г

(1) (2) (3)

где Пп - начальная илошосль экситонов, г^- время жизни триплетного эксито-

на, пкшюсть вероятности обнаружить в момент времени I в точкех эк-

сити, блуждающий по отрезку цепи с коэффициентом диффузии Д которая определяем« выражением

1

л7„- о(2/) + 1)

-sin

(2» +

/

ехр

£>(2« + l)Vf

Í2

(4)

Производя усреднение но длинам отрезков цепи с учетом их функции распределения, получаем с те дующие выражения для наблюдаемых величин

»(О=(",(/)}=!", У

DI CI /)> = // DF mnodi,

'о

(5)

(6)

1 де п(1) - закон дс ¡аш ивации Т-центров, J (/) = сехр(- с1) функция распределе-

ния отрезков цепи но длинам /, а с - линейная плотность молекул сенсиби-'Ш ¡аторов на цени

В результате проведенных вычислений по формулам (5) и (6) построены графики временных зависимостей населенности триплетных центров (рис 1) и сигналов кросс-аннигиляционной ЗФ (рис 2)

по цени полимера в [с '] а =

0 005-1

I

0 004

о coati 002

t МКС

50 100 150 200 250 Рис 1 Кинетика населенности триплетных центров Зависимость от частоты прыжков экснтона

[ , где О - коэф-

фициент диффузии экситонов, /0- длина звена полимера Номер кривой соответствует коэффициенту а 1 - 10®, 2 - Ю10,3 -10", 4 - 10й, 5 - 1013

0 50 100 150 200 250

Рис 2 Сигнал кросс-аннигиляционной замедленной флуоресценции триплетных экситонов с триплетными центрами в зависимости от частоты прыжков экситона по цепи полимера в

[с'] а = Ц/г , где D - коэффициент диффу-/ 'о

зии экситонов, /о - длина звена полимера Номер кривой соответствует коэффициенту а 1 - 10', 2 - Ю10, 3 - 10", 4 - Ю'\ 5 - 10й

Проведены экспериментальные исследования процессов безызлу нательного переноса энергии с участием возбужденных электронных состояний матрицы - основы с ксантеновыми красителями Обнаружена миграция триплетных экситонов по цепи карбоксиметилцеллюлозы и полиметилметакрилата

0 200 400 600 Рис 3 Осциллограммы сигналов фосфоресценции эритрозина в пленке полиметилметакрилата (ПММА) при одноквантовом (Я 1= 532 нм, темная линия) и ступенчатом двухквантовом возбуждении (Я532 нм и А 2= 610 нч, бо тее светлая линия) молекул эритрозина через нижнее три-плетное состояние Повторная активация - лазер на красителях, Л г= 610 нм (плотность мощности 20 МВт/см2, длительность импульса 10 не) Концентрация эритрозина С„=210 М

t мке

400 600 800

Рис 4 Осциллограмма лазероиндуцированных изменений кинетики релаксации триплетных состояний молекул эритрозина в пленке карбоксиметилцеллюлозы Темная линия - сигнал замедленной флуоресценции красителя, индуцированной излучением второй гармоники неодимового лазера с плотностью мощности 3 МВт/смг (энергия импульса - 3 мДж ), при длительности импульса 100 не Более светлая линия - тот же сигнал после воздействия на систему импульсом na3qia на красителях Я г " 610 нм, с плотностью мощности 20 МВт/см! при длительности импульса 10 не Энергия импульса - 7 мДж Концентрация эритрозина С„ = 2 Ю"4 M

Это подтверждаю! рис 3-4, на которых «провал» сигналов интенсивности фосфоресценции и замедленной флуоресценции донорных центров этих полимеров связан с генерацией 1-экситонов матрицы

Резульгаш эксперимента анализируются, также, на основе других известных моделей аннигиляции экситонов в квазиодномерных системах

Посгроена модель для дистанционной аннигиляции «изолированных» экситонов возбу ждений на цепи, заключенных в пределах ее сопряженных отрезков В случае дефектов барьерного типа в интервалах, содержащих нечетное число экситонов, на асимптотической временной стадии остаются единичные, избежавшие аннигиляции возбуждения

Эти экситоны могут дистанционно проаннигилировать друг с другом Замыканием цепочки уравнений с применением суперпозиционного приближения Кирквуда получено уравнение для корреляционной функции пары экситонов находящихся на смежных участках цепи

v £ (л. ^ = + v'; v, v1,0 - v - г' |)£(г, /) +

О!

Г /

г\0dxdx1-

(7)

о

I дс В - ко)ффициеш диффузии экситонов на отрезке цепи /, V, ¡ц (?) - средняя илошосп. жетона на отрезке /, (7(|х —х'()- скорость аннигиляции экситонов огрезков / и /' В случае, когда область Л', граничит с Л',,, а область X,, сопряжена с обтасшо V, и малой дисперсии длин отрезков цепи выражение (7) упрощается После преобразования для средней плотности Л,(/) получено уравнение Берну пчи

1+АМАООАО

г //'

-а, о«,2 (о

(8)

Решение у равнения (8) представляется в виде

1Ц0)Р{Г\1П

п (I) -

ки'Ю

1 4-ИД(У)Г(/)/П'

Р с/|/7') = ехр

-\ку'\1Г)Л'

' о

(9)

I де 0/Г(П = 11 \-\/)с/п/\-' - эффективная бимолекулярная скорость

00

аннигичяции жетонов, ДД'„ (/) = ЛЛ'(.дО)е\р(-( / г)- разность вероятностей выживания жеитонои на смежных огрезках, л,(0) - средняя плотность экситонов на игре же / в начальный момент времени На основе найденной корреляци-

онной функции g(x,x',t) и выражений (9), построены графики временных зависимостей эффективной бимолекулярной скорости <2Й, (О аннигиляции экситонов (рис. 5) и кинетики распада средней концентрации экситонов на отрезках цепи (рис. 6).

Q„.(t) см /с

Ld [Q0(t)î

".....1-10 с

Рис. 5. Временные зависимости эффективной бимолекулярной скорости Qu* (?) аннигиляции экситонов, заключенных на смежных отрезках с длинами / и Г, для различных значений их коэффициента диффузии D. Сплошная кривая соответствует значению 0=Ю'! см2/с, каждой последующей кривой отвечает уменьшение величины D на 10%.

0 2 4 6 8 10 Рис. б. Кинетика распада средней концентрации экситонов на отрезке X) для различных значений их коэффициента диффузии О. Сплошная кривая соответствует значению 0=10'! см2/с, каждой последующей кривой отвечает уменьшение величины О на 10%.

При торсионном движении боковых звеньев цепи может происходить замедление миграции экситонов по цепи. Чтобы учесть такое замедления необходимо рассматривать рельеф поверхности потенциальной энергии звеньев цепи полимера. В конфигурационном пространстве торсионных углов методами квантовой химии построены поверхности потенциальной энергии следующих пар аминокислотных остатков белков: фенилаланин (phe), триптофан (trp), тирозин (tyr), гистидин (his) - в различных сочетаниях (рис. 7).

Рис. 7 Поверхность потенциальной энергии бипептида в сочетании аминокислотных остатков plie-plie. Наблюдаются четыре отчетливых минимума потенциала. Значения энергии выражены в ккал/моль.

В чствсрюй главе изучался дистанционный перенос энергии электронного возбуждения в растворах белковых молекул в зависимости от вида, фазового состояния биополимера и типа растворителя Теоретически рассмотрена проблема кинетики диффузионпо-контролируемого тушения люминесцентного сигнала подвижных молекулярных зондов, взаимодействующих с ловушками-сюками, »крепленными на макромолекулярной цепи, находящейся в клубко-вом или глобулярном состоянии Функция распределения концентрации р(г,() возбужденных подвижных молекул В в момент времени Г и в определенном сферическом слое клубка или глобулы удоалетворяет кинетическому уравнению с диффузионным оператором

д , 1

- р(г /) = ОУ'Д,--р{>,1)~4лО„,,оП<1(г)р(1,Г)

( г гв

р{>О) = р0 р(со,0 = р1)ехр(-г/1-8), (10)

где О - эффективный коэффициент диффузии частиц В, Д„ -локальный (микроскопический) коэффициент диффузии частиц В, т„ - собственное время жизни возбужденного состояния активных молекул В, /0 - радиус контактной реакции пшепия ря = ипЫ Кинетика люминесцентного сигнала после дельта - импульсного инициирования люминофора определяется функцией р(г, <) В разбавленном полимерном распюре вероятность выживания к моменту I мигри-рмощей возбужденно!! молекулы В определяется двумя слагаемыми, одно из когорых отвечает нахождению активированной частицы в области пространства занятой клубком, а другое - в чистом растворителе, не содержащем звеньев макроцепи а значит и центров тушения Для вероятности выживания возбуждения, мигрирующего в области полимера справедливо выражение

и(./) = ехр

^ } !»(г)р(г, Пехр(/ / г, )г\ЬМ

АЛ о0

(П)

|,(с К - среднсквадрагичный радиус клубка, а //(/)- локальная плотность звеньев, которая для клубка и глобулы имеет различный вид

I рафики функции и'(/) построенные на основе (11) представлены на рис 8 Анализируя решение можно констатировать существование неэкспоненциального режима шбели подвижных чаешц - возбуждений в системе неоднородно распределенных центров тушения

Роль подвижных тушителей возбужденных электронных состояний могут выполнять мо пеку ли кислорода Была построена математическая модель кине-1ики кросс-аннигиляции электронных возбуждений, локализованных на фрагментах макромолекулы и свободно диффундирующих в растворе молекул 02

-1п[и/(0]

24,

18

121

160, АпЩ)] 120

МСГс

0,005 а

0,010

ЦОб

б

Ц10

Рис 8 Графики функции н1 (/) - вероятности «выживания» возбужденной броуновской частицы в логарифмическом масштабе на различных временных стадиях для клубкового (штриховая линия) и глобулярного (сплошная линия) состоянии макроцепи Кинетические кривые для клубка представлены с масштабным множителем // =300 Численное интегрирование базового уравнения (7) при десятикратном превышении скорости микродиффузии над скоростью обычной диффузии (£>т = 10£)) Значения других параметров а=1,ЛМ03

Экспериментально изучено влияние вида белковой молекулы и ей концентрации, а также типа растворителя на перенос энергии электронного возбуждения в бимолекулярном зонде

-1

---2

3

. - _ А

• - 5 ... 6

450 500 550 600 650нм 700

550

Рис 9 Концентрационные зависимости спектр люминесценции смеси родамин 60 -эритрозин в растворе инсутина (препарат Ак-рипид НМ) Мольная концентрация красителей Сц=4 4,|,10-4М, Сц=1 7* Ю^М Концентрация инсулина Ст 1--0М,2-72*105Н 3 - 1 4* 10" М, 4 - 2 1* Ю-4 М, 5 - 2.9* 10 4М

Рис 10 Спезпрн люминесценции смеси родамин 6С - эритрозин - лнзоцим в воде, от концентрации лизоцима Мольная концентрация красителей Сц= 2 9*105М, СЕа= 1 45*ю'м, лизоцима Сца 1 - 0 М, 2 -1 3*10 6М, 3 -5*10^,4-3 6* 103М, 5-7 1*10 5М, 6-5* 10"* М Возбуждение на 460 нм

Рис 11 Спектр люминесценции смеси родамин 60 - эритрозин -лнзоцим в водно-глицериновом композите (1 1) Мольные концентрации компонент родамин бО Ск=2 2* 105 М, эритрозин СЕК= 1 4* 101М, лизоцим С\У2 1 - 6*105, 2 - 3 2М0"4, 3-4 8*10"*, 4-7 8* Ю-4, 5-1 1*103, 6- 1 6*103 7- 2*103, 8- 2 6*10 3М

650 нм 700

Рис 12 Спекгр помипесиспции водного раствора лиюцим - Ю)ин Н облученного второй гармоникой Ш3+ ливра Мольная концентрация лизоцима Сиуч^Ю'М )олииаНСЕО=3*104М Время об/гучения 1 - 0 мин 2-25 мин 3-5 мин, 4 -10 мин

Рис 13 Спектр люминесценции водного раствора лизоцим - эозин Н, подвергнутого воздействию второй гармоникой Nd3 лазера с добавлением родамина 6G Мольная концентрация компонент лизоцим CLys = 3 4* 105 М, эозин Н СЕ0 = 4 4*10"4 М, родамин 6G CR = 4 4* 10"' М Время облучения 1- 0 м , 2- 1 м, 3 - 5 м , 4 - 10 м

Установлено, то при малой концентрации белка (инсулин) интенсивность люминесценции зонда «родамин бО-эригрозин» снижается (рис 9), но с росiом количеета белка в растворе наблюдается увеличение интенсивности люминесценции, особенно ее коротковолнового пика (1=560 нм) У лизоцима с увеличением концентрации биополимера наблюдается увеличение интенсивно-ст и люминесценции, особенно длинноволнового пика (Х=600 нм) и уменьшение итепсивносш коро!коволнового пика (рис 10) В водно-глицериновой смеси (рис 11) концентрационная зависимость спектров флуоресценции имеет аналогичный вид Экспериментапыю изучено влияние лазерной деструкции Q~522 нм ) окрашенных рас торов лизоцима на люминесценцию однокомпонентного юнда (рис 12) и бимолекулярного зонда с переносом энергии электронного возбуждения (рис 13), а также на ферментативную активность биополимера Для проверки эффективности фермента использовались клетки-мишени Micrococcus luleus

Проведенные исследования позволили сделать выводы о влиянии красителей (эозин Н, фигрозин) на биологическую активность лизоцима Установлено, что во всех ipynnax образцов с увеличением времени облучения происходит взаимосвязанное снижение скорости лизиса и величины процента падения оптической плошосш, чю может рассматриваться как свидетельство нарастающей деструкции лизоцима, отражением чего является прогрессирующее падение его фермента гивной активности Отмечено, также, что даже без облучения при добавлении красителя (эозин Н) происходит незначительная инактивация лизоцима

В шпон главе рассмотрена проблема оптического мониторинга лазерной деструкции в раст воре биополимеров, содержащих органические красители В случае радиационного рзоздсйствия на молекулярный сенсибилизатор, образующий с бионочимером единый комплекс, наблюдается дробление (разреза-

ние) полимерных цепей ДНК и белков Возникает задача определения параметров продуктов модификации и их распределений в случае дисперсии выхода фрагментов

Разработан метод определения коэффициентов диффузии макромолекул и их фрагментов в растворах по дифракции лазерного луча на нестационарной голографической решетке, записанной в растворе комплексных соединений биополимер-фотохром Он позволяет определить степень лазерного дробления полимерных цепей и производить оценку характера распределения фрагментов продуктов фотолиза по фракциям, выявить нежелательные, приводящие к фотодеструкции биополимеров последствия применения некоторых сенсибилизаторов и предельных доз лазерного облучения определенной частоты В случае, когда фрагменты макроцепей имеют распределение по длинам / и их размеры соизмеримы с размерами записываемой дифракционной решетки, при условии, что фотохрюмные молекулы равномерно высаживаются на макромолекулы, а распределение цепей по размерам описывается логнормальной функцией, для глубины модуляции («(/))локального коэффициента пропускания слоя раствора биополимера полечено выражение

1 00 1

(а{0} =- атс1м>100Р(11 тг)Г , ехр 2 0х

2а

(12)

где /Зх " = Д, = кТ 1(6лтрахУ) - коэффициент диффузии фрагмента длины х, а К = 2л I А - пространственная частота, п(я - концентрация Т-центров в максимуме освещенности, а 1 тт) - закон дезактивации неравновесного состояния фотохрома, с!м- толщина слоя, ат- удельный показатель поглощения Тогда интенсивность /и(0 дифракционного максимума первого порядка выражается через глубину модуляции амплитуды пропускания считывающей волны следующим образом

(13)

Постоянная N в (13) - число периодов решетки

С использованием этой теории произведено компьютерное моделирование процесса релаксации голографических решеток, записанных на фрагментах макромолекулярных цепей (рис 14)

с 75 05

Ьп (1/1„)

Рис 14 Временные зависимости ин-тенсивкостей дифракционных максимумов первого порядка, рассчитанные для различных значений параметров логнормального распределения Кривая 1 соответствует значениям параметров <т = 0 7, а = 0 49, кривая 5 -значениям а = 0 7, а = 2 79

025 05

1Ж

Проведены эксперименты по влиянию параметров лазерного излучения на запись голограмм в окрашенных ксантеновыми красителями (рис. 15-16) и родамином 60 (рис. 17) пленках лизоцима.

Рис. 15. Фотография двух первых порядков дифракции считывающего луча с голограммы, записанной на пленке эритрозин - лизо-цим при числе импульсов N = 2 и энергии импульса лампы накачки лазера Р = ) 1.6 Дж. Концентрации: эритрозин Сек= 2*10'3М, ли-зоцим Сьуя = 5* 10*' М. толщина пленки 20 мкм:

Рис 16. Фотография первого порядка дифракции считывающего луча с голограммы, записанной на пленке эозин Н - лизоцим при числе импульсов N = 4 и энергии импульса лампы накачки лазера Р = 10.2 Дж. Концентрации: эозин Н СЕ0= 8*10*3М, лизоцим Q,Ys=5*10*5 М, толщина пленки 20 MKMj

- * '

Рис 17. Фотография первых трех порядков дифракции считывающего луча с гологра ммы, записанной на пленке родамин 6 О - лизоцим при числе импульсов N - 3 и энергии импульса лампы накачки лазера Р = 11.8 Дж. Концентрации: родамин 60 Св = 4 10'3 М, лизоцим 0,у8 = 5 10'5 М, толщина пленки 15 мкм.

Измерена интенсивность максимумов дифракции разных порядков в зависимости от числа импульсов и энергии накачки записывающего неодимового лазера в окрашенных родамином 60 пленках лизоцима (таблица).

Таблица зависимости интенсивности дифракционных максимумов в пленках лизоцима, окрашенного родамином 6С, от числа импульсов и энергии накачки лазера УЛG:\il3

Таблица

Номер ДИфрЛКЦИОНИОГО максимума Число импульсов

1 2 3 4

Интенсивность, отн. ед.

1 200 267 265 295

2 8 36 120 140

3 3 13 35 55

4 0 4 8 26

5 0 0 3 10

6 0 0 0 4

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

1 Экспериментально обнаружена генерация и миграция триплетных эксито-нов по цепи полимера (карбоксиметилцеллюлоза), при условии резонансного совпадения энергии возбуждения высших триплетных состояний красителей ксашенового ряда с тригшетной экситонной зоной полимерной цепи

2 Построена теоретическая модель кросс-аннигиляции триплетных эксито-нов с Т-центрами сенсибилизаторов, которая находится в удовлетворительном согласии с результатами эксперимента Произведены расчеты режимов дезактивации Т-состояний при изменении частоты прыжков экси-тонов по цепи полимера (109-1012с'), длины звена полимера (5-12 А), линейной плотности молекул сенсибилизаторов (0 04 - 0 2 А ) Модель учитывает возможность дистанционной аннигиляции, которая определяет асимптотический режим затухания процесса

3 Исследованы процессы переноса энергии электронного возбуждения между молекулами органических красителей в различных растворителях с добавлением белковых молекул (лизоцим, инсулин) Показано, что эффективность этих процессов возрастает с увеличением концентрации биополимера Создана теоретическая модель бимолекулярных фотореакций в разбавленных полимерных растворах Показано существование неэкспоненциального режима гибели подвижных частиц-«возбуждений» в системе неоднородно распределенных центров тушения для клубкового и глобулярного состояний макроцепей

4 Методами квантовой химии построены адиабатические электронные термы фрагментов макромолекул для различных значений двух торсионных углов, определяющих конформацию полимерной цепи Проведена классификация этих поверхностей по характеру образования устойчивых конфигурационных состояний

5 Изучено влияние числа и энергии импульсов записывающего неодимового лазера YAG Nd3+ (к=532 нм) на качество голографической решетки в пленках лизоцима, окрашенных ксантеновыми красителями Установлено, что с увеличением числа лазерных импульсов о г 1-го до 4-х возрастает интенсивность дифракционных максимумов низшего порядка (1-го на 50 % и второго - в 12 раз) и появляются дифракционные максимумы высших порядков (вплоть до 6-го)

6 Исследовано влияние лазерной деструкции лизоцима на люминесценцию ксантеновых красителей и процесс переноса энергии электронного возбуждения в бимолекулярном зонде, образованном на их основе Обнаружено уменьшение ферментативной активности лизоцима на 12 % при воздействии на клетки Micrococcus luteus, наряду со спектральными изменениями, происходящими в бимолекулярном зонде, связанном с белком

ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. CiciMiion, В.Н. Асимптотическая стадия кинетики экситонных процессов п полимерных цепях с регулярной и нарушенной структурой [Текст] / М.Г. Кучеренко, В.Н. Степанов, Т.М. Чмсрева // Вестник ОГУ. -Оренбург: РИК ГОУ ОГУ, 2004. -№ 9. -С.127-139.

2. С ich л mm, В.Н. Кинетика бимолекулярных фотореакций в разбав-пгенпых полимерных растворах [Текст] / М.Г. Кучеренко, В.В. Человечков, А А Жолудь, В.Н. Степанов // Вестник ОГУ. -Оренбург: РИК ГОУ ОГУ, 2006 -№1. - С. 53-60.

3. Степанов, В Н Генерация и аннигиляция триплстных экептонов в полимерных цепях при ступенчатом лазерном возбуждении сеисиби-лнзаюроп [Tckci] / МГ. Кучеренко, С.Н. Летута, RH. Степанов // Вестник ОГУ. - Оренбург: РИК ГОУ ОГУ, 2006. - № 5 (приложение). -С 6-12

4 Степаном, Н Экситопные процессы в полимерных цепях [Текст] монография / М Г Кучеренко, В Н Степанов - Оренбург РИК ГОУ ОГУ, 2005 - 160 с

5 Степанов, В И Люминесцентный мониторинг кинетики бимолекулярных фо) «реакций и разбавленных полимерных растворах [Электронный ресурс] /МГ Кучеренко, В В Человечков, А А Жолудь, В Н Степанов // Магери.ип,i Всероссийской научно-практической конференции «Вызовы XXI века и образование» (>ренбург РИК ГОУ ОГУ, 2006 -С 19-26

6 Степанов, В Н Топографический мониторинг лазерной деструкции ДНК | Текст] / М1 Кучеренко, В Н Степанов, А А Жолудь // Третья всероссийская научная конференция «Физические проблемы экологии (эколо-1 ическая физика)» -М МГУ, 2001 - С 165-166

7 Степанов, В II Определение параметров сложного бимолекулярного зонда ß рас торах биополимеров [Текст] / ВН Степанов, АО Бочаров // Материалы региональной научно-практической конференции ученых и специалистов Оренбургской области Часть 2 -Оренбург РИК ГОУ ОГУ, 2004 - С 16-38

8 Cienanoii, В Н I олофафические методы регистрации распределений длин фрагментов при лазерной деструкции ДНК и релаксационных процессов в ДНК-конденсатах [Текст] / М Г Кучеренко, В Н Степанов, А А Жолудь, А П Русинов // III Съезд биофизиков России Материалы докладов -Воронеж ИПФ «Воронеж», 2004 -Т 1 -С 147-149

У Степанов, ВН Люминесцентный мониторинг конформационной подвижное in белков посредством композитного бимолекулярного зонда | Ickci | / М1 Кучеренко, В Н Степанов, А А Жолудь, А А Игнатьев // III Сьезд биофизиков России Материалы докладов -Воронеж ИПФ «Воронеж», 2004 -Т 1 -С 61-63

10 Степанов, ВН Влияние магнитного поля на аннигиляцию триплетных жеитопов в полимерных цепях [Текст] / М Г Кучеренко, В Н Степанов //

Тезисы докладов Третьей международной научной конференции «Фун-дамеш-альные проблемы физики» -Казань КГУ, 2005 -С 149

11 Stepanov, V N Biological Macromolecule Conformation States Study by the Way of the Two-Centres Luminescent Probe Signals Analysis [Текст] / V N Stepanov // Russian-Japanese Seminar «Molecular and Biophysical Magneto-science» -Orenburg OSU,2006 -P [38-39]

12 Степанов, ВН. Создание функциональных наноструктур на основе цепных макромолекул и диагностика их состояний средствами лазерной кинетической спектрофлуориметрии и когерентной фотометрии [Электронный ресурс] / М Г Кучеренко, А П Русинов, Т М Чмерева, А А Игнатьев, В В Гуньков, В Н Степанов, А А Палем // «Развитие университетского комплекса как фактор повышения инновационного и образовательного потенциала региона» Материалы всероссийской научно-практической конференции - Оренбург ИПК ГОУ ОГУ, 2007

-С [28-33] - 1 электронный оптический диск (CD-ROM), 12 см

13 Stepanov, V N Laser Induced Molecular Oxygen Reactions in Globular Proteins and Polymer Coils TuL05-II • Laser spectroscopy and computersimulation of cooperative motions and effects mbiomolecules II —Continued [Электронный ресурс] / M G Kucherenko, A P Rusinov, V N Stepanov, Г M Chmereva / Materials of International Conference on Laser Application m Life Sciences, LALS-2007 - Moscow MSU, 2007 - f TuL05-II/7 - 1 электронный оптический диск (CD-ROM), 12 см

14 Stepanov, V N Annihilation of Triplet Excitons and Triplet Centres in Polymeric Chains [Текст] / V N Stepanov, M G Kucherenko, S N Letuta / Materials of International Conference on Magnetic-Sciece ISMS 2007 «Magnetic Field Effects in Chemistry, Physics, Biology and Related Phenomena» -Orenburg OSU, 2007 - 1 p

15 Степанов, В H Аннигиляция триплетных экситонов с триплетными центрами в полимерных цепях [Электронный ресурс]/ Материалы всероссийской научно-практической конференции «Интеграция науки и образования как условие повышения качества подготовки специалиста» -Оренбург ГОУ ОГУ, 2008 -С [73-76] -1 электронный опгический диск (CD-ROM), 12 см

16 Степанов, В Н Спектроскопическое детектирование фотодеструкции полимерных цепей [Текст] / V Международная научная конференция «Прочность и разрушение материалов и конструкций» -Оренбург РИК ГОУ ОГУ, 2008 -Т 1 -С 25-32

Лнценнш № ЛР020716 от 02.11.98

Подписано в печать 13 05 2008 Формат 60x84 7]6 Бумага писчая Уел печ листов 1,0 Тираж 100 Заказ 295

ИПК ГОУ ОГУ 460352, г Оренбург, ГСП, пр Победы, 13 Государственное образовательное учреждение «()ренбургский государственный университет»

ВВЕДЕНИЕ.4 >

Глава 1. БЕЗЫЗЛУЧАТЕЛЬНАЯ ПЕРЕДАЧА ЭНЕРГИИ

ЭЛЕКТРОННОГОВОЗБУЖДЕНИЯ В ПОЛИМЕРНЫХ РАСТВОРАХ.

1.1. Перенос энергии электронного возбуждения, как перспективный метод изучения конформационных изменений структуры белка.

1.2. Экситонный перенос энергии в полимерных цепях.

1.3. Влияние полимеров на процессы ассоциации красителей.24.

1.4. Применение квантово-химических методов к исследованию экситонных процессов и динамики молекулярных фрагментов в полимерных цепях.

Глава 2. ОБЪЕКТЫ, СХЕМЫ УСТАНОВОК И ПРИБОРНАЯ БАЗА

ИССЛЕДОВАНИЙ.

2.1. Объекты исследования.

2.2. Схемы и описание установок, используемых для изучения растворов биополимеров и пленок, окрашенных люминофорами.

2.3. Подготовка экспериментальных образцов.

Глава 3. КИНЕТИКА ЭКСИТОННЫХ ПРОЦЕССОВ В ПОЛИМЕРНЫХ

ЦЕПЯХ.

3.1. Генерация и аннигиляция триплетных экситонов в полимерных цепях при ступенчатом лазерном возбуждении сенсибилизаторов.

3.2. Дистанционная аннигиляция экситонов, изолированных на сопряженных отрезках цепи, в случае медленной диффузии и аннигиляции по механизму Ферстера-Декстера.

3.3. Квантовохимические расчеты рельефа поверхности потенциальной энергии полимерных цепей в конфигурационном пространстве торсионных углов.

Глава 4. ПЕРЕНОС ЭНЕРГИИ ЭЛЕКТРОННОГО ВОЗБУЖДЕНИЯ В БИМОЛЕКУЛЯРНОМ ЗОНДЕ, СОРБИРОВАННОМ НА

БЕЛКЕ.

4.1. Кинетика бимолекулярных фотореакций в разбавленных полимерных растворах.

4.2 Изучение межмолекулярного взаимодействия в двухкомпонентных растворах по спектрам поглощения и люминесценции (краситель и лизоцим, краситель и краситель).

4.3 Изучение взаимодействия бимолекулярного зонда с лизоцимом и инсулином по спектрам поглощения и люминесценции.

4.4. Изменение оптических спектров окрашенных водных растворов лизоцима после лазерной фотомодификации белка.

Глава 5. ГОЛОГРАФИЧЕСКИЙ МОНИТОРИНГ ЛАЗЕРНОЙ

ДЕСТРУКЦИИ МАКРОЦЕПЕЙ В РАСТВОРАХ.

5.1.Формирование и релаксация голографической решетки в растворе полимера.

5.2. Результаты компьютерного моделирования и выводы.

5.3. Экспериментальная запись голограмм на красителях, сорбированных на лизоциме.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ ?' / :.

Проблема детектирования изменения структуры и конформационной подвижности биологических молекул - белков и дезоксирибонуклеиновой кислоты (ДНК) является одной из важных фундаментальных проблем современной биофизики. Знание и понимание этого процесса позволят определить новые пути решения задачи лечения человеческого организма, а также новые методы и технологии создания современных материалов для различных сторон жизни , общества. Разработка новых материалов по своим параметрам и многофункциональности приближающихся к биологическим структурам позволят значительно улучшить комфортабельность проживания человечества и уменьшить техногенное давление продуктов человеческой деятельности на окружающую среду.

Узкий интервал изменения параметров нахождения биологических молекул в нативном состоянии уменьшает диапазон применения физических методов на биополимеры и затрудняет процесс мониторинга за откликом системы на эти воздействия. В обычном состоянии белки и ДНК находятся в окру- i жении различных молекул и структур организма, которые оказывают существенное влияние на физические процессы, протекающие в биологических полимерах. Изучение in vitro позволяет исследователям не учитывать этого влияния и рассматривать процессы, происходящие непосредственно в биополимере. При этом резко уменьшается количество параметров, которые необходимо контролировать, что значительно облегчает задачу интерпретации результатов экспериментов.

Одним из перспективных неразрушающих методов изучения этой проблемы является перенос энергии электронного возбуждения между фрагмента- 1 ми изучаемой полимерной структуры. Использование этого явления для детектирования структурных изменений строения макромолекулы позволяет производить не только качественные оценки этих состояний, но и находить численные значения их характеристик. Для процесса переноса энергии электронного возбуждения необходимы два компонента: донор и акцептор энергии. Идея бимолекулярного зонда, когда хотя бы один из компонентов связан с биополимером, наиболее подходит для этой задачи.

Особый интерес представляет явление переноса энергии электронного возбуждения по цепи полимера в связи с задачами деструкции биологической молекулы и создания методов управления процессами наследственных мутаций. Идеология бимолекулярного зонда, когда хотя бы один из компонентов является экситоном, позволяет применять теорию переноса энергии электронного возбуждения к экситонным процессам, протекающим в макромолекуле. Изучение этого процесса в будущем позволит создавать передающие информацию коммутаторы для нанометровых механизмов и наномасштабных компо- , нентов элементной базы электроники.

Важной биолого-экологической и медицинской проблемой является точная оценка деструктурирующего влияния внешнего электромагнитного излучения на ДНК и белки живых клеток. Так, лазерное дробление белков, уступая по ряду свойств ферментативным целевым реакциям, представляет интерес как развитие параллельного подхода в достижении общей цели направленной модификации макромолекул. Метод регистрации образовавшихся после фотолиза продуктов может основываться на измерениях оптической плотности раствора макромолекул, изменяющейся в области подвергнутой облучению из-за диффу- i зионного оттока фрагментов цепей в темновую зону (эффект светоиндуциро-ванной диффузии). Этот простой и удобный в целом метод допускает усовершенствование на основе более детального описания процесса диффузии отрезков цепей и подвижности звеньев в растворителе. Существует необходимость в разработке новых методов регистрации продуктов лазерного дробления биополимеров на основе записи голографических решеток на комплексном носителе биополимер - фотохром. Голографический метод мониторинга обладает рядом преимуществ по сравнению с методами светоиндуцированной диффузии или неупругого светорассеяния. Голографические методы исследования характе- 1 ристик растворов макромолекул проще адаптировать к изменениям свойств изучаемых систем путем варьирования периода решетки, длины волны лазерного источника излучения и модификации математической модели релаксации голограммы.

Цель диссертационной работы состояла в определении механизмов бе-зызлучательной трансформации энергии электронного возбуждения в растворах биополимеров и обнаружении зависимости между их конформационными состояниями и кинетикой фотопроцессов. Она предполагает исследование механизмов передачи энергии электронного возбуждения дистанционно и по цепи полимера, а также в рамках идеи бимолекулярного зонда рассмотрение влияния различных состояний макромолекулы на скорость этой передачи и определения влияние движения участков биополимерной цепи на процессы переноса энергии. Для этого необходимо было провести спектрально-люминесцентное исследование фотофизических процессов с участием молекул сложных органических веществ и установить степень влияния белков на процесс переноса энергии электронного возбуждения в зависимости от вида белковой молекулы и типа растворителя.

В частности в задачи исследования входило:

- Экспериментально обнаружить возникновение и диффузию триплетных экситонов по полимерной цепи.

Создать теоретическую модель кросс-аннигиляции триплетных экситонов с Т-центрами сенсибилизаторов на полимерной цепи.

- Построить теоретическую модель бимолекулярных фотореакции в разбавленных полимерных растворах

Экспериментально исследовать особенности переноса энергии электронного возбуждения между различными донорно-акцепторными парами для различных растворов белковых молекул

- Исследовать влияния деструкции окрашенных белков на спектрально-люминесцентные свойства раствора, процесс переноса энергии электронного возбуждения и биологическую активность белка. Определение параметров деструкции полимера - Построить теоретическую модель голографического мониторинга лазерной деструкции макроцепей в растворах

- Создать теоретическую модель дистанционной аннигиляции «изолированных» экситонов на отрезках полимерной цепи с дефектами барьер- i ного типа на границах

- Провести квантовохимические построения адиабатических термов макромолекул для различных значений торсионных углов, определяющих конформацию полимерной цепи. Научная новизна работы

1. Установлена зависимость между конформационным (клубковым или глобулярным) состоянием макромолекулы и кинетикой диффузионно-контролируемого тушения люминесцентного сигнала подвижных молекулярных зондов, взаимодействующих с ловушками-стоками, закреплен- 1 ными на полимерной цепи.

2. Исследован кинетический режим дистанционной аннигиляции экситонов на полимерной цепи разделенных дефектами барьерного типа.

3. Построены поверхности адиабатического потенциала для ряда пар аминокислотных остатков биополимеров.

4. Показано влияние концентрации биополимеров на спектр люминесценции бимолекулярного люминесцентного зонда.

5. Исследовано влияние на лазерную деструкцию лизоцима красителей ксан-тенового ряда, образующих с белком комплексное соединение. 1

6. Выяснено влияние деструкции лизоцима на ферментативную активность белка, воздействующего на клетки Micrococcus luteus.

Научная и практическая значимость результатов.

Результаты исследования фотофизических процессов в растворах биопо- i лимеров расширили представления о характере взаимодействия света и вещества в сложных молекулярных системах. Полученные результаты могут использоваться для развития методик люминесцентных измерений параметров фотофизических процессов, проходящих в биологических структурах. Доказана необходимость учета конформационного состояния полимер ной цепи при флуоресцентных исследованиях с использованием бимолекулярного зонда, когда акцептор энергии адсорбируется цепью маромолекулы, что позволяет интерпретировать сложные закономерности, наблюдаемые в экспериментах с биосистемами. Использование передачи энергии по цепи полимера 1 позволит реализовать идею создания элементной базы молекулярной наноэлек-троники и биоэлектроники.

Пбнимание механизмов влияния биополимеров на передачу энергии электронного возбуждения позволит использовать это явление для диагностики и лечения некоторых заболеваний человека .

На защиту выносятся следующие положения

1. Наблюдаемое резкое тушение возбужденных триплетных центров в полимерных матрицах дополнительным лазерным излучением

А,—610 нм) обусловлено генерацией триплетных экситонов в полимерных 1 цепях для бинарных систем «сенсибилизатор-полимер», энергетическая структура которых удовлетворяет условию двойного резонанса.

2. Сигнал свечения бимолекулярного люминесцентного зонда чувствителен к пространственной структуре макромолекулярной цепи в растворе, на которой находятся молекулы одного из компонентов зонда.

3. Параметры записи голографических решеток чувствительны к структурным характеристикам биополимерных цепей, включая и такие из них, как контурная длина цепи или ее фрагментов, а также характеристикам вязкоупругости полимерных пленок.

Апробация работы. Основные результаты работы были обсуждены на следующих научных семинарах и конференциях:

- Третья всероссийская научная конференция «Физические проблем экологии (экологическая физика)» (Москва, МГУ, 2001)

- Региональная научно-практическая конференция ученых и специалистов Оренбургской области (Оренбург, ГОУ ОГУ, 2004)

- III Съезд биофизиков России (Воронеж, 2004)

- Третья международная научная конференция. «Фундаментальные проблемы физики» (Казань, КГУ, 2005)

- Всероссийская научно-практическая конференция «Вызовы XXI века и образование» (Оренбург, ГОУ ОГУ, 2006)

- Russian-Japanese Seminar «Molecular and Biophysical Magnetoscience». Proceedings (Orenburg, OSU, 2006)

- Всероссийская научно-практическая конференция «Развитие университетского комплекса как фактор повышения инновационного и образовательного потенциала региона» (Оренбург, ОГУ, 2007)

- LALS 2007 International Conference on Laser Application in Life Sciences (Moscow, MSU, 2007)

- The second Russian-Japanese seminar "Molecular and Magneto Science" (Orenburg, OSU, 2007)

- Всероссийская научно-практическая конференция «Интеграция науки и образования как условие повышения качества подготовки специалистов» (Оребург, ГОУ ОГУ, 2008)

- V Международная научная конференция «Прочность и разрушение материалов и конструкций» (Оренбург, ГОУ ОГУ, 2008)

Публикации. По теме диссертации опубликовано 16 работ, список которых приводится в разделе литература.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ

1. Экспериментально обнаружено возникновение и диффузия триплетных экситонов по цепи полимера, при условии резонансного совпадения энергии возбуждения Т-центра с триплетной экситонной зоной полимерной цепи.

2. Построена теоретическая модель кросс-аннигиляции триплетных экситонов с Т-центрами сенсибилизаторов.

3. Создана теоретическая модель бимолекулярных фотореакций в разбавленных полимерных растворах. Показано существование неэкспоненциального режима гибели подвижных частиц — «возбуждений» в системе неоднородно распределенных центров тушения.

4. Построена теоретическая модель дистанционной аннигиляции «изолированных» экситонов на отрезках полимерной цепи с дефектами барьерного типа на границах

5. Методами квантовой химии построены адиабатические электронные поверхности энергии фрагментов макромолекул для различных значений двух торсионных углов, определяющих конформацию полимерной цепи. Проведена классификация этих поверхностей по характеру образования устойчивых конфигурационных состояний.

6. Исследованы процессы переноса энергии электронного возбуждения между молекулами органических красителей в различных растворителях с добавлением белковых молекул. Показано, что эффективность этих процессов возрастает с увеличением концентрации биополимера.

7. Построена математическая модель голографического мониторинга лазерной деструкции макроцепей в растворах.

8. Изучено влияние количества и энергии импульсов записывающего неодимо-вого лазера YAG: Nd (А,=532 нм) на качество голографической решетки в пленках лизоцима, окрашенных ксантеновыми красителями.

9. Исследовано влияние лазерной деструкции лизоцима на процессы переноса энергии электронного возбуждения в бимолекулярном зонде.

10.Обнаружено влияние красителей ксантенового ряда на лазерную деструк- • цию лизоцима и ферментативную активность белка.

В заключение я выражаю глубокую благодарность моему научному руководителю директору Центра лазерной и информационной биофизики доктору физико-математических наук, профессору Михаилу Геннадьевичу Кучеренко за предоставление интересной темы и всестороннюю помощь при выполнении данной работы. Искренне благодарен доктору физико-математических наук, профессору Летуте Сергей Николаевичу за участие и консультации в проведение ключевого эксперимента по двухквантовому возбуждению. Благодарю Ру-синова А.П. за помощь в проведении голографических исследований, а также Игнатьева А. А., Человечкова В. В. и Жолудь А. А., за возможность использовать созданную ими люминесцентно — кинетическую установку и совместную работу. Благодарю других сотрудников Центра ЛИБ и кафедры радиофизика и электроника за обсуждение результатов работы, плодотворное сотрудничество и дружескую поддержку. i

160

1. Галанин, М.Л., Агранович, В.М. Перенос энергии электронного возбуждения в конденсированных средах -М.: Наука, 1978.- 384с.

2. Лакович, Дж.Основы флуоресцентной спектроскопии -М:Мир,1986.-496с.

3. Forster, Th. Intermolekular energy migration and fluorescence // Ann. Phys. (Leipzig), 1948. V. 2. - P. 55-75.

4. Dexter, D.I. Teory of Sensitized Luminescence in Solids // J. Chem. Phys. 1953. V. 21. - № 5. - P. 836-850.

5. Ермолаев, В.Л., Бодунов, Е.Н., Свешников, Е.В., Шахвердов, Т.А. Безыз-лучательный перенос электронного возбуждения -Л.: Наука, 1977. 311с.

6. Lamola, А.Е., Leermakers, Р.А., Byers, G.W., Hammond G.S. Intramolecular Electronic Energy Transfer between Nonconjugated Chromophores in Some Model Compounds // J. Am. Chem. 1965. V. 87. - № 11 .-P. 2322-2332.

7. Breen, A.E., Keller, R.A. Intramolecular energy transfer between triplet states of weakly interacting chromophores. I. Compounds in which the chromophores are separated by a series of methylene droups // J. Am. Chem. 1968.- V. 90. -№ 8.-P. 1935-1940.

8. Schnepp, O., Levy, M. Intramolecular Energy Transfer in a Naphthalene Anthracene system // J. Am. Chem. 1962. - V. 84. - № 2. - P. 172-177.

9. Leermakers, P.A., Byers G.W., Lamola A.A., Hammond G.S. Itramo-lecular Electronic Energy Transfer in 4-(l-Naphthylmethyl) benzophenone // J. Am. Chem. 1963. -V. 85. -№ 17.-P. 2670-2671.

10. O.Briton, J.S., Gerharhardt, G.E., Kazan, J. Organic scintillators and scintillationounting//N.Y.- L, 1971. -P. 289-304.1. .Кучеренко, М.Г. Кинетика нелинейных фотопроцессов в конденсированных молекулярных системах Оренбург: ОГУ. 1997. - 386 с.

11. Кучеренко, М.Г. Броуновские блуждания и кинетика аннигиляции одно-сортных электронных возбуждений // Вестник Оренбургского государственного университета. 1999. № 1. - С. 27-32.

12. Кучеренко, М.Г. Перенос энергии электронного возбуждения между фрагментами полимерной цепи в пределе быстрых конформационных переходов // Вестник Оренбургского гос. унив. 2005. № 5. - С. 90-97.

13. Кучеренко, М.Г., Жолудь, А.А., Игнатьев, А.А. Учет конформационной подвижности макромолекул при анализе сигналов люминесцентных зондов // Биофизика. 2006. -Т. 51. -№ 1. -С. 44-56

14. Артюхов, В.Я. Майер, Г.В., Риб, Н.Р. Квантово химические исследования триплет - триплетного переноса электронного возбуждения в бихро-мофорных молекулярных системах // Оптика и спектроскопия. 1997. —Т. 83. -№ 5. - С. 742-748.

15. Артюхов, В.Я. Майер, Г.В., Риб, Н.Р. Квантово химические исследования синглет - синглетного переноса электронного возбуждения в бихро-мофорных молекулярных системах // Оптика и спектроскопия. 1996. -Т. 81. -№ 4.-С. 607-612.

16. Артюхов, В.Я. Майер, Г.В. Теоретические исследования влияния ориентации и растворителя на перенос энергии в бихромофорных системах // Оптика и спектроскопия. 2001. Т. 90. - № 5. - С. 743-747.

17. Артюхов, В.Я. Майер, Г.В. Электронные состояния и фотопроцессы в бихромофорных системах // Журнал прикладной спектроскопии. 2002. -Т. 69. -№2.-С. 172-180.

18. Stryer, L., Haugland, R.P. Energy transfer: A spectroscopic ruler // Proc. Nat. Acad. Sei. USA. 1967.-V. 58.-№ 2.-P. 719-726.

19. Cabor, C. Radiationless energy transfer through a polypeptile chain // Bio-polymers. 1968. V. 6. - P. 809-815.

20. Haugland, R.P., Yguerabide, J., Stryer, L. Dependence of he kinetica of singletsinglet energy transfer on spectral overlap // Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 1969. V. 63. - № 1. - P. 23-30.

21. Wu, C.W., Stryer, L. Proximity relationehip in rhdopsin // Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 1972. -V. 69. № 5. - P. 1104-1108.

22. Грызунов, Ю.А., Комаров, М.Н. Исследование связывания лигандов с белком с помощью переноса энергии с изоиндольной флуоресцентной метки на лиганд // Биофизика. 2004. Т. 49. - В. 6. - С. 979-986.

23. Nicot, С., Vacher, М., Vincent, М., Gallay, G., Waks, М. Membrane proteins as reverse micelles: myelin basic protein in a membrane-mimetic environment // Biochemistry. 1985. V. 24. - P. 7024-7032.

24. Nicot, C., Vincent, M., Gallay, G., Waks, M. Conformational aspects and rotational dynamics of synthetic adrenocorticotropin-(l-24) and glucagon in reverse micelles // Biochemistry. 1987. V. 26. - P. 5738-5747.

25. Vos, K., Laane, C., Van Hoek, A., Veeger, C., Visser, A. J. W. G. Spectroscopic properties of horse liver alcohol dehydrogenase in reversed micellarso-lutions // Eur. J. Biochemistry. 1987. V. 169. - P. 275-282.

26. Jun Hua Yu, Yu Xiang Weng and со. The triplet exited state changes of amphophilic porphyrins with different side-chain length in AOT reverse micelles // Journal of Photochemistry and Photobiology A: Chemistry. 2003. V. 156. -P. 139-144.

27. Paul, В. K., Mukherjee, D. C., Moulik, S. P. Charge transfer and fluorescence behavior of hexylamine and 7,7,8,8-tetracyanoquinodimethane in compartmentalized (reverse micelle and microemulsion) and non-aqueous environments //

28. Journal of Photochemistry and Photobiology A: Chemistry. 1996. V. 94. - P. 53-62.

29. Zhi-ying Zhang, Chun-yan Liu. Photochemistry of a cyanine dye in reversed micelles // Journal of Photochemistry and Photobiology A: Chemistry. 2000.-V. 130.-P. 139-143. ,

30. Tkayuki Yamasaki, Okitsugu Kajimoto, Kimihiko Hara. High-pressure studies on AOT reverse micellar aggregate by fluorescence probe method // Journal of Photochemistry and Photobiology A: Chemistry. 2003. V. 156. P. 145-150.

31. Singh, A. K., Aruna, R. V. Fluorescence studies of tryptophan and trypto phan-retinal Schiff base in reverse micellar matrix // Journal of Photo chemistry and Photobiology A: Chemistry. 1995. V. 89. - P. 247-250.

32. Munna Sarkar, Jayanti Guha Ray, Pradeep K. Sengupta Effect of reverse micelles on the intramolecular excited state proton transfer (ESPT) and dual luminescence behaviour of 3-hydroxyflavone // Spectrochimica Acta Part A. i 1996. V. 52. - P. 275-278.

33. Ana Lucia Carneiro Fernandes Souto, Amando Siuiti Ito. Triptophan fluorescence studies of melanotropins in the amphiphile-water interface of reversed micelles // Eur. Biophys. J. 2000. V. 29. - P. 38-47.

34. Carvalho, С. M. L., Melo, E. P. and со. A steady-state fluorescence study of 1 cutinase microencapsulated in AOT reversed micelles at optimal stability conditions //Biotechnology Letters. 1999. V. 21. - P. 673-681.

35. Мельников, А.Г. Кинетика люминесценции в анализе структурно-динамической организации глобулы белка Электронный ресурс. http://www.fhtk.ru/tezisv/fizika.htmt

36. Клочков, В.П., Корсакова, Е.Г. Пути дезактивации возбужденных молекул 1,4-дифенилбутадиена // Оптика и спектроскопия. 1989. Т. 67. -В. 1 .-С. 186-189

37. Сибирцев, B.C., Грабаджиу, А.В. Качественный и количественный анализ нуклеиновых кислот с помощью системы из двух флуоресцентных красителей Элек. Рес.. http:Wwww.vs 1969 r.narod.ru\indexen.htm.

38. Skulachev, V.P. The Telomere and Telomerase: Nucleic Acid —Protein complexes Acting in a Telomere Homeostasis System. A Review // Biochemistry. 1997.-V. 62. -№ 11.-P. 1191-1195.

39. Blackburn, E.H. Telomerase Is a True Reverse Trensriptase. A Review // Biochemistry. 1997.-V. 62.-№ 11.-P. 1196-1201.

40. Kurenova, E.V., Mason, J.M. Immortalized Cells with No Detectable Telomerase Activity. A Review // Biochemistry. 1997.-V.62. № 11. -P. 1242-1253.

41. Meeker, A.K., Coffey, D.S. Regulation Mechanisms of Mammalian Telomerase. A Review//Biochemistry. 1997.-V. 62.-№ 11.-P. 1323-1332.

42. Baranov, V.I., Gribov, L.A. Modelling of a kinetics of inramolecular processes and nonstationary spectra with allowance for nonradiative transitions // Журнал прикладной спектроскопии. Минск, 2004. Т. 71. - № 4. - С. 421-429.

43. Грибов, J1.A. Теоретические модели для расчета спектров люминесценции с временным разрешением с учетом эффекта квантовых биений при изомеризации // Журнал прикладной спектроскопии. Минск, 2002 — Т.69. № 3. - С. 312-317.

44. Павловичев, B.C. Определение дипольных моментов возбужденных комплексов полярных соединений в протонодонорных растворителях по тушению флуоресценции // Журнал прикладной спектроскопии. Минск, 2004.-Т. 71. -№ 2.-С. 186-192.

45. Свешникова, Е.Г., Дударь, С.С., Ермолаев, B.JT. Закономерности переноса энергии в водных растворах ионов Ln(III) в условиях образования их мос-тиковых комплексов через СО3" и ОН" анионы // Оптика и спектроскопия. 2002. - Т. 92. - № 2. - С. 187-194.

46. Краковяк, М.Г., Некрасова, Т.Н., Паутов, В.Д., Ануфриева, Е.В. Влияние изометрии полимеров на структурную организацию и свойства макромолекул в водных растворах // Высокомолекулярные соединения. Серия А. 2005. Т. 47. - № 9. - С. 501-507.

47. Борисов, А.Ю., Васильков, C.JI. Двухуровневая гетерогенная миграция энергии. Моделирование и приложение к пурпурным бактериям // Биофизика. 2003. Т. 48. - В. 1. - С. 40-48.

48. Микер, А.К., Коффи, JI.C. Теломераза: многообещающий маркер биологического бессмертия половых,стволовых и раковых клеток // Биохимия. 1997.- Т.62. -№ 11. с. 1547-1557.

49. Куренкова, Е.В., Мейсон, Д.М. О функции теломер // Биохимия. 1997.- Т. 62. 1997. Т. 62. - № 11. - С. 1453-1466.

50. Скулачев, В.П. Старение организма особая биологическая функция, а не результат поломки сложной живой системы. Биохимическое обоснование гипотезы Вейсмана // Биохимия. 1997. - Т. 62. - № 11. - С. 1394-1399.

51. Блэнбери, Е.Х. Теломеры и теломераза: нуклеопротеидные комплексы, участвующие в гоместатической системе поддержания постоянной длины теломер //Биохимия. 1997. Т. 62. - № 11. - С. 1400-1406.

52. Козулин, Р.А., Курочкин, В.Е. Золотарев, В.М. Системы контроля ДНК на основе флуоресцентного метода // Оптический журнал. 2005 Т. 72.- № 1. С. 25-27.

53. Гираев, К.М., Ашурбеков, Н.А., Меджидов, Р.Т. Стационарная спектроскопия биотканей in vivo: флуоресцнтные исследования некоторых патологических состояний // Оптика и спектроскопия. 2003. Т. 95. - № 5.- С. 874-879.

54. Мешалкин, Ю.П. Исследование процессов переноса энергии от высоковозбужденных синглетных состояний (ВВСС) красителя сенсибилизатора биологическим молекулам Электронный ресурс. http://sunsite.nstu.ru/deps/ref/direct/3 5 .ru.html

55. Салецкий, А. М., Ткачев, А. М. Процессы переноса энергии электронного возбуждения между молекулами красителей различных типов в водно- , полиэлектролитных раствора // Оптика и спектроскопия. 2002. В. 93.- № 2. С. 232-236.

56. Бурлацкий, С.Ф., Ошанин, Г.С., Лихачев, В.Н. Диффузионно-контролируемые реакции с участием полимерных цепей // Химическая физика. 1988. Т. 7. - № 7. - С. 970-978.

57. Burlatsky, S.F., Oshanin, G.S. Diffusion controlled reactions with polymers // Physicletters A. 1990.-V. 145.- №. 1. - P. 61-65.

58. Wang, X., Bodunov, E.N., Nau, W.M. Fluorescence quenching kinetics inshort polymer chains: dependence on chain length // Оптика и спектроско- i пия. 2003. Т. 95. - № 4. - С. 603-613

59. Vekshin, N.L. Energy Transfer in Macromolecules SPIE. 1997. - 203 p.

60. Vekshin, N.L. Photonics of Biopolymers Moscow State University Press, 1999.-246 p.

61. Vekshin, N.L. Photonics of Biopolymers Springer.2002.-258 p.

62. Дашков, Г.И., Ермолаев, B.J1. Триплет-триплетный перенос энергии по цепям ароматических полимеров // Оптика и спектроскопия. 1967- Т. 22. -№ 5.-С. 848-851.

63. Алфимов, М.В., Шекк, Ю.Б. Перенос энергии триплет-триплетного возбуждения по цепям синтетических несопряженных полимеров // Химия высоких энергий. 1967.-Т. 1. -№ 2. -С. 25-41.

64. Лашков, Г.И., Шацева, Л.С., Бодунов, Е.Н. Прямое определение количества триплетных экситонов, выходящих на поверхность полимеров. Гетерогенная фотосенсибилизация // Оптика и спектр. 1973. -Т. 36. -№ 1. -С. 106-112.

65. Алфимов, М.В., Батеха, И.Г., Смирнов, В.А. Перенос энергии с высоких триплетных уровней // ДАН СССР. 1969. -Т. 185. -№ 3. -С. 626-628.

66. Петров, Э.Г., Франкевич, Е.Л. Дизайн и исследование функциональных низкоразмерных структур с направленным транспортом электронных возбуждений // Элект. ресурс. http://www.nauka.kiev.ua/rus/nano.ru

67. Горбань, И.С., Кальницкий, А.Я., Ящук, В.Н. Граничная длина прыжка триплетных и синглетных экситонов в карбазолсодержащих макромоле- , кулах // Динамика триплетных возбуждений в молекулярных кристаллах. Киев: Наукова думка, 1989. С. 72-76.

68. Kachkovski, O.D. Peculiarities of triplet exciton jump mechanism in uncon ju- ( gated polymers with pendant benzophenone-type groups // Mol. Cryst. and Liq. Cryst. 2001. -V. 361. P. 25-30.

69. Поуп, M., Свенберг, Ч. Электронные процессы в органических кристаллах М.: Мир, 1985. - 542 с.

70. Chakraborty, D.K., Burkhart, R.D. Delayed fluorescence and delayed excifluid solutions of poly(2-vinilnaphthalene) in the nanosecond time regime mer fluorescence from // Chem. Phys. Lett. 1989. -V. 157. -N 3.- P. 189-193.

71. Алфимов, M.B. Люминесценция органических наноструктур типа «гость-хозяин»//Успехи физ. наук. 2001. -Т. 171. -№ 10.-С. 1072-1074.

72. Давыдов, А.С. Теория твердого тела -М.: Наука, 1976 640 с.

73. Агранович, В.М. Теория экситонов. М.:Наука, 1968. - 384 с.

74. Балагуров, Б.Я., Вакс, В.Г. О случайных блужданиях частицы по решетке с ловушками // Журнал экспериментальной и теоретической физики. 1973. -Т.65.-№ 5. -С. 1939-1946.

75. Бережковский, A.M., Махновский, Ю.А., Сурис, Р.А. О кинетике диффу-зионно-контролируемых процессов на больших временах // Журнал экспериментальной и теоретической физики. 1986.- Т.91.- № 6(12).-С. 2190-2197.

76. Бурлацкий, С.Ф., Иванов, О.Ф. Кинетика гибели на ловушках в допорого-вых перколяционных системах // Журнал экспериментальной и теоретической физики. 1988. -Т. 94. -№ 8. -С. 331-350.

77. Карпухин, О.Н., Кожушнер, М.А. Передача энергии путем виртуального возбуждения молекул среды//Доклады АН СССР. 1968.-Т. 182.-С. 310-312.

78. Кожушнер, М.А. Теория резонансной передачи энергии возбуждения между примесями в твердом теле // Журнал экспериментальной и теоретической физики. 1969. -Т. 56. -№ 6. -С. 1940-1951.

79. Лушников, А.А. Бинарная реакция 1+1 ->0 в одном измерении // Журнал эксперимент, и теоретич. физики. 1986. Т. 91. - № 4(10). - С. 1376-1383.

80. Кучеренко, М.Г. Процессы с участием электронно-возбужденных молекул Оренбург: ОГУ, 2001. -60 с.

81. Berezhkovskii, A.M., Makhnovskii, Yu. A., Suris, R.A. Wiener Sausage Volume Moments // J. Stat. Phys. 1989. V. 57. - № 1-2. - P. 333-346.

82. Шахпаронов, М.И. Введение в современную теорию растворов М.: Высшая школа, 1976. - 507с.

83. Majolino, D., Mallamace, F., Migliardo, P. Spectral evidence of connected structures in liquid water: effective Raman density of vibrational states // Phys. Rev. E. 1993. V. 47. - № 4. - P. 2669-2675.

84. Добрецов, Г.Е. Флуоресцентные зонды в исследовании клеток, мембран и липопротеинов М.: Наука, 1989. - 277 с.

85. Самойлов, О. Я. Структура водных растворов электролитов и гидратация ионов -М.: изд. АН СССР, 1957. 180 с.

86. Nemethy, G., Scherada, Н. A. Structure of water and hydrophobic bondingin proteins. I. A model for thermodynamic properties of liquid water // J. Chem. Phys. 1962. V. 36. - P. 3382-3417.

87. Park, С. H., Park, H. A., Kim, Y. I., Sock, S. Thermodynamic study on molecular association of some organic dyestaffs in aqueous solutions // Thermo-chim. Acta. 1984. -V. 80. № 1. - P. 131-136.

88. Левшин, В. Л., Баранова, Е. Г. Природа концентрационных эффектов у растворов родаминов // Изв. АН СССР.сер.Физ.1956.-Т. 20.-№ 4.-С. 424432.

89. Баранова, Е. Г. Изучение ассоциатов родаминов 6Ж и ЗВ в водных растворах // Сб. физ. проблем спектроскопии М.: Изд. АН СССР, 1962.- Т.1. - С. 328-333.

90. Leon, P., Gan't, A., Kuruscsev, T. Derivation and interpretation of the spectra of aggregates dimmers of some xantene dyes // J. Chem. Soc. Faraday Trans. 1977. part 2. V. 73. - № 5. - P. 664-668.

91. Левшин, В. Л., Баранова, Е. Г., Деркачева, Л. Д., Левшин, Л. В. // В сб. Термодинамика и строение растворов М.: Изд. АН СССР, -С. 275-288

92. Собко, М. Ф., Чих, И. В., Использование спектрометрического метода для анализа органических красителей // Хим. Волокна. 1984. № 5.- С. 58-59.

93. Левшин, Л. В., Бочаров, В. Г. Исследование концентрационных эффектов в растворах некоторых органических соединений // Оптика и спектроскопия. 1961. Т. 10. - В. 5. - С. 627-633.

94. Левшин, Л. В. Спектроскопическое исследование процессов межмолекулярного взаимодействия в растворах красителей и других сложных органических соединений:, дис. док.физ-мат. наук М.: МГУ. 1967. - 387с.

95. Pople, J. A. Molecular association in liquids. A theory of structure of water// Proc. Roy. Soc. London. 1951. V. A205. - P. 163-178

96. Konno, K., Kitahara, A. Solubilization of water and secondary solubilization of electrolytes by oil-soluble surfactant solutions in nonaqueous media // J. Colloid Interface Sci. 1970. V. 33. - P. 124-132.

97. Ford, T. F., Kaufman, S., Nichols, O. D. Ultracentrifugal Studies of Barium Dinonylnaphthalenesulfonate-Benzene Systems. I. Sedimentation Velocity

98. J. Phys. Chem. 1966. V. 70. - P. 3726-3732.

99. Kaufman, S. Effect of the cation on solubilization by oil-soluble sulfonates// J. Colloid Interface Sci. 1967. V. 25. - № 3. - P. 401-408.

100. Kitahara, A., Konno, K. Solubilization and catalysis of polar substances in nonaqueous surfactant solutions. — In: Micellization, solubilization, microe-mulsions // N. Y.: Plenum Press, 1977. - P. 675-693

101. Пилипенко, A.T., Савранский, Л.И., Скороход, Е. Г. Свойства соединений красителей с поверхностно-активными веществами в растворах // Журнал аналитической химии .1972. Т. 27. - С. 1080-1085.

102. Левшин, Л.В., Славнова, Т.Д. Спектроскопическое изучение природы, межмолекулярных взаимодействий в концентрированных растворах красителей/Журнал приклад, спектроскопии. 1967.-T.VII.-B.2. С. 234-239

103. Левшин, Л.В., Славнова, Т.Д., Южаков, В.И. Спектроскопическое изучение особенностей ассоциации родаминовых красителей при низких температурах//Журнал приклад, спектроскопии. 1972.-Т. XVI В.1.-С. 90-96.

104. Chen, В., Ivanov, I., Klein, M.L., Parrinello, М. Hydrogen bonding in water // Phys. Rev. Lett. 2003. -V . 91. № 21. - P. 215503-215506.

105. Водородная связь. Сборник статей.- М.: Наука, 1964. 339с

106. Гормелли, Дж., Геттинз, У.,Уин-Джонс, Э. Кинетические исследования мицеллообразования в поверхностно-активных веществах-М.: 1980.-310 с.

107. Коппо, К., Kitahara, A. Solubility behaviour of water in nonaqueous solutions of oil-soluble surfactants. Effect of molecular structure of surfactant and solvent // J. Colloid Interface Sci. 1971. V. 35. - № 3. - P. 409-416.

108. Водородная связь. Сборник статей. М.: Наука, 1981. - 286с.

109. Левшин, Л.В., Салецкий, A.M. Оптические методы исследования молекулярных систем М.: МГУ, 1994. - 320с.

110. Рыжиков, Б.Д., Салецкий, A.M. Исследование процессов ассоциации разнородных молекул красителей в водных растворах // Вестник Москов. ун-та. сер. №3. Физ. Астр. 1991. Т. 32. - № 4. - С. 71-77.

111. Южаков, В.И. Агрегация молекул красителей и ее влияние на спектрально-люминесцентные свойства растворов // Успехи химии. 1992. -№6. -С. 1114-1141.

112. Мчедлов-Петросян, И.О., Егорова, С.И., Ариас Кордова, Э. Строение и экстрагируемость анионов ксантеновых и трифенилметановых красителей в виде ионных ассоциатов // Доклады АН СССР. 1992. Т. 323. - № 4. -С. 696-701.

113. Mchedlov-Petrossyan, N.O., Egorova, S.I., Arias Cordova, E. Extraction constants of ionic associates formed by the dye anions and complexes of metal ions with crown ethers in the system water-chloroform ISECOS-92.- Voronezh. 1992. V.l. - P. 92-94.

114. Мчедлов-Петросян, H.O., Егорова, С.И., Ариас Кордова, Э. Экстракция ионных ассоциатов, образованных анионами ксантеновых и сульфофта-леиновых красителей с краун-эфирными комплексами металлов // Журн. аналит. химии. 1994. Т. 49. - № 11. - С. 177-1183

115. Шаповалов, С.А., Черная, Т.А., Коваль, В.Л., Ищенко, А.А., Мчедлов -Петросян, Н.О. Ассоциация катиона индотрикарбоцианина с бенгальским розовым Б в водном растворе // Вестник Харьковского университета. 1999. Химия. В. 3(26). - №437. - С. 138-140.

116. Ищенко, А.А., Шаповалов, С.А. Разнородная ассоциация ионов красителей в растворах //Журнал прикладной спектроскопии. 2004. Т. 71.- № 5. С. 557-579.

117. Демидов, В.Н., Иванов, Е.В., Зарембо, Я.В. Надмолекулярная ассоциация в жидких средах в рамках термодинамической кластерно-конти-нуальной модели // Химическая промышленность. 2003. Т. 80. - № 12.- С. 34-46.

118. Акимов, А.И., Салецкий, A.M. Водно-полиэлектролитный раствор красителя — активная среда лазера // Квантовая электроника. 2000 — Т. 30. -№ 11.-С. 946-953.

119. Собко, М. Ф., Чих, И. В. Использование спектрометрического метода для анализа органических красителей // Химические волокна. 1984.- № 5.- С. 58-59.

120. Fornilli, S., Sgroy, G., Izzo, V. Effects of solvents on stackinginteractions: a spectrometric study of methilene blue dimerisation in aqueous solutions of some monohydric alcohols // J. Chem. Farad. Trans, part 1. 1983. V. 79. -№5.-P. 1085-1090.

121. Визнюк, C.A., Пашинин, П.П., Прохоров, A.M., Растопов, С.Ф., Сухо-дольский, A.T. Эффект температурного разгорания люминесценции в водных растворах родамина 6Ж // Письма в ЖЭТФ. 1988. —Т. 47. В. 4. -С. 190-193.

122. Журавлев, С.В., Понамарев, А.Н., Салецкий, A.M., Южаков, В.И. Температурная зависимость эффективности миграции энергии электронноговозбуждения в полярных растворах родамина 6Ж // Оптика и спектроскопия. 1986. Т. 60. - В. 5. - С. 964-969.

123. Каратаева, А. Д., Егорова, Е. М., Ревина, А. А., Шапиро, Б. И. Взамодей-ствие карбоцианиновых красителей с наноагрегатами серебра в обратных мицеллах // Журнал научной и прикладной фотографии. 2000. Т. 45,- № 6. С. 59-67.

124. Митрофанова, Н.В., Нечаев, А.Н., Хохлова, Т.Д., Мчедлишвили, Б.В. Адсорбция белков и красителей на полиэтилентерефталатных трековых мембран, модифицированных полимерами // Коллоидный журнал. 2003. -Т. 65.-№2.-С. 248-251.

125. Степанов, Н.Ф. Потенциальные поверхности и химические реакции // Соровский образовательный журнал. 1996. № 10. - С. 33-41.

126. Тюкавникова, М.А., Бауков, Ю.И. Биорганическая химия. М.: Медицина, 1985.-480 с.

127. Рубин, А.Б. Биофизика. Т.1. Теоретическая биофизика М.: Книжный дом «Университет», 1999. - 448 с.

128. Флорентьев, B.JI. Конформация органических молекул // Соросовский образовательный журнал. 1997. — № 7. — С. 37-43.

129. НЗ.Крупянский, Ю.Ф., Гольданский, В.И. Динамические свойства и энергетический ландшафт простых глобулярных белков // Успехи физ. наук. 2002.-Т. 172. —№ 11.-С. 1247-1269.

130. Heidrich, D., Kleiesch, W., Quapp, W. Properties of Chemically Intereeting Energy surfaces. Springer-Weiag Berlin, 1991.-171 p.

131. Minyaev, R.M., Walesb, D.J. Gradient line reaction path of HF addition to ethylene // Chem. Phys; Lett 1994. V. 218. - P. 413-421.

132. Миняев, P.M. Градиентные линии на многомерных поверхностях потенциальной энергии и механизмы химических реакций // Успехи химии. 1994.-Т. 63.-№ 11.-С. 939-961.

133. Wong't, M.W., Wiber, K.B., Fricht, M.J. Solvent Effect. 3. Tautomeric Eguilibria of Formamide and 2-Pyridone in the Gas Phase and Solution. An ab Initio SCRF Study//J. Am. Chem. Soc. 1992. -V. 114. -P. 1645-1652.

134. Merz, K.M. Gas-Phase and Solution-Phase Potential Energy Surfaces for C02+nHzC)(n=l,2) // J. Am. Chem. Soc. 1990. V. 112. - P. 7973-7980.

135. Duffy, E.M., Severance, D.I., Jorgensen, W.I. Solvent Effects on the Barrier to Isomerization for a Tertiary Amide from ab ainitio and Monte Carlo Calculations//J. Am. Chem. Soc. 1992.-V. 114. -P. 7535-7542.

136. Gertner, B.J., Whitnell, R.M., Wilson, K.R., Hynes'st, J.T. Activation to the Transition State: Reactant and Solvent Energy Flow for a Model SN2 Reacton in Water//J. Am. Chem. Soc. 1991. -V. 113. -P. 74-87.

137. Montero, L.A., Medina, S.A., Alvarez-Idaboy, J.R. On the correlation be tween ionization potentials and bond angles in heterocyclic compounds // J. Mol. Struct. 1991. V. 249. - P. 305-312.

138. Gerner, B.J., Whitnell, R.M., Wilson, K.R.Activation to the transition state: reactant and solvent energy flow for a model SN2 reaction in water // J. Am. Chem. Soc. 1991.-V. 113.-№ 1.-P. 74-87.

139. Гуларян, C.K., Добрецов, Г.Е., Светличный, В.Ю. Флуоресцентный зонд4-диметиламинохалкон: механизм тушения флуоресценции в неполярных средах // Биофизика. 2003. Т. 48. - В. 5. -С. 873-879.

140. Lewis, F.D., Weigel, W. Excited State Properties of Donor-Acceptor Substituted trans-Stibenes: The meta-Amino Effect // J. Phys. Chem. A. 2000.- V. 104. № 34. - P. 8146-8153.

141. Колен до, А.Ю. Экситонная поддержка химических реакций в полимерах и модельных органических соединениях Автореф. дис. д-ра хим. наук- Киев: Киев. нац. ун-т, 2001. 35 с.

142. Miyazawa, S., Jernigan, R. Estimation of Effective Interresidue Contact Energies from Protein Crystal Structures. Quasi-Chemical Approximation // Mac-romolecules. 1985. V. 18. - P. 534-552.

143. Лобанов, М.Ю., Рыкунов, Д.С., Фннкельштейн, A.B. Оценка качества приближения атом-атомных контактов аминокислотных остатков в белках контактами силовых центров этих остатков//Биофизика. 1998. -Т. 43.-В. 2.-С. 215-222.

144. Кизель, В.А. Практическая молекулярная спектроскопия. М.: Изд-во МФТИ, 1998.-276 с.

145. Suna, A. Kinetics of exciton-exciton annihilation in molekularcrystals // Phys. Rev. B, 1970.-V 1. -№4.-P. 1716-1739.

146. Кучеренко, М.Г. Кинетика статистического нелинейного самотушения люминесценции в коллоидных системах // Коллоидный журнал. 1998. -Т. 60.-№3.-С. 398-406.

147. Ландау, Л.Д., Лифшиц, Е.М. Квантовая механика. Нерелятивистская теория. Т. III. М.: Наука, 1974. - 752 с.

148. Давыдов, А.С. Квантовая механика. М.: Наука, 1973. - 704 с.

149. Переходцев, Г.Д. Спин-спиновые взаимодействия в свободнорадикаль-ных кластерах. Дисс.канд.физ.-мат. наук. -М. 1977 106с.

150. Переходцев, Г.Д. Основные методы компьютерной химии Элект. ресурс. http ://center. chph .ras.ru/ -perekhod/revie w3 r.htm 1

151. Computational chemistry list. Methods: Parameters & Basic Sets Электр, ресурс. hppt://cci.osc/edu/cca/documents/chamotlabs/Optimization.html

152. Лёвшин, Л. В., Салецкий, А. М. Оптические методы исследования молекулярных систем. Ч. 1. Молекулярная спектроскопия. — М.: Изд-во МГУ, 1994.-320 с.

153. Бенимецкая, Л.З., Булычев, Н.В., Козионов, А.Л., Лебедев, А.В., Несте-рихин, Ю.Е., Новожилов, С.Ю., Раутиан, С.Г., Штокман, М.И. Нелинейное лазерное разрезание РНК, селективное по набору оснований // Письма в ЖЭТФ. 1983. Т. 38. - №9. - С. 424-427.

154. Бенимецкая, JI.3., Козионов, А.Д., Муратов, Л.С., Новожилов, С.Ю., Штокман, М.И. Нелинейная лазерная фотомодификация нуклеиновых кислот индуцированная интеркалирующими красителями // Биофизика. 1987.- Т. 32. №4.-С. 716-731.

155. Бенимецкая, JT.3., Козионов, A.JT., Новожилов, С.Ю., Штокман М.И. О механизме нелинейного лазерного разрезания ДНК // Биофизика. 1997.- Т. 42. №3. - С. 607-610.

156. Kucherenko,M.G., Ketsle,G.A., Ketsle,E.G. Application holography to measuring static annihilation of excited centers // Proc. SPIE Nonlinear Spectroscopy and Ultrafast Phenomena. Eds.: V.V.Shuvalov, A.M.Zheltikov. 1996. -V. 2797.P. 63-68.

157. Kucherenko, M.G. Relaxation of holographic record in the system with annihilating centers // Proc. SPIE Holographic and Diffractive Techniques. Ed.: G.J.Dausmann, 1996. V. 2951. - P. 80-90.

158. Kucherenko, M.G. Relaxation of holographic record in the system with an nihilating centers // Applications in Photonic Technology 2. Plenum Publishing Corpor. 1997. P. 157-165.

159. Кучеренко, М.Г., Кецле, Г.А. Дифракция света на решетке из аннигилирующих возбужденных центров // Оптика и спектроскопия. 1998. -Т. 85.- №2. С. 265-272.

160. Кучеренко, М.Г. Подавление флуктуаций пропускания динамических решеток при аннигиляции возбужденных фотохромных центров // Оптика и спектроскопия. 1998. Т. 85. - №1. - С. 130-136.

161. Кучеренко, М.Г., Русинов, А.П. Дифракция зондирующего луча на нестационарных тепловых структурах в системах с насыщаемыми трехуровневыми центрами // Вестник ОГУ. 2004. № 5. - С. 128-134.

162. Кучеренко, М.Г., Русинов, А.П. Оптическая запись нестационарных пространственных структур в системе насыщаемых трехуровневых центров // Квантовая электроника. 2004. Т. 34. - № 8. - С.458-463.

163. Кучеренко, М.Г., Русинов, А.П. Запись и распад нестационарных решеток в системе насыщаемых трехуровневых центров // Оптика и спектроскопия. 2004. Т.97. - № 6. - С. 1020-1027.

164. Гросберг, А.Ю., Хохлов, А.Р. Статистическая физика макромолекул. -М.: Наука 1989. -344 с.

165. Дой, М., Эдварде, С. Динамическая теория полимеров.- М.: Мир, 1998. 440 с.

166. Гнеденко, Б.В. Курс теории вероятностей. —М.: Наука, 1969. 400 с.

167. Машковский, М.Д. Лекарственные средства. -Харьков.: Торсинг, 1998. -Т. 1.-543 с.

168. Отчет по гранту РФФИр2002Урала № 02- 03- 96467 Элект. ресурс. http://193.233.79.247/projectinfo.asp

169. Кучеренко, М.Г., Русинов, А.П. Кинетика фотохимической записи стационарных решеток в кислородопроницаемых полимерах с триплетной сенсибилизацией // Известия РАН. Серия физическая. 2006. -Т. 70. -№ 9. -С. 1262-1266.

170. Kucherenko, M.G., Rusinov, А.Р. Signal Dynamics of the Photothermal Response in Three-Level Media // Laser Physics. 2006. Vol. 16. - No. 9.-P. 1315-1320.

171. Броуде, В.Л., Рашба, Э.И., Шека, Е.Ф. Спектроскопия молекулярных экситонов. М: Энергоиздат. 1981. -542 с.

172. Герко, В.И., Шекк, Ю.Б., Батеха, И.Г., Алфимов, М.В. // Оптика и спектроскопия. 1971. -Т.30. -№3. -С. 356-360.

173. Летута, С.Н. Триплет-синглетная интеркомбинационная конверсия в многоатомных молекулах // Вестник ОГУ. 2002. -№5. С. 88-91.

174. Летута, С.Н. Фотопроцессы с участием высоких состояний электронно-возбужденных состояний многоатомных молекул. Автореферат дисс. доктора физ.-мат. Наук. М.: МГУ, 2003. -41 с.

175. Кучеренко, М.Г., Мельник, М.П., Кецле, Г.А., Летута, С.Н. Селективное лазерное усиление флуктуаций скорости реакции А+В->0 // Известие Академии Наук (Россия). Серия физическая. 1993. -Т.57. -№12.-С. 175-180.

176. Летута, С.Н., Кецле, Г.А., Пашкевич, С.Н. и др. Фотохромные превращения в окрашенных полимерах при двухквантовом возбуждении // Квантовая электроника. 2001. -Т.31. -№10. -С. 925-928.

177. Кучеренко, М.Г., Степанов, В.Н. Экситонные процессы в полимерных цепях Оренбург: РИК ГОУ ОГУ, 2005. - 160 с.

178. Кучеренко, М.Г., Степанов, В.Н., Чмерева, Т.М. Асимптотическая стадия кинетики экситонных процессов в полимерных цепях с регулярной и нарушенной структурой // Вестник ОГУ. -Оренбург: РИК ГОУ ОГУ, 2004. -№ 9. -С.127-139.

179. Кучеренко, М.Г., Человечков, В.В., Жолудь, А.А., Степанов, В.Н. Кинетика бимолекулярных фотореакций в разбавленных полимерных растворах // Вестник ОГУ. -Оренбург: РИК ГОУ ОГУ, 2006. -№ 1. С. 53-60.

180. Кучеренко, М.Г., Летута, С.Н., Степанов, В.Н. Генерация и аннигиляция триплетных экситонов в полимерных цепях при ступенчатом лазерном возбуждении сенсибилизаторов // Вестник ОГУ. -Оренбург: РИК ГОУ ОГУ, 2006. -№ 5(приложение). С. 6-12.

181. Кучеренко, М.Г., Степанов, В.Н., Жолудь А.А. Голографический мониторинг лазерной деструкции ДНК // Третья всероссийская научная конференция «Физические проблемы экологии (экологическая физика)». -М.: МГУ, 2001.- С.165-166.

182. Кучеренко, М.Г., Степанов, В.Н. Влияние магнитного поля на аннигиляцию триплетных экситонов в полимерных цепях // Тезисы докладов Третьей международной научной конференции «Фундаментальные проблемы физики». Казань: КГУ, 2005. -С. 149.

183. Stepanov, V.N. Biological Macromolecule Conformation States Study by the Way of the Two-Centres Luminescent Probe Signals Analysis // Russian-Japanese Seminar «Molecular and Biophysical Magnetoscience». Proceedings. Orenburg: OSU, 2006. - P. 38-39.

184. Степанов, В.Н. Спектроскопическое детектирование фотодеструкции полимерных цепей Текст. / V Международная научная конференция «Прочность и разрушение материалов и конструкций».-Оренбург: РИК ГО ОГУ, 2008. -Т.1. -С. 25-32.