Детектирование спектров комбинационного рассеяния света высокого спектрального разрешения в коротких олигонуклеотидах: сравнение со спектрами полноразмерных ДНК

Ф.Б. Байрамов, В.В. Топоров, Е.Д. Полоскин

ISSN 1812-3368. Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. Естественные науки. 2017. № 2

тральных линий позволяют выявить их лоренцевскую форму. Это дает каче-

ственно новые возможности

для количественного исследования сложных моле-

кулярных систем. Так, для наиболее узкой спектральной линии при 1355,4 см

–1

соответствующей колебаниям метильной группы dT, наблюдается существенное

(в 2–3 раза) сужение ширины линии по сравнению со спектрами, полученными

для водного раствора олигонуклеотидов. Такое сужение до порядка естествен-

ной ширины позволило надежно выделить лоренцевскую форму этой узкой ли-

нии с полушириной (полной шириной на половине высоты) Г = (1/2)π

τ, где

—

скорость света; τ — время жизни возбуждения. Непосредственное измерение есте-

ственной полуширины дало возможность впервые определить временной мас-

штаб элементарных колебательных возбуждений в биомакромолекулах. Для изме-

ренного значения полуширины Г = 14,6 см

–1

соответствующее характерное время

жизни для колебаний метильной группы dT при комнатной температуре оказа-

лось равным 0,38 пс. Таким образом, обнаружение узких спектральных линий

позволит экспериментально изучить внутренние динамические свойства быстро-

протекающих релаксационных процессов колебательных движений атомов в био-

макромолекулах. Измеренное значение естественной полуширины линий и (или)

времени жизни колебательных состояний также может стать надежной мерой

специфичности и степени совершенства молекулярной структуры биомакромоле-

кул. Другая узкая полоса при 1000 см

–1

характерна для фосфатных групп

РО



сахарофосфатного остова спиральной структуры ДНК, обнаружение которой

прямо указывает на формирование устойчивой и стабильной пространственной

молекулярной структуры синтезированных коротких одноцепочечных олиго-

нуклеотидов длиной 40 нуклеотидов последовательности d(20G, 20T), состоящей

из четырех витков спирали, а также сохранение этой структуры в лиофилизован-

ном твердом состоянии. В целом, выводы об устойчивости, стабильности и высо-

ком совершенстве молекулярной структуры синтезированных одноцепочных

олигонуклеотидов d(20G, 20T) также подтверждаются многими спектральными

особенностями и наличием наиболее характерных максимумов, наблюдаемых во

всем диапазоне частот на спектре (см. рисунок). Кроме того, полученные резуль-

таты прямо указывают на то, что механизм подавления различных молекулярных

взаимодействий в водном растворе олигонуклеотидов намного более эффектив-

ный, чем ангармонические взаимодействия элементарных колебаний их решетки.

Было выполнено сравнение с недавно опубликованными полными спек-

трами комбинационного рассеяния света высушенной полномерной ДНК телен-

ка, полученными с высоким спектральным и пространственным разрешением и

обнаруженными в широком спектральном диапазоне частот рассеянного света

6…4000 см

–1

[25]. Результаты сравнения показывают, что спектры коротких оли-

гонуклеотидов хорошо согласуются со спектрами ДНК теленка для нуклеотидов

гуанина и тимина в составе ДНК. В целом эти данные указывают на то, что корот-

кие олигонуклеотиды могут быть использованы в качестве удачных модельных

объектов для исследования молекулярной структуры ДНК при изучении их вто-