Физические методы исследования белков и нуклеиновых кислот - Лазуркина Ю.С.
Скачать (прямая ссылка):
Для суждения о деформируемости молекул удобно пользоваться
Г х
также зависимостью характеристического угла ориентации — от
L е J
вязкости г]0 растворителя. Согласно теории внутренней вязкости молекул, жестким частицам отвечает прямая, проходящая через начало
координат
х
, г]0 (рис. 40). Легко деформируемым молекулам отве-
рдина-
х
Рис. 40. Зависимость характеристического угла ориентации от вязкости растворителя для жестких (1) и деформируемых (2) частиц
чает прямая, пересекающая ор ту при некотором значении
характеризующем деформируемость клубкообразной молекулы.
Асимметрия клубкообразных молекул — не единственная причина оптической анизотропии растворов таких молекул. Каждый отдельный сегмент цепной молекулы может обладать собственной анизотропией, связанной с разной поляризуемостью сегмента в различных направлениях, и анизотропией формы (43). Сегменты цепной молекулы частично ориентированы по направлению главной оси эллипсоида, апроксимирующего клубок. Это вызывает, соответственно, эффект собственной анизотропии клубка и эффект микроформы, называемый так в отличие от рассмотренного выше эффекта макроформы, связанного с асимметрией клубка в целом. Характеристическое ДЛП движущегося раствора макромолекул состоит, соответственно, из трех слагаемых:
\tl] [Я] + соб Ь [^]Микроформы "Ь ^макроформы- (^6)
Теория ДЛП недеформированных гауссовых клубков дает для этих трех слагаемых следующие выражения [5]:
4я (п2 + 2)2
Мсоб = ----— [Л], (<* ц - «!), (47)
(п2 + 2)2 (п\ - л2)2 Ммикроформы 180 nRTri'p ~~ Li)c, (48)
0,058 Ф (л2 -I- 2) (4 - и2)2
I”] макроформы = Лр*Ы'АЯТп3
Здесь п — показатель преломления растворителя; nk — показатель преломления полимера; [п]0 — характеристическая вязкость раствора при g — 0; р — плотность сухого полимера, Ф = 2,1 • 1023 — постоянная Флори; s — число мономеров в сегменте, (L2 — Lj)c — функция осевого отношения сегмента; (а ц — а^) — разность его главных поляризуемостей; Мс — молекулярный вес мономера.
Два последних слагаемых в выражении (46) обращаются в нуль, если показатель преломления полимера не отличается от показателя преломления растворителя. Это создает принципиальную возможность наблюдать только эффект собственной анизотропии.
Пользуясь выражением (47), можно определить, следовательно, собственную анизотропию сегмента а ц — а,^. Для этого достаточно только измерить характеристическую вязкость [г)]0 раствора.
д. ДЛП растворов биополимеров
Один из первых биологических объектов, на котором был испытан метод ДЛП в потоке,— вирус табачной мозаики (ВТМ). Относительно крупные цилиндрические частицы ВТМ дали хорошую возможность для проверки теории ДЛП в растворе жестких асимметричных частиц. О жесткости частиц ВТМ свидетель-
Y
ствует линеиность зависимости — от вязкости ц0 растворителя.
Размеры вирусных частиц, определенные по величине коэффициента вращательной диффузии Dr, хорошо согласуются с данными, полученными методом седиментации и прямыми электронномикроскопическими измерениями.
В таком же хорошем согласии с другими методами находятся полученные методом ДЛП в потоке данные о некоторых палочкообразных белковых молекулах (коллаген [70], фибриноген [71]). При этом вполне удовлетворительным оказывается простое эллипсоидальное приближение. В этом приближении изучены также многие другие белки [72]). Как показывают данные по измерению угла ориентации и эффекта ДЛП растворов белков в различных растворителях, белковые молекулы представляют собой жесткие частицы с разной для различных белков асимметрией. Для некоторых из них установлена изотропность поляризуемости (коллаген).
В растворах нативной ДНК обнаруживается большой по величине отрицательный эффект ДЛП. Анализ поляризуемостей отдельных оснований, составляющих двойную молекулярную цепь ДНК [73], показывает, что отрицательный эффект связан с отрицательной собственной анизотропией сегментов ДНК вследствие расположения плоскостей оснований перпендикулярно оси двойной спирали. При этом подразумевается, что ДНК представляет собой свободносочлененную цепь из жестких отрезков двойной спирали. Эффект макроформы для ДНК пренебрежимо мал, так что наблюдаемое дву-лучепреломление вызвано собственной анизотропией ДНК и анизотропией микроформы. При исследовании внутренней вязкости ДНК обнаружено (рис. 41, [74]), что при малых вязкостях
растворителя характеристический угол ориентации
