Оптические свойства

Поглощение света хромофорными группами зависит от дипольных моментов перехода, в частности от их взаимодействия, если они находятся близко друг от друга, как это имеет место в двойной спирали ДНК. В случае, когда дипольные моменты перехода расположены хаотически, взаимодействия их взаимно нейтрализуются. При переходе спираль—клубок будет наблюдаться увеличение оптической плотности - гиперхромный эффект, а при переходе клубок-спираль - уменьшение оптической плотности, т.е. гипохромный эффект.

Если нанести тонкую пленку полинуклеотида из раствора на кварц, подсушить и осторожно ориентировать растяжением, то макромолекулы ЦНК оказываются ориентированными преимущественно вдоль оси растяжения. Такой образец обладает большим дихроизмом, т.е. по-разному поглощает свет, поляризованный вдоль направления ориентации пленки и перпендикулярно ей. На рис. представлены кривые дихроизма в ориентированных пленках полицитидиловой кислоты.

Максимум поглощения приходится на 270 нм. Поглощается главным образом свет, поляризованный перпендикулярно оси макромолекулы. Это означает, что дипольные моменты перехода ориентированы перпендикулярно оси спирали, т.е. лежат в плоскости гетероциклических оснований. В случае полинуклеотидов свет поглощается электронами гетероциклических ядер.

Эти электроны образуют делокализованные π-орбиты, и поглощение означает переход электрона с π-орбиты на возбужденный уровень π→π^*[3].

Более слабый максимум поглощения наблюдается при 280 нм. К гетероциклическому кольцу присоединены такие группы (например, С=О), в которых электроны локализованы и не входят в сопряженную систему π-связей. Электрон, локализованный в связи С=О - n-состояние, может быть возбужден на π^*-уровень, т. е. переходит в кольцо. Дипольные моменты перехода расположены перпендикулярно плоскости кольца. Сильнее поглощается свет, поляризованный параллельно оси макромолекулы [3].

Молекулы, которые не могут быть совмещены со своим зеркальным изображением, называются хиральными. Один из источников хиральности -образование спиральных конформаций. Спираль может быть правой и левой. В растворе хиральных молекул электромагнитное излучение, поляризованное по кругу вправо или влево, имеет различные показатели преломления и различные молярные коэффициенты экстинкции (коэффициенты пропорциональности между оптической плотностью с одной стороны, и толщиной поглощающего слоя и концентрацией вещества с другой). Различие молярных коэффициентов экстинкции для излучения, поляризованного по кругу вправо ε_R и влево ε_L, называется круговым дихроизмом. Коэффициент дихроичного поглощения: Δε= ε_L - ε_R является функцией длины волны.

КД ДНК имеет положительный максимум при 273 нм и отрицательный - при 243 нм. При нагревании раствора КД начинает увеличиваться, проходит через максимум при 45° и затем падает до величины меньше первоначальной при 80 (рис.1). Это превращение при охлаждении обратимо [45].

КД спектры очень чувствительны к изменению конформации биополимеров. На рис.2 приведены КД-спектры ДНК в А-, В- и С-форме [46].

Биополимеры обладают естественной оптической активностью, т. е вращают плоскость поляризации света.

Оптическая активность [α] сильно зависит от длины волны света (уменьшается с ростом длины волны).

В полосе поглощения света вращение становится особенно большим аномальная дисперсия оптической активности [3].