ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Люминесценция биополимеров из "Молекулярная биофизика" Сложные молекулы характеризуются большим числом колебательных степеней свободы, сильным взаимодействием колебаний и поэтому непрерывным перемещением колебательной энергии от одной степени свободы к другой. Соответственно колебательные уровни энергии сложных молекул образуют, как правило, сплошную совокупность. Электронное и колебательные движения взаимодействуют друг с другом. Разделение этих видов движения, с хорошей степенью приближения реализуемое в случае простых молекул, оказывается, в сущности, невозможным для сложных молекул. Это связано с большим запасом колебательной энергии, приближающимся к величине, достаточной для Возбуждения электронной оболочки (см. также стр. 400) [159, 160]. [c.320] Таким образом, спектры флуоресценции, равно как и спектры поглощения сложных молекул, размыты и лишены тонких деталей (это не относится к линейчатым спектрам Шпольского, наблюдаемым в особых условиях [161]). Информативными оказываются не столько длины волн максимумов полос, сколько интенсивность, поляризация и длительность свечения. [c.320] Интенсивность флуоресценции убывает экспоненциально. В большинстве случаев т равно по порядку величины 10 — 10 сек, но может быть и гораздо выше. [c.321] В растворе вследствие взаимодействия с молекулами растворителя устанавливается равновесное распределение молекул по их запасам колебательной энергии. Это распределение не зависит от избытка колебательной энергии, полученной при возбуждении, и, следовательно, от длины волны Хвоэб возбуждающего света. Следовательно, т и у также не зависят от Хвозб (закон Вавилова). [c.321] Флуоресцентное излучение сложных молекул (в частности, красителей) поляризовано даже при естественном возбуждающем свете. Теория поляризованной люминесценции детально разработана Вавиловым [162] (см. также [163]). Возбуждающий свет поглощается молекулами, определенным образом ориентированными по отношению к электрическому вектору Е световой волны. После поглощения энергия излучается в результате другого электронного перехода, которому отвечает, вообще говоря, иная поляризация в молекуле, т. е. иное направление дипольного момента перехода. Люминесценция поляризована, если время жизни возбужденного состояния, т. е. время передачи энергии от поглощающего к излучающему диполю, мало по сравнению с временем переориентации молекулы. [c.321] Таким образом, степень поляризации убывает с увеличением подвижности излучающей молекулы и может служить мерой подвижности. [c.322] Безызлучательные переходы, делающие квантовый выход -у меньщим единицы, сводятся к интерконверсии и деградации световой энергии [164]. Молекула, возбужденная фотоном АУа до некоторого синглетного уровня ё в], может с вероятностью / истратить эту энергию в результате флуоресценции, т. е. излучения фотона hvf , в ней может произойти внутренняя конверсия энергии в колебания с соаутствующей деградацией в тепло она может перейти без излучения на метастабильный, триплетный уровень ё то, растрачивая часть энергии возбуждения и колебаний. В дальнейшем энергия го может выделиться в виде фотона фосфоресценции курн или превратиться в колебательную с деградацией ее в тепло. Все эти процессы представлены схематически на рис. 5.24. [c.322] Другой существенной причиной уменьшения квантового выхода является тушение люминесценции. Оно может вызываться посторонними веществами, в частности кислородом. Для биофизики особый интерес представляют процессы, которые проявляются, в частности, в концентрационном тушении и в концентрационной деполяризации люминесценции. [c.322] Резонансное взаимодействие, определяющее миграцию энергии, подобно экситонному взаимодействию в молекулярных кристаллах, исследованному Давыдовым (см. стр. 286). Различие этих двух явлений имеет количественный характер. Миграция энергии происходит при большой энергии взаимодействия, сильно превышающей ширину электронно-колебательной зоны. В этом случае сильного взаимодействия передача энергии происходит весьма быстро, и можно не учитывать влияния колебаний. Соответственно, в отличие от экситонных спектров молекулярных кристаллов, возникающих при слабом взаимодействии (энергия взаимодействия значительно меньше ширины зоны, но много больше ширины отдельного колебательного подуровня), в спектрах резонансно взаимодействующих молекул не наблюдается колебательная структура. [c.323] Миграция энергии вызывает деполяризацию люминесценции. Молекула, поглощающая квант, ориентирована в пространстве определенным образом. Если бы излучение происходило в той же молекуле, то оно характеризовалось бы некоторым значением Р. Однако за время, протекающее между поглощением и излучением, возможны многократные акты передачи энергии на другие молекулы с несколько отличными ориентациями. По прошествии определенного времени все возбужденные молекулы теряют первоначальную ориентацию, которая была в момент поглощения, и излучение оказывается полностью деполяризованным. [c.323] Нужно подчеркнуть, что миграция энергии возможна как между тождественными, так и между разными молекулами при условии перекрывания полосы поглощения молекул одного сорта и полосы флуоресценции молекул другого сорта. [c.323] Изучение особенностей люминесценции, связанных с миграцией энергии, важно для биофизики. Передача энергии с одного люминесцирующего участка биополимера на другой позволяет получить информацию об их относительном расположении. [c.324] Люминесценции биополимеров посвящен ряд монографий см., например, [170—172]). [c.324] Циклические я-электронные системы часто являются люми-нофорными. Ароматические аминокислотные остатки в белках Фен, Тир и Три оказываются в этом смысле неравноценными. Соответствующие аминокислоты характеризуются спектральными свойствами, приведенными в табл. 5.10. [c.324] Метод поляризованной люминесценции эффективно применяется к изучению комплексов макромолекул нуклеиновых кислот с малыми молекулами, в частности с молекулами акридиновых красителей. Исследования таких комплексов дают важную информацию о конформационной структуре нуклеиновых кислот (см. [276] и гл. 8). [c.325] Вернуться к основной статье