Формирование наноструктур гостевыми молекулами в молекулярных стеклах по данным ЭПР спиновых зондов

ХИМИЧЕСКАЯ И БИОЛОГИЧЕСКАЯ ФИЗИКА

ЭПР спектроскопия и её приложения

УДК 544.175

Триплетный фуллерен для измерения нанометровых расстояний методом ЭПР

Тимофеев И. О.

Международный томографический центр СО РАН, г. Новосибирск

Новосибирский государственный университет

 

Измерение нанометровых расстояний методами дипольного ЭПР играет большую роль в структурных исследованиях биомолекул и их комплексов. Чувствительность, доступные для измерения расстояния и экспериментальные температуры определяются свойствами спиновых меток. Проведение типичного эксперимента с нитроксильными метками требует температуры ниже 80 К и концентрации макромолекул 10-100 мкМ, при которой биологические комплексы могут агрегировать.

В данной работе мы предлагаем использоват ьфотовозбужденный фуллерен в качестве спиновой метки для измерения расстояний методом ЭПР. Триплетный фуллерен имеет интенсивный поляризованный сигнал ЭПР и сравнительно узкий спектр, а его релаксационные свойства позволяют проводить эксперименты при близких к комнатным температурах. Возможности предлагаемого подхода продемонстрированы на примере ковалентных пар фуллерена со спиро-нитроксильным (С₆₀NIT) и тритильным радикалами (С₆₀TAM), а также на комплексе модифицированного фуллерена с белком альбумина, селективно меченым нитроксильным радикалом (C₆₀:HSA-NIT).

Сигналы PELDOR (импульсного двойного электронного резонанса), полученные для ковалентных пар в толуоле при 20 К, характеризуются глубокой модуляцией (30% для С₆₀NIT и 70% для С₆₀TAM) и единым доминирующим расстоянием. ПараС₆₀TAMтакже изучена ворто-терфениле при 234 К и в октаацетате сахарозы при 277 К.PELDOR комплекса C₆₀:HSA‑NIT в воде при 50 К показал, что сайт связывания фуллерена находится на расстоянии менее 5 нм от Cys34 в альбумине. Таким образом, фотовозбужденные триплетные фуллерены представляют собой новые перспективные спиновые метки с превосходными свойствами для структурных исследований методами дипольной ЭПР спектроскопии.

 

Работа поддержана грантом РНФ № 18-73-00292

______________________________

Научный руководитель – канд. физ.-мат. наук Крумкачева О. А.

 

 

53.01

Формирование наноструктур гостевыми молекулами в молекулярных стеклах по данным ЭПР спиновых зондов

Дудышева Н. М.

Новосибирский государственный университет

 

Известно, что в биологических мембранах встроенные в них гостевые молекулы (белки, холестерин и др.) могут образовывать наноструктуры. Например, молекулы спин-меченного аналога холестерина могут образовывать нанокластеры, в которых эти молекулы либо отталкиваются между собой, либо притягиваются друг к другу. Целью настоящего исследования было выяснить, является ли образование наноструктур гостевыми молекулами исключительным свойством биологических мембран или же данное явление обусловлено просто неупорядоченным характером таких сред.

В работе методом импульсного ЭПР спиновых зондов изучалось взаимное пространственное расположение спиновых зондов – стабильных нитроксильных радикалов – в матрице застеклованного орто-терфенила. Данная матрица является структурно неупорядоченной средой с межмолекулярным ван-дер-ваальсовым взаимодействием и с этой точки зрения хорошо моделирует гидрофобную внутренность мембраны. Импульсный ЭПР позволяет получать информацию о кластеризации парамагнитных молекул на расстояниях порядка нескольких нанометров.

III Рис. 1

Исследованы образцы с различной концентрацией показанных на рис. 1зондовдвух типов. Обнаружено, что при малых концентрациях зондаIв образце (<2мМ)его молекулы на расстояниях, меньших некоторого R_крит(~7нм), отталкиваются друг от друга и образуют таким образом сверхрешетку. Для зонда II наблюдается противоположный эффект – его молекулы имеют тенденцию к сближению, формируя нанокластеры с повышенной локальной концентрацией– порядка 3∙10¹⁸ см^-3.

Таким образом, для молекулярных стекол впервые обнаружено формирование наноструктур гостевых молекул, причем эти наноструктуры могут быть двух типов – сверхрешетка с взаимным отталкиванием гостевых молекул и нанокластеры с взаимным их притяжением.

 

Научные руководители - д-р физ.-мат. наук, проф. Дзюба С. А., Голышева Е. А.

УДК 544.4.032.7