Temperature Dependence of the Nonlinear Dynamics of the Deactivation of Excited States of Tryptophan in Various Media

V. V. Gorokhov; Горохов В. В.; P. P.  Knox; Нокс П. П.; B. N. Korvatovsky; Корватовский Б. Н.; N. Kh.  Seifullina; Сейфуллина Н. Х.; S. N. Goryachev; Горячев С. Н.; N. P. Grishanova; Гришанова Н. П.; V. Z. Paschenko; Пащенко В. З.; A. B. Rubin; Рубин А. Б.

doi:10.31857/S0207401X23060055

Температурная зависимость нелинейного характера динамики дезактивации возбужденных состояний триптофана в различных средах

Авторы: Горохов В.В.¹, Нокс П.П.¹, Корватовский Б.Н.¹, Сейфуллина Н.Х.¹, Горячев С.Н.¹, Гришанова Н.П.¹, Пащенко В.З.¹, Рубин А.Б.¹
Учреждения:
1. Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова
Выпуск: Том 42, № 6 (2023)
Страницы: 63-76
Раздел: К 100-ЛЕТИЮ СО ДНЯ РОЖДЕНИЯ АКАДЕМИКА В.И. ГОЛЬДАНСКОГО
URL: https://journals.rcsi.science/0207-401X/article/view/139900
DOI: https://doi.org/10.31857/S0207401X23060055
EDN: https://elibrary.ru/UHHZSJ
ID: 139900

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ
Доступ закрыт

Доступ предоставлен
Доступ закрыт

Только для подписчиков

Аннотация
Об авторах
Список литературы
Дополнительные файлы
Статистика

Аннотация

Представлен обзор работ авторского коллектива по исследованию динамики возбужденных состояний триптофана в различных растворителях в зависимости от температуры (–170÷+20 °С). Был обнаружен антибатный ход температурных зависимостей времен затухания двух компонент (быстрой и средней) флуоресценции триптофана в температурном диапазоне от –60 до +10 °C. Третья, медленная, компонента показывала слабую зависимость от температуры. Антибатное поведение времен затухания двух компонент кинетики флуоресценции моделировали в предположении, что в определенном температурном интервале происходит переход части молекул триптофана, находящихся в возбужденном состоянии, из коротковолновой ротамерной B-формы, обладающей коротким временем жизни флуоресценции, в длинноволновую ротамерную R-форму с промежуточным временем жизни флуоресценции. Для объяснения наблюдаемых изменений в спектрах и длительности флуоресценции триптофана в зависимости от температуры была также разработана новая модель переходов между возбужденным и основным состояниями с привлечением состояния с переносом заряда (CTS), учитывающая нелинейный характер динамики этих переходов. В данных процессах важную роль играет взаимодействие молекул триптофана с его микроокружением, а также перестройки в системе водородных связей в окружении молекулы триптофана. Выделены три основные спектральные области флуоресценции триптофана, отличающиеся различным поведением температурных зависимостей скоростей перехода из возбужденного состояния триптофана в CTS. Показана ключевая роль динамики системы водородных связей, определяющих нелинейный характер изменения параметров флуоресценции триптофана в выделенных спектральных областях.

Ключевые слова

триптофан, кинетика флуоресценции, температурная зависимость, водородные связи, молекулярная динамика.

Список литературы

Frauenfelder H., McMahon B. // Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 1998. V. 95. P. 4795.
Fitter J., Lechner R.E., Buldt G., Dencher N.A. // Ibid. 1996. V. 93. P. 7600.
Frauenfelder H., Sligar S.G., Wolynes P.G. // Science. 1991. V. 254. P. 1598.
Jackson T.A., Lim M., Anfinrud P.A. // Chem. Phys. 1994. V. 180. P. 131.
Johnson J.B., Lamb D.C., Frauenfelder H. et al. //Biophys. J. 1996. V. 71. P. 1563.
Paciarony A., Cinelli S., Onori G. // Biophys. J. 2002. V. 83. P. 1157.
Palazzo G., Mallardi A., Hochkoeppler A.et al. // Biophys. J. 2002. V. 82. P. 558.
Kriegl J.M., Forster F.K., Nienhaus G.U. // Biophys. J. 2003. V. 85. P. 1851.
Mei G., Di Venere A., Agro A.F., De Matteis F., Rosato N. // J. Fluorescence. 2003. V. 13. P. 467.
Malferrari M., Savitsky A., Mamedov M.D. et al. // Biochim. Biophys. Acta. 2016. V. 1857. P. 1440.
Schlamadinger D.E., Gable J.E., Kim J.E. // J. Phys. Chem. B. 2009. V. 113. P. 14769.
Dashnau J.L., Zelent B., Vanderkooi J.M. // Biophys. Chem. 2005. V. 114. P. 71.
Chen Y., Barkley M.D. // Biochemistry. 1998. V. 3. P. 9976.
Бурштейн Э.А. // Молекуляр. биология. 1983. Т. 17. С. 455.
Нокс П.П., Корватовский Б.Н., Красильников П.М. и др. // ДАН. 2016. V. 467. P. 350.
Гольданский В.И., Кузьмин В.В. // УФН. 1989. Т. 157. С. 3.
Szabo A.G., Rayner D.M. // J. Amer. Chem. Soc. 1980. V. 102. P. 554.
Gudgin E., Lopez-Deigado R., Ware W.R. // Phys. Chem. 1983. V. 87. P. 1559.
Petrich J.W., Chang M.C., McDonald D.B., Fleming G.R. // J. Amer. Chem. Soc. 1983. V. 105. P. 3824.
Ross J.A., Jameson D.M. // Photochem. Photobiol. Sci. 2008. V. 7. P. 1301.
Hellings M., De Maeyer M., Verheyden S. // Biophys. J. 2003. V. 85. P. 1894.
Liu T., Callis P.R., Hesp B.H., de Groot M. // J. Amer. Chem. Soc. 2005. V. 127. P. 4104.
Pan C.-P., Muino P.L., Barkley M.D., Callis P.R. // J. Phys. Chem. B. 2011. V. 115. P. 3245.
Kadyan A., Juneja S., Pandey S.J. // Phys. Chem. B. 2019. V. 123. P. 7578.
Нокс П.П., Лукашев Е.П., Корватовский Б.Н. и др. // Биофизика. 2016. Т. 61. С. 1118.
Olsson C., Jansson H., Swenson J. // J. Phys. Chem. B. 2016. V. 120. P. 4723.
Physical properties of glycerine and its solutions. N.Y.: GlycerineProducers’ Association, 1963.
Havemeyer R.N. // J. Pharmaceutic. Sci. 1966. V. 55. P. 851.
Towey J.J., Soper A.K., Dougan L. // J. Phys.Chem. B. 2016. V. 120. P. 4439.
Краснов К.С. Физическая химия. Т. 1. М.: Высш. шк., 2001.
Adams P.D., Chen Y., Ma K., Zagorski M.G et al. // JACS. 2002. V. 124. P. 9278.
Hayward B.J., Henry B.B.// Chem. Phys. 1976. V. 12. P. 387.
Тарасевич Б.Н. ИК спектры основных классов органических соединений. Справочные материалы. М.: Хим. факультет МГУ, 2012.
Горохов В.В., Нокс П.П., Корватовский Б.Н. и др. // Биохимия. 2017. Т. 82. С. 1615.
Hilairea M.R., Ahmed I.A., Lina C.-W. et al. // Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 2017. V. 114. P. 6005.
Callis P.R. // J. Mol. Struct. 2014. V. 1077. P. 22.
Liu H., Zhang H., Jin B. // Spectrochim. Acta, Part A. 2013. V. 106. P. 54.
Doster W., Settles M. // Biochim. Biophys. Acta. 2005. V. 1749. P. 173.
Блинц Р., Жекш Б. Сегнетоэлектрики и антисегнетоэлектрики. Динамика решетки. М.: Мир, 1975.
Knox P.P., Gorokhov V.V., Korvatovsky B.N. et al. // J. Photochem. Photobiol., A. 2020. V. 393. P. 112435.
Knox P.P., Lukashev E.P., Gorokhov V.V. et al. // J. Photochem. Photobiol. B. 2018. V. 189. P. 145.
Горохов В.В., Корватовский Б.Н., Нокс П.П. и др. // Докл. РАН. Науки о жизни. 2021. Т. 498. С. 19.
Пащенко В.З., Горохов В.В., Корватовский Б.Н. и др. // Биофизика. 2021. Т. 66. С. 454.
Han K.L., Zhao G.J. Hydrogen Bonding and Transfer in the Excited State. Chichester, UK: John Wiley&Sons Ltd., 2011.
Krasilnikov P.M., Knox P.P., Rubin A.B. // Photochem. Photobiol. Sci. 2009. V. 8. P. 181.
Рубин А.Б. Биофизика. Т. 3. М.: Высш. шк., 2013.