Mikroskopicheskiy mekhanizm denaturatsii belkov i nukleinovykh kislot bakteriy R. aeruginosa pri rezonansnom pogloshchenii femtosekundnykh lazernykh impul'sov s dlinoy volny 6 mkm

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

Образцы плактона бактерий Р. aeruginosa на ИК-прозрачной кремниевой подложке впервые исследованы методом спектроскопии динамического пропускания в отношении фемтосекундных лазерных импульсов с длиной волны 6 мкм и варьируемой пиковой интенсивностью в диапазоне 3–5·102 ГВт/см2 – с превышением порога ≈ 3 · 102 ГВт/см2 для неразрушающей инактивации данных бактерий. С ростом интенсивности лазерного излучения поочередно наблюдаются выгорание полосы резонансного гармонического поглощения C=O-связи амидной группы белков и нуклеиновых кислот бактерий (волновое число – 1650 см−1), "синий" сдвиг полосы на ≈ 200 см−1, и последующий "красный" ангармонический сдвиг этой полосы на величину до 350-400 см−1. Квантово-механический анализ колебаний близких по структуре молекул в рамках колебательной теории возмущений 2-го порядка показал, что положение полосы C=O-связи при "синем" сдвиге отвечает колебаниям в отсутствие водородных связей, а ее значительный "красный" сдвиг вызван ангармонизмом, который для первого колебательного кванта достигает 30 см−1. На основании этих данных предложен молекулярный механизм сверхбыстрого разрушения вторичной структуры белков и нуклеиновых кислот бактерий Р. aeruginosa под действием фемтосекундных лазерных импульсов с длиной волны 6 мкм через мгновенный разрыв водородной связи на C=O моде при поглощении первого ИК-фотопа и перманентную фиксацию разрыва через высокоуровневое колебательное возбуждение при пороговой интенсивности излучения.

References

  1. T. Toyama, J. Fujioka, K. Watanabe, A. Yoshida, T. Sakuma, K. Inaba, T. Imai, T. Nakajima, K. Tsukiyama, N. Hamada, and F. Yoshino, Sci. Rep. 12(1), 18111 (2022).
  2. V. Kompanets, S. Shelygina, E. Tolordava, S. Kudryashov, I. Saraeva, A. Rupasov, O. Baitsaeva, R. Khmelnitskii, A. Ionin, Yu. Yushina, S. Chekalin, and M. Kovalev, Biomed. Opt. Express 12(10), 6317 (2021).
  3. С.Н. Шелыгина, И.Н. Сараева, Э.Р. Толордава, А.А. Настулявичус, and С.И. Кудряшов, Краткие сообщения по физике Физического института им. П. Н. Лебедева Российской Академии Наук 50(10), 29 (2023).
  4. A. A.Oduola, R. Bowie, S. A. Wilson, Z. MohammadiShad, and G. G. Atungulu, Journal of Food Safety 40(2), e12764 (2020).
  5. J. P. Maity, S. Kar, C. M. Lin, C. Y. Chen, Y. F. Chang, J. S. Jean, and T. R. Kulp, Spectrochimica Acta Part A: Molecular and Biomolecular Spectroscopy 116, 478 (2013).
  6. R. R. Breaker and G. F. Joyce, Chemistry & Biology 21(9), 1059 (2014).
  7. N. F. Goodacre, D. L. Gerloff, and P. Uetz, MBio 5(1), 10 (2014).
  8. C. Kolano, J. Helbing, M. Kozinski, W. Sander, and P. Hamm, Nature 444(7118), 469 (2006).
  9. R. Laenen, C. Rauscher, and A. Laubereau, The Journal of Physical Chemistry A 101(18), 3201 (1997).
  10. В.О.Компанец, С.И. Кудряшов, Э. Р. Толордава, С.Н. Шелыгина, В.В. Соколова, И.Н. Сараева, М.С. Ковалев, А.А. Ионин, С. В. Чекалин, Письма в ЖЭТФ 113(6), 365 (2021).
  11. S. Shelygina, V. Kompanets, E. Tolordava, S. Gonchukov, S. Chekalin, and S. Kudryashov, Laser Phys. Lett. 19(1), 015602 (2021).
  12. K. Tian, M. Xiang, X. Wen et al. (Collaboration), Laser & Photonics Rev. 18(2), 2300421 (2024).
  13. J. Guo, P. Chen, M. Xiang, K. Tian, Z. Wan, L. He, W. Li, X. Peng, Yu. Peng, X. Wen, L. Liu, Q. J. Wang, Y. Leng, and H. Liang, Communications Medicine 5(1), 1 (2025).
  14. V. Barone, J. Bloino, and M. Biczysko, Vibrationally-resolved electronic spectra in GAUSSIAN 09. Revision a 2(1) (2009).
  15. P. J.Singh, A. K. Das, K. K. Gorai, A. Shastri, D. V. Udupa, and B. N. Rajasekhar, Journal of Quantitative Spectroscopy and Radiative Transfer 280, 108092 (2022).
  16. A. Barth, Biochimica et Biophysica Acta (BBA)-Bioenergetics 1767(9), 1073 (2007).
  17. В.С. Летохов, В.П. Чеботаев, Успехи физических наук 113(7), 385 (1974).
  18. Л. Беллами, Новые данные по ИК-спектрам сложных молекул, Мир, М. (1971).
  19. M. L. Cowan, B. D. Bruner, N. Huse, J. R. Dwyer, B. Chugh, E. T. J. Nibbering, T. Elsaesser, R. J. D. Miller, Nature 434(7030), 199 (2005).
  20. И. П. Макарова, Физика твердого тела 57(3), 432 (2015).
  21. А. А. Мельникова, Р. А. Камышинский, А. В. Комова, А. П. Руденко, З. В. Намсараев, Известия Российской академии наук. Серия физическая 85(8), 1070 (2021).
  22. Н. П. Ковалец, И. В. Разумовская, С. А. Бедин, А. В. Наумов, Письма в ЖЭТФ 118(4), 245 (2023).
  23. И. Ю. Еремчев, Д. В. Прокопова, Н. Н. Лосевский, И. Т. Мынжасаров, С. П. Котова, А. В. Наумов, Успехи физических наук 192(6), 663 (2022).
  24. М. Ю. Еремчев, А. В. Наумов, Письма в ЖЭТФ 121(3), 240 (2025).

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download

Copyright (c) 2025 Russian Academy of Sciences

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».