Использования методов молекулярной спектроскопии УФ и видимого диапазона длин волн для оценки структурных изменений в воде

Исследование структурной самоорганизации воды и оценка ее влияния на квантовую эффективность флуоресценции белков, вводимых в физически активируемую воду в низких и ультранизких концентрациях, осуществлялась с использованием высокочувствительной аппаратуры – спектрофлуориметра СМ2203 производства ЗАО «Солар» (Беларусь).

В качестве объекта исследований использовалась осмотическая вода, подвергавшаяся активации, с предварительно введенным в нее белком – глютеном (из семян злаковых растений) в концентрации 10^-4мг/л.

Полученные спектры возбуждения флуоресценции характеризуются максимумами с длиной волны 225нм и широкополосным спектром с максимумом 282нм, имеющим перегибы в области 272нм и 291нм. При этом интенсивность пика 225 нм в 4,4 раза выше интенсивности широкополосной полосы возбуждения с максимумом 282нм. Отмеченные максимумы в спектрах возбуждения могут быть отнесены к органическим соединениям, имеющим в своем составе функциональные группы с неподеленными электронными парами типа тиоловых спиртов и эфиров, амино- и амидосодержащих соединений (λ_в=225нм), непредельных и циклических соединений (λ_в=282нм).

Изучение электронной активности длинноволновой части спектра возбуждения, представленной спектрами возбуждения флуоресценции и эмиссии флуоресценции, указывает на наличие максимума в эмиссионном спектре на λ_фл.=327нм, характерного для триптофановой флуоресценции белков в нативных связанных состояниях [49]. Отсутствие в таких случаях эмиссионной линии на λ_фл.=353нм, характерной для триптофановой флуоресценции развернутой формы белка, лишь подтверждает данный вывод. Высокая интенсивность флуоресценции нативного белка на линии возбуждения λ_в=280нм и ее малая интенсивность при возбуждении (λ_в=300нм) (рисунок 6) указывают на незначительный вклад тирозиновых остатков в суммарную активность нативного белка, что характерно для связанных состояний тирозина. Небольшие сдвиги длин волн флуоресценции в коротковолновую и длинноволновую области (дополнительные пики в спектре эмиссии) согласуются с выводами авторов [75] о спектральных особенностях флуоресценции триптофановых остатков от их микроокружения.

Возбуждение флуоресценции на длине волны λ_фл.=288нм, вероятно, может быть отнесено к эмиссионным линиям сульфидных или аминогрупп, входящих в состав белков. Характерной особенностью флуоресценции данных групп является их невысокий квантовый выход, что следует из сравнения высокой интенсивностей их возбуждения на λ_в=225нм и слабой эмиссии при λ_фл.=288нм по сравнению с линиями триптофановых остатков, имеющих высокий квантовый выход флуоресценции. Возбуждение эмиссии на длинах волн триптофановой флуоресценции λ_фл.=327…330нм при облучении образцов в жестком УФ – диапазоне λ_в=220нм связано с внутримолекулярным переносом возбуждения от сульфогидрильных и амино- групп к циклическим структурам индола триптофана. В отсутствие внутримолекулярного сопряжения данных групп подобные процессы переноса энергии возбуждения невозможны.

Исследование статистических параметров рассеяния и флуоресценции образцов осмотической воды (таблица), включая интенсивность рассеяния на длинах волн возбуждения и комбинационного рассеяния воды, служащего внутренним эталоном для оценки изменений квантовой эффективности флуоресцирующих центров белков в воде, указывает на наличие отличительных особенностей квантовой эффективности флуоресценции триптофановых групп в электрически активных водных растворах. Так, в образцах №1 и 2 (электромагнитно активированная вода с более высоким содержанием фазы ассоциированной воды (структурированность)), интенсивность флуоресценции в 2 раза выше по сравнению с контролем. При этом отмечается повышенная вариабельность как интенсивности флуоресценции, так и интенсивности рассеяния. Подобное поведение исследуемой системы является следствием зависимости интенсивности флуоресценции от параметров структурированности воды, зависящих от ее электронного насыщения (достоверность линейной аппроксимации q=f(I₃₂₇/I_кр) R²=0,88).

Таблица – Параметры флуоресценции, светорассеяния Ми и комбинационного рассеяния образцов осмотической воды с микроколичеством растворенного белка глютена

Примечание: Образцы 1, 2 – активация в электромагнитном поле, 3 – образец, находившийся в процессе облучения рядом с активируемой средой (электрон – дефицитное состояние воды по отношению контроля).

I₃₂₇ – интенсивность испускания в максимуме; I_РР – интенсивность линии релеевского рассеяния; I_КР – интенсивность линии комбинационного рассеяния

В то же время, для образца №3 с минимальными значениями структурированности, интенсивность флуоресценции в 2,5 раза ниже по сравнению с контролем.

Таким образом, белки, пептиды и аминокислоты являются активными участниками процессов структуризации воды при воздействии на нее внешних физических факторов, в том числе способны выполнять функции «стабилизации» ее ассоциированной фазы, а изменения квантового выхода флуоресценции триптофана в воде в зависимости от параметров ее структурированности служить подтверждающим показателем эффективности индукционных эффектов в полипептидных цепях, определяющих наряду с другими факторами клеточный метаболизм.

Для подтверждения данных выводов на организмах предлагается прямой эксперимент по оценке влияния электрон – донорных и электрон – акцепторных водных сред на показатели физиологической активности микроорганизмов.