Главная » 2014»Июль»27 » Скачать Исследование фотохимических и фотофизических процессов в растворах полиметиновых красителей в условиях мощного возбуждения. бесплатно
21:31
Скачать Исследование фотохимических и фотофизических процессов в растворах полиметиновых красителей в условиях мощного возбуждения. бесплатно
Исследование фотохимических и фотофизических процессов в растворах полиметиновых красителей в условиях мощного возбуждения
Диссертация
Автор: Калитеевская, Елена Николаевна
Название: Исследование фотохимических и фотофизических процессов в растворах полиметиновых красителей в условиях мощного возбуждения
Справка: Калитеевская, Елена Николаевна. Исследование фотохимических и фотофизических процессов в растворах полиметиновых красителей в условиях мощного возбуждения : диссертация кандидата физико-математических наук : 01.04.05 Ленинград, 1984 197 c. : 61 85-1/250
Объем: 197 стр.
Информация: Ленинград, 1984
Содержание:
Введение
Глава I Методика эксперимента
Используемые вещества
Измерение спектров поглощения растворов
Регистрация спектров флуоресценции и определение 13 квантовых выходов флуоресценции
Метод импульсного фотолиза
Глава II Краткий литературный обзор
I Фотохимия ионных полиметиновых красителей
II Процессы комплексообразования красителей с 27 ДНК
Глава III Влияние комплексообразования на 43 флуоресцентные свойства цианиновых красителей
Глава IV Исследование триплетного состояния 66 полиметиновых красителей методом импульсного фотолиза
Глава V Исследование процессов транс-цис 84 фотоизомеризации полиметиновых красителей и их комплексов с ДНК
Введение:
Фотохимические исследования процессов с участием различных органических молекул и дезоксирибонуклеиновой кислоты являются одной из основных областей современной фотохимии, поскольку ДНК играет жизненно важную роль на планете. Ее молекулы являются основными носителями генетической информации, которая главным образом сохраняется в ядрах клеток в виде нуклеотидной последовательности этих молекул.
Наиболее важной отличительной чертой полимерных цепей ДНК является их способность закручиваться относительно друг друга и принимать форму двойной спирали в растворе (согласно модели Уотсона и Крика). Каждая цепь представляет собой полинуклеотид, то есть набор нуклеотидов, в котором сахар каждого нуклеотида соединен фосфатной группой с сахаром соседнего нуклеотида. В одной цепи на каждый виток спирали приходится 10 нуклеотидов. Важными элементами молекулы ДНК являются основания. Существует два типа входящих в ДНК пуриновых оснований: аденин и гуанин, и два пиримидиновых: тимин и цитозин. Все основания являются плоскими и располагаются друг над другом перпендикулярно к оси двойной спирали. Две полинуклеотидные цепи соединены друг с другом водородными связями, которые возникают между основаниями. При этом аденин всегда образует водородные связи с тимином, а гуанин с цитозином.
К наиболее важным процессам с участием молекул дезоксирибонуклеиновой кислоты следует отнести процессы комплексообразования с радом сложных органических молекул. В частности, такое комплексообразование имеет место в процессе метаболизма известного канцерогена 3,4-бензпирена [1].
К подобному взаимодействию с ДНК склонны также различные типы красителей. Двойная спираль обусловливает особое взаимодействие этих соединений с ДНК и приводит к образованию комплексов с высокими константами комплексообразования (104—107 л моль-1) [2].
В настоящее время активно ведутся исследования, направленные на изучение процессов взаимодействия различных классов красителей с ДНК [3, 4, 5, 6]. Акридиновый оранжевый, метиленовый голубой, бенгальская роза, этидиум бромид, тиазоловый оранжевый являются красителями, которые нашли в настоящее время широкое применение в биохимии и фотобиологии благодаря своей способности образовывать межмолекулярные комплексы с ДНК с энергией порядка 42 кДж моль-1 [2]. Эти комплексы, прежде всего, изучаются in vitro. Однако есть основания полагать, что они также присутствуют в биологических системах, где нуклеиновые кислоты существуют в своих нативных состояниях [2, 7, 8, 9, 10].
Интерес к исследованиям в этой области связан в значительной степени с использованием красителей в качестве флуоресцентных меток для ДНК [11]. Последнее обусловлено тем, что в присутствии ДНК флуоресценция рада красителей значительно возрастает.
Протекание ряда фотохимических реакций в биологических системах сопровождается фотодинамическим эффектом, который используется для терапии раковых опухолей и ряда кожных заболеваний [12]. В большинстве таких процессов принимают участие молекулы реагентов в триплетно-возбужденном состоянии, что предполагает присутствие в организме сенсибилизаторов триплетной энергии, молекулы которых связываются с ДНК. Синтез новых и совершенствование используемых лекарственных препаратов, прогнозирование их фотобиологической активности и выяснение причин побочного токсического действия — все это требует детального изучения физико-химических свойств комплексов органических сенсибилизаторов триплетной энергии с ДНК.
Именно поэтому фундаментальные исследования быстрых фотохимических процессов в этой области представляются актуальными для развития фундаментальных представлений и для практического использования при подборе фотосенсибилизаторов для фотодинамической терапии рака, для систем фотохимического разрушения патогенов крови, а также создания новых фотохромных систем с участием биомакромолекул. Эти проблемы являются одной из главных задач современной фотобиологии и находятся в настоящее время в центре внимания ученых многих стран.
Процессы взаимодействия полиметиновых красителей с ДНК рассматривались в ряде работ [13, 14, 15, 16]. Полиметиновые красители образуют один из обширнейших классов красителей, история исследования которых насчитывает около века [17]. Основным структурным элементом их молекул является полиметиновая цепочка — (СН=СН)П—СН=. Концевыми фрагментами в катионных полиметиновых (цианиновых) красителях являются два атома азота, входящие в состав концевых аминогрупп (в простейших цианинах) или различных гетероциклов (в более сложных красителях). Полиметиновые красители получили широкое распространение благодаря возможности применения в различных областях науки и техники. В частности, в последние десятилетия были открыты новые важные области применения этих соединений в лазерных системах [18, 19], нелинейной оптике [20], в качестве молекулярных зондов [21], в биомедицине [22]. Фотофизические и фотохимические свойства полиметиновых красителей хорошо изучены, некоторые из этих свойств являются уникальными: цианиновые красители, как правило, имеют высокий коэффициент экстинкции благодаря полному ти-электронному сопряжению в полиметиновой цепи и длинноволновый максимум поглощения, положение которого зависит от длины полиметиновой цепи. По сравнению с другими классами красителей времена жизни возбужденного синглетного состояния цианиновых красителей очень малы (порядка десятков и сотен пикосекунд) [23]. Кроме того, они имеют низкий квантовый выход флуоресценции, который в значительной степени зависит от температуры и вязкости. При фотовозбуждении цианиновые красители также способны образовывать фотоизомеры за счет вращения вокруг С=С связей в полиметиновой цепи [24]. Однако, основные закономерности комплексообразования полиметиновых красителей с ДНК остаются неизученными.
Целью диссертационной работы является фотохимическое исследование процессов комплексообразования полиметиновых красителей с молекулами ДНК в водном растворе. Эта задача включает в себя:
1. Изучение влияния ДНК на фотофизические и фотохимические свойства полиметиновых красителей.
2. Выявление основных закономерностей влияния комплексообразования полиметиновых красителей с ДНК на флуоресцентные и триплетные характеристики лигандов.
3. Изучение закономерностей влияния процесса комплексообразования на кинетику реакции тушения триплетных состояний красителей кислородом.
4. Исследование влияния комплексообразования с ДНК на процессы транс-цис фотоизомеризации и обратной термической изомеризации полиметиновых красителей.
Научная новизна.
Проведено комплексное исследование процессов связывания полиметиновых красителей с ДНК. Выявлены основные закономерности процессов комплексообразования. Впервые для ряда тиакарбоцианиновых красителей обнаружен рост квантового выхода триплетного состояния, что делает возможным применение красителей данного типа для фотодинамической терапии раковых опухолей и других заболеваний.
Впервые изучено влияние комплексообразования на кинетику гибели триплетного состояния красителей при тушении молекулярным кислородом.
Флуоресцентным методом определен стехиометрический состав сильно флуоресцирующих комплексов красителей с ДНК, который составил одна молекула красителя на десять пар оснований молекулы ДНК (или на один виток спирали молекулы ДНК), а также получены константы равновесия сильно флуоресцирующих комплексов молекул цианиновых красителей с ДНК.
Разработана методика исследования фотохимических и фотофизических свойств полиметиновых красителей в комплексах с ДНК. Предложенная методика позволяет оценивать полиметиновые красители с точки зрения возможности их использования в качестве флуоресцентных меток для ДНК и агентов для фотодинамической терапии.
Научная и практическая ценность работы.
Установлены основные закономерности взаимодействия полиметиновых красителей с ДНК. Изучены свойства триплетных состояний полиметиновых красителей в комплексе с ДНК. Обнаружено увеличение времени жизни триплетного состояния красителей при комплексообразовании. Изучены процессы тушения триплетных состояний кислородом. Эти исследования дают важные характеристики степени взаимодействия красителя и ДНК.
В отличие от классических соединений, используемых в фотодинамической терапии (метиленовый голубой, фталоцианины), полиметиновые красители могут выступать в качестве агентов целенаправленного действия и стать так называемыми magic bullets, поскольку эти красители демонстрируют рост квантового выхода интеркомбинационной конверсии в триплет только при комплексообразовании с ДНК. Именно поэтому они могут использоваться для целенаправленного повреждения ДНК.
Впервые определен стехиометрический состав сильно флуоресцирующих комплексов полиметиновый краситель — ДНК.
Разработана методика исследования процессов комплексообразования полиметиновых красителей с ДНК. Предложенная методика позволяет осуществлять поиск новых агентов для фотодинамической терапии, а также красителей для использования в качестве флуоресцентных зондов.
Апробация результатов работы.
Основные результаты работы докладывались на 5 Международной конференции по хранению солнечной энергии и прикладной фотохимии (Каир, Египет, 1999), ежегодной конференции "Быстрые реакции в растворе" (Лиссабон, Португалия, 1999), XVIII IUPAC Симпозиуме по фотохимии (Дрезден, Германия, 2000), ежегодной конференции "Быстрые реакции в растворе" (Дарэм, Великобритания, 2000), XX Международной конференции по фотохимии (Москва, Россия, 2001), 1 Международном симпозиуме по несимметричной фотохимии (Осака, Япония, 2001).
Работа выполнена при поддержке Российского Фонда Фундаментальных Исследований (гранты 99-03-32116, 01-0306054).
Публикации.
Результаты работы опубликованы в трех научных статьях в International Journal of Photoenergy, Известия Академии Наук, Серия химическая, Химия Высоких Энергий и тезисах девяти конференций.
На защиту выносятся:
1. Влияние структуры полиметиновых красителей на рост квантовых выходов флуоресценции и триплетного состояния в комплексе с ДНК.
2. Стехиометрический состав сильно флуоресцирующих комплексов полиметиновых красителей с ДНК.
3. Основные закономерности тушения триплетных состояний полиметиновых красителей в комплексах с ДНК молекулярным кислородом.
4. Влияние комплексообразования на процесс транс— цис фотоизомеризации полиметиновых красителей.
