2014-02-24
578
Селекция мод лазерного излучения.
Поглощение и излучение света длятся пикосекунды, поэтому удается изучить состояние молекулы, в котором она может пребывать не более наносекунд. На рис. 35.1 представлена энергетическая структура белковой молекулы. Наблюдаются основное (Е) и возбужденное (Е*) состояния.
Важно, что межъядерное расстояние выступает как параметр, определяющий энергию кулоновского взаимодействия: ЕП(R). По принципу Франка-Кондона внутри каждого из состояний (Е) и (Е*) можно выделить различные промежуточные стояния, например Е1* и Е2*, которые различаются уровнями потенциального взаимодействия. Соответствующие квантовые подуровни показаны на рисунке состояниями Е1* и Е2*.
Электронные уровни основного (Е) и возбужденного (Е*) состояний молекулы.
При поглощении кванта, за время порядка 10-15 секунды, происходит переход электрона в состояние Е1*, показанный стрелкой 1. За время порядка 10-8 секунды ядра переходят в другое состояние, что соответствует изменению энергии электронов до Е2*.
|
|
|
Из состояния Е2* электрон возвращается в исходное состояние S с излучением кванта света, частота которого
νл=∆Е/h=(Е2*–Е)/h,
отличается от частоты поглощенного кванта, равной
ν0=∆Е/h = (Е1* – Е)/h
на величину
∆ν0 = (Е1* – Е2*) / h = ∆Е* / h.
Этот параметр, измеряемый лазерными методами, служит сигналом о состоянии молекулы.
Очевидно, что время релаксации электрических свойств определяется состоянием среды. Время релаксации фонового заряда окружения молекулы зависит от удельного электрического сопротивления среды:
,
где σ - удельная проводимость. Квантово-механические исследования позволили сформулировать уравнение, связывающее длину волны люминесценции белков с состоянием молекул:
,
где λ – длина волны люминесцентного свечения;
λ∞ - длина волны люминесценции при τ*>> τР;
λ0 - длина волны люминесценции при τ*<< τР;
τ*- время жизни возбужденного состояния;
τР - время дипольной релаксации фонового заряда окружения молекулы.
Изменение релаксационных свойств среды, например при изменении температуры, влияет на соотношение τ* и τР, следовательно, на длину волны излучения. По спектру флуоресценции определяется состояние белковых молекул, например, подвижность белков. В качестве примера ниже приводится характеристика спектра флуоресценции белка нейротоксина от температуры.
