Микроскопический механизм денатурации белков и нуклеиновых кислот бактерий P. aeruginosa при резонансном поглощении фемтосекундных лазерных импульсов с длиной волны 6 мкм
С. И. Кудряшов+, С. Н. Шелыгина+ 1), В. О. Компанец*, С. В. Чекалин*, И. М. Ефремов×°, А. В. Столяров×, Э. Р. Толордава+
+Физический институт им. П. Н. Лебедева РАН, 119991 Москва, Россия
*Институт спектроскопии РАН, 108840 Троицк, Москва, Россия
×Химический факультет МГУ имени М. В. Ломоносова, 119991 Москва, Россия
°Институт биохимической физики им. Н. М. Эмануэля РАН, 119334 Москва, Россия
Abstract
Образцы плактона бактерий P. aerugionosa 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
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 P. aerugionosa под
действием фемтосекундных лазерных импульсов с длиной волны 6 мкм через мгновенный
разрыв водородной связи на C=O моде при поглощении первого ИК-фотона и
перманентную фиксацию разрыва через высокоуровневое колебательное возбуждение при
пороговой интенсивности излучения.