Инфракрасные колебательные спектры фитовирусов и их молекулярных компонентов

Исследованы спектры ИК-поглощения белков, РНК и вирионов спирального (вирус табачной мозаики) и сферического (вирус крапчатости гвоздики) типов симметрии. Обнаружено, что характеристики спектров, такие как общее число полос, их группировка в частотные интервалы, наличие характерных по интенсивности,...

Повний опис

Збережено в:

Бібліографічні деталі
Дата:	1991
Автор:	Литвинов, Г.С.
Формат:	Стаття
Мова:	Russian
Опубліковано:	Інститут молекулярної біології і генетики НАН України 1991
Назва видання:	Биополимеры и клетка
Теми:	Структура и функции биополимеров
Онлайн доступ:	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/155899
Теги:	Додати тег Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
Назва журналу:	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Цитувати:	Инфракрасные колебательные спектры фитовирусов и их молекулярных компонентов / Г.С. Литвинов // Биополимеры и клетка. — 1991. — Т. 7, № 6. — С. 32-47. — Бібліогр.: 21 назв. — рос.

Репозитарії

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

id	irk-123456789-155899
record_format	dspace
spelling	irk-123456789-1558992019-06-18T01:30:24Z Инфракрасные колебательные спектры фитовирусов и их молекулярных компонентов Литвинов, Г.С. Структура и функции биополимеров Исследованы спектры ИК-поглощения белков, РНК и вирионов спирального (вирус табачной мозаики) и сферического (вирус крапчатости гвоздики) типов симметрии. Обнаружено, что характеристики спектров, такие как общее число полос, их группировка в частотные интервалы, наличие характерных по интенсивности, полуширине и частоте полос (амид А, амид В, амид 1, амид 2, фосфат 1 фосфат 2 и др.), весьма близки как для целостных вирусных нуклеопротеидов, так и для их биохимических компонентов. Наряду с этим наблюдаются и достоверные различия, по которым возможно дифференцировать между собой и вирионы, и входящие в них биополимеры. Досліджено спектри ІЧ-поглинання білків, PHK і віріонів спірального (вірус тютюнової мозаїки) та сферичного (вірус крапчатості гвоздики) типів симетрії. Виявлено, що характеристики спектрів, такі як загальне число смуг, їх групування у частотні інтервали, наявність характерних по інтенсивності, напівширині та частоті смуг (амід А, амід В, амід 1, амід 2, фосфат 1, фосфат 2 та ін.), досить близькі як для суцільних вірусних нуклеопротеїдів, так і для їх біохімічних компонентів. Поряд з цим спостерігаються і вірогідні розходження, по яких можливо диференціювати між собою і віріони, і біополімери, що містяться в них. Відзначено зміни у параметрах смуг досліджених спектрів при змінах вологості та їх незмінність при зниженні температури від 310 до 80 К. IR absorption spectra of proteins, ribonucleic acids and virions of spiral (tobacco mosaic virus) and spheric (carnation mottle virus) types were investigated. Such spectral parameters as total number of bands, their frequency grouping, intensity, half width and frequency characteristics of Amide A, Amide B, Amide 1, Amide 2, Phosphate 1, Phosphate 2 etc. are close enough both for the whole viral nucleoproteins and for their biochemical components. Together with this, convincing differences are observed. Thus, it is possible to differentiate virions- and their constituent biopolymers after their IR spectra. Changes in parameters of the investigated spectra with humidity were found, as well as the stability with temperature decrease to 80 K. 1991 Article Инфракрасные колебательные спектры фитовирусов и их молекулярных компонентов / Г.С. Литвинов // Биополимеры и клетка. — 1991. — Т. 7, № 6. — С. 32-47. — Бібліогр.: 21 назв. — рос. 0233-7657 DOI: http://dx.doi.org/10.7124/bc.0002FD http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/155899 577.3:535.338.41 ru Биополимеры и клетка Інститут молекулярної біології і генетики НАН України
institution	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection	DSpace DC
language	Russian
topic	Структура и функции биополимеров Структура и функции биополимеров
spellingShingle	Структура и функции биополимеров Структура и функции биополимеров Литвинов, Г.С. Инфракрасные колебательные спектры фитовирусов и их молекулярных компонентов Биополимеры и клетка
description	Исследованы спектры ИК-поглощения белков, РНК и вирионов спирального (вирус табачной мозаики) и сферического (вирус крапчатости гвоздики) типов симметрии. Обнаружено, что характеристики спектров, такие как общее число полос, их группировка в частотные интервалы, наличие характерных по интенсивности, полуширине и частоте полос (амид А, амид В, амид 1, амид 2, фосфат 1 фосфат 2 и др.), весьма близки как для целостных вирусных нуклеопротеидов, так и для их биохимических компонентов. Наряду с этим наблюдаются и достоверные различия, по которым возможно дифференцировать между собой и вирионы, и входящие в них биополимеры.
format	Article
author	Литвинов, Г.С.
author_facet	Литвинов, Г.С.
author_sort	Литвинов, Г.С.
title	Инфракрасные колебательные спектры фитовирусов и их молекулярных компонентов
title_short	Инфракрасные колебательные спектры фитовирусов и их молекулярных компонентов
title_full	Инфракрасные колебательные спектры фитовирусов и их молекулярных компонентов
title_fullStr	Инфракрасные колебательные спектры фитовирусов и их молекулярных компонентов
title_full_unstemmed	Инфракрасные колебательные спектры фитовирусов и их молекулярных компонентов
title_sort	инфракрасные колебательные спектры фитовирусов и их молекулярных компонентов
publisher	Інститут молекулярної біології і генетики НАН України
publishDate	1991
topic_facet	Структура и функции биополимеров
url	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/155899
citation_txt	Инфракрасные колебательные спектры фитовирусов и их молекулярных компонентов / Г.С. Литвинов // Биополимеры и клетка. — 1991. — Т. 7, № 6. — С. 32-47. — Бібліогр.: 21 назв. — рос.
series	Биополимеры и клетка
work_keys_str_mv	AT litvinovgs infrakrasnyekolebatelʹnyespektryfitovirusoviihmolekulârnyhkomponentov
first_indexed	2025-07-14T08:06:54Z
last_indexed	2025-07-14T08:06:54Z
_version_	1837608904263991296
fulltext	тонкослойной хроматографии и масс-спектрометрии / Т. JI. Пятигорская, О. Ю. Жил- кова, В. С. Шелковский и д р . / / Т а м же.— 1985.—29, N 10.—С. 1235—1241. 38. Hydrolysis of 1,1,1 -phosphinothioylidinetriazidine (Thiotepa) in aqueous so lu t ion/ T L Pyatigorskaya, 0 . Yu. Zhilkova, V. S. Shelkovsky et a l . / /B iomed . Environ. Mass S p e c t r - 1 9 8 7 - 14, N 4 , - P . 143-148. 39. Суходуб JI. Φ. Применение мягкоионизационной масс-спектрометрИИ ΰ ОИОХИМШІ, / Укр. биохим. ж у р и , — 1989 .—61, № 4 . — С . 16—30. 40 Mellet L. В., Wood L. A. The comparative physiological disposition of the thioTEPA and TEPA in the d o g / / C a n c e r Res.— I960.—20, N 4,—P. 524—532. 41. Effects of pH and temperature on the stability and decomposition of Ν,Ν,Ν-triethy- lenthiophosphoramide in urine and b u f f e r / В . E. Cohen, M. J. Egorin, M. S. B. Nayar, P. L. Guttierrez / / Ibid.— 1984.— 44, N 5.—P. 4312—4316. 42. Косевич Μ. В. Молекулярный анализ лекарственных препаратов и продуктов их взаимодействия с ДНК и ее компонентами по данным мягкоионизационной масс- спектрометрии : Дис.... канд. физ.-мат. наук.— Харьков, 1989.— 180 с. 43. Прямое наблюдение аддуктов азотистых оснований с тио-ТЭФ с помощью мягкоио- низационной масс-спектрометрии / Л. Ф. Суходуб, М. В. Косевич, В. С. Шелковский и др. / / Биофизика.— 1990„— 35, № 4.— С. 549—551. 44. Химиотерапия злокачественных опухолей / Под ред. Η. Н. Блохина.— М. : Медици- на, 1977.—320 с. 45. Росс У. Биологические алкилирующие вещества.— М. : Медицина, 1964.— 240 с. 46. Масс-спектрометрическое исследование взаимодействия тиофосфамида с основания- ми нуклеиновых кислот / JI. Ф. Суходуб, В. С. Шелковский, М. В. Косевич и др. / / Докл. АН СССР.— 1985.—283, JVb 3.—С. 714—716. 47. Nucleic acid base complexes with thioTEPA as revealed by field ionization mass spect- rometry / L. F. Sukhodub, V. S. Shelkovsky, Μ. V. Kosevich et a l . / /B iomed . Environ. Mass Spectr.— 1986,— 13, N 4.—P. 167—170. 48. Дубинин Η. П., Сапрыкина E. Г. Цепная реакция при химическом мутагенезе / / Докл. АН СССР.— 1964.— 158, № 4.—С. 956—959. 49. Сидоров Б. H., Соколов Н. H., Андреев В. С. Высокоактивные вторичные алкили- рующие мутагены / / Генетика.— 1966 —2, № 4.—С. 269—278. 50. Harrap К. R-, Gascoigne Е. W. The interaction of bifunctional alkylating agents with the DNA of tumor c e l l s / / E u r . J. Cancer.— 1976.—28.—P. 269—278. 51. Направления алкилирования дезоксигуанина и дезоксигуаниловой кислоты тио- Т Э Ф о м / А . М. Серебряный, Г. В. Андриевский, А. П. Беккер и др . / /Биоорг . хи- мия.— 1986.— 12, № 4.— С. 499—506. 52. Строение продуктов модификации нуклеотидов и ДНК этиленимином и тио-ТЭФом / А. М. Серебряный, Г. В. Андриевский, А. Р. Беккер и д р . / / Т а м же.— 1987.— 13, No 6,— С. 787—792. 53. Singer В. The chemical effects of nucleic acid alkylation and their relation to muta- genesis and carc inogenesis / /Progr . NucL Acids Res. and MoL Biol.— 1975.— 15.— P. 219—284. 54. Волощук T. П., Пацковский Ю. В., Потопальский А. И. Алкилирование компонентов нуклеиновых кислот производными этиленимина. 1. Алкилирование оснований / / Биоорг. химия.— 1990.— 16, № 7.— С. 987—989. 55. Пацковский Ю. В., Волощук Т. П., Потопальский А. И. Некоторые особенности реакции полинуклеотидов с тиофосфамидом / / Биополимеры и клетка.— 1989.— 5, № 5.— С. 64—70. Отд-ние прикл. физики ин-та металлофизики АН УССР, Получено 30.04.91 Сумы УДК 577.3:535.338.41 Г. С. Литвинов ИНФРАКРАСНЫЕ КОЛЕБАТЕЛЬНЫЕ СПЕКТРЫ ФИТОВИРУСОВ И ИХ МОЛЕКУЛЯРНЫХ КОМПОНЕНТОВ Исследованы спектры ИК-поглощения белков, РНК и вирионов спирального (вирус табачной мозаики) и сферического (вирус крапчатости гвоздики) типов симметрии. Об- наружено, что характеристики спектров, такие как общее число полос, их группиров- ка в частотные интервалы, наличие характерных по интенсивности, полуширине и часто- те полос (амид А, амид В, амид 1, амид 2, фосфат 1 фосфат 2 и др.), весьма близки как для целостных вирусных нуклеопротеидов, так и для их биохимических компонен- тов. Наряду с этим наблюдаются и достоверные различия, по которым возможно диф- ференцировать между собой и вирионы, и входящие в них биополимеры. © Г. С. ЛИТВИНОВ, 1991 32 ISSN 0233-7657. БИОПОЛИМЕРЫ И КЛЕТКА. 1991. Т. 7. JVb G- Введение. Спектральные исследования широко и успешно применяются в современной физико-химии в целях установления фундаментальных закономерностей взаимодействия вещества с электромагнитным излу- чением, определения структуры атомов и молекул, идентификации веществ и анализа чистоты препаратов. Для молекулярной биологии нынешний этап проникновения спектроскопических подходов и методов .характеризуется тем, что наряду с интенсивным использованием ульт- рафиолетовой спектрофотометрии, где наблюдаются оптические Π—Π - переходы валентных электронов биологических макромолекул, все шире исследуются колебательные спектры, несущие уникальную информацию о физико-химическом строении и энергетической структуре вещества. Причем в отличие от УФ-спектров, где обычно в доступной для изучения области регистрируется одна и, как правило, бесструктурная широкая полоса поглощения (или люминесценции), колебательные спектры биологических объектов насчитывают до ста и более компонентов. Это существенно расширяет аналитические возможности спектроскопии для решения проблем физико-химической биологии. Следует, однако, при- знать, что, несмотря на большие достижения колебательной спектро- скопии в изучении неорганических и простейших органических, преиму- щественно углеводородных соединений, ее потенциальные возможности для молекулярной биологии используются недостаточно активно. Прежде всего изложенное справедливо по отношению к молекулярной вирусологии, результаты которой традиционно являются составляющей фундаментальных исследований молекулярной биологии и генетики, определяющих, в свою очередь, прогресс биотехнологии и биохимиче- ской инженерии. В частности, в то время как известны значительные достижения в спектроскопии комбинационного рассеяния (KP) [1] и инфракрасного поглощения (ИКП) [2, 3] низкомолекулярных био- молекул и биополимеров, имеется совсем немного работ [4—7] по колебательной спектроскопии вирусов, простейших автономно суще- ствующих и эволюционирующих комплексов важнейших функциональ- ных биополимеров — белка и нуклеиновой кислоты. В связи с этим нами были проведены систематические исследова- ния спектров ИКП вирусов табачной мозаики (BTM) и крапчатости гвоздики (ВКГ). Эти фитовирусы, несмотря на один и тот же физико- химический тип генома — небольшая, в несколько мегадальтон, одно- цепочечная РНК с близким для обоих вирусов процентным составом нуклеотидов,— кардинально различаются симметрией белкового капси- да. BTM — классический представитель ротационно-трансляционной (спиральной), а ВКГ — икосаэдрической (кубической) симметрии. Kan- сиды построены из относительно низкомолекулярных (молекулярная масса — десятки килодальтон) белковых молекул одной физико-хими- ческой структуры для каждого из вирусов. Следует, однако, иметь в виду, что при биологической и биохимической простоте целостные вирионы с позиций колебательной спектроскопии чрезвычайно сложны: молекулы белков насчитывают несколько тысяч, а молекулы РНК — несколько сот тысяч атом-атомных ковалентных связей, что означает наличие громадного числа колебательных степеней свободы. Поэтому наряду с вирионами необходимо было исследовать их молекулярные компоненты — белки и РНК, полученные методами мягкого, неразру- шающего разделения. Правомерность такого подхода отвечает концеп- ции интегратизма [8] и с биологической точки зрения подтверждается сохранением функций компонентов, что демонстрируется в опытах по самосборке вирусов и по сохранению инфекционности депротеинизиро- ванной РНК [9]". Материалы и методы. Накопление BTM (дикий штамм) и ВКГ производилось на растениях Nicoiiana debnei и Dianthus caryophyllus в лабораторных условиях. BTM выделяли по методике, описанной в [10], ВКГ — в [11]. Для очистки применяли дифференциальное цент- рифугирование, центрифугирование в градиентах концентрации саха- розы и CsCl с последующим диализом против бидистиллята H2O. Ви- ; SSN 0233-7057. Б И О П О Л И М Е Р Ы И КЛЕТКА. 1991. Т. 7. № б 3 —1-610 33 рионы разделяли методом [12] щелочной депротеинизации для BTM и по методике с использованием осмотического шока для ВКГ [13]. Р Н К в обоих случаях осаждали этанолом и низкоскоростным центри- фугированием. Препараты фракций белка и Р Н К очищали диализом против бидистиллята H2O. Чистоту и гомогенность препаратов контро- лировали с помощью электронной микроскопии, люминесцентной и абсорбционной УФ-спектрофотометрии. Высокоочищенные концентрированные суспензии вирусов и их биохимических компонентов наносили на поверхность подложек из- 3600 3400 3200 3000 1800 1400 1000 800 600+-V,Cr' Рис. 1. Спектры ИК-поглощения белков BTM (а) и ВКГ (б) Рис. 2. Спектры ИК-поглощения РНК BTM (а) и ВКГ (б) 3600 3400 3200 3000 1800 1400 1000 800 600 400 —M1CKT1 Рис. 3. Спектры ИК-поглощения нуклеопротеидов BTM (а) и ВКГ (б) прозрачных в ИК-Диапазоне материалов (KPS-5, вьтсокоомный крем- ний, германий, CaF 2 ) . Высушивание производили в термостате при 30 °С или под вакуумом. Для низкотемпературных исследований приме- няли специальный термостат с окнами из KPS-5. Спектры ИКП иссле- довали на спектрометрах в условиях, позволявших регистрировать волновые числа полос с точностью ± 2 см - 1 , относительную интенсив- ность полос — ± 3 %, наблюдаемую полуширину и расщепления при аппаратной функции 1 см - 1 . Результаты исследований усредняли в 5—7 повторах. Результаты и обсуждение. Типичные спектрограммы изученных вирусов и их молекулярных компонентов приведены на рис. 1—3, а в табл. 1—3 содержатся усредненные результаты обработки спектров. С п е к т р ы б е л к о в . Из полученных спектрограмм и таблиц частот следует, что спектры белков BTM и ВКГ весьма сходны. Так, для них типичным является наличие четырех областей, где имеют место 34 ISSN 0233-7657. БИОПОЛИМЕРЫ И КЛЕТКА. 1991. Т. 7. JVb G- Т а б л и ц а 1 Параметры полос ИКП ігелковг-вируса- табачной мозаики и вируса крапчатости гвоздики BTM в кг VHCT' CM-1 /. % A V H C T , C M 1 v H C T ' C M " " 1 I, % A V H C T , C M - 1 Отнесение 415 — — 415 — 425 — — 426 — • 457 460 520 — — 510 — — — — 560 39 — — — 600 42 615 42,4 2( — — — — — 630 — — — — 640 — — — — 653 — 705 45,4 15 696 40 750 27,2 15 — — 830 — — — 920 — 945 12,1 51 — — 970 — — 970 — — — — 1047 9,0 1072 21,2 — 1080 12 ИЗО 19,3 — 1120 13 1160 7,2 — 1160 И 1170 7,2 — — — 1240 18,2 35 1238 21 1300 — — 1300 18 1320 12,1 1315 18,1 1345 12,1 — 1345 18,1 1390 — — 1380 35,0 1408 24,3 36 1400 1425 — — — — 1450 — — 1440 — 1440 — — — . — 1470 24,3 36 1440 22,0 1480 — — 1492 — 1500 — — 1502 — 1510 — — 1510 — 1520 — — — 1532 — 1540 100 54 1540 100 1575 — — — — 1590 — — — — — — — 1608 — — — — 1620 — 1632 — — 1632 — — — — 1638 — 1650 166,7 74 1652 175 — — — 1662 — 1670 — — 1670 — 1690 — . — 1690 — 1705 — — 1700 — — — — 1720 — 2800 — — 2800 18,< 2840 — — — — 2860 2860 2880 — — 2880 — — — 2920 — 2930 21 47 2935 37 2965 18 48 2965 — — — — 2986 — 3000 — — — — 3055 12 — 3060 55 3070 — — — — Скелетные неплоские деформационные колеба- ния, в том числе (N—C = O) 100 Амид 5, амид б — Амид 4, Ν—Н, C = O — Неплоские изгибающиеся колебания белка 100 Либрационное колебание ОН в кристаллизаци- онной H2O — С—Н-неплоское деформационное качание, амид 5 — С—С-валентное колебание — С—СНз-валентное колебание — С—О-валентное колебание — C - C H 2 — CH2—СО-валентное — СН2-качание 56 Валентное С—С02~, амид 3 — СН-валентное плоское+Н-плоское изгибающе- еся колебание ~ СН2-изгибающееся колебание — СН2-симметричное деформационное колебание (изгиб) 34 СН2-изгибающееся колебание — С02~-симметричное валентное (Глу, Асп) — СН2-асимметричное колебание СНз-асимметричное деформационное изгибаю- 24 щееся колебание — CO2 валентное колебание — Амид 2 — Амид 2 — NH-изгибающееся деформационное 54 Плоское С—N-валентное — С—О-асимметричное валентное — Амид 1 73 C = О-валентное — СООН, Глу, Acn асимметричное валентное — СН2-асимметричное валентное плоское колеба- ние — — СН2-симметричное валентное — СН2-асимметричное валентное неплоское — СНз-асимметричное валентное — C = C-Η-валентное (RCH-CH 2 ) 48 Амид В — 2Хамид 2 (Ферми-резонанса) ; SSN 0233-7057. БИОПОЛИМЕРЫ И КЛЕТКА. 1991. Т. 7. № б 3 —1-610 35 Продолжение табл. 3 BTM В КГ v H C T ' с м ~ 1 /. % Δ ν Η Ο Τ . см 1 v H C T ' с м ~ 1 /. % A V H C T , см—1 Отнесение — — — 3160 — — — 3200 54,6 — 3200 74,0 — — 3280 84,8 — 3290 IOb 32 ЫН3-валентное 3300 — — 3310 100 — Амид A (N—Η-валентное симметричное и асимметричное) 3365 36,3 — — — — N—Н-валентное 3450 24,3 — 3450 50,0 — О—Η-валентное колебание кристаллизацион- ной H2O П р и м е ч а н и е . Vhct — истинная частота колебания; / — поглощение; Δν — полуши- рина полосы. Т а б л и ц а 2 Параметры полос ИКП РНК вируса табачной мозаики и вируса крапчатости гвоздики BTM ВКГ v H C T ' с м - 1 /. % A V H C T , см * v H C T » C M - 1 /. % Avhcx, C M - 1 Отнесение 430 — — 428 454 3,8 10 — — — — 470 485 18,1 12 — 24,7 10 520 546 28,5 85 547 — — — 570 — — — 600 615 28,5 20 — 632 36,3 25 627 647 28,5 25 642 — — — 650 690 — — 690 725 730 5,1 15 730 765 5,1 35 762 — — — 777 782 13,0 8,0 782 795 — — 798 800 10,4 26 — 810 — — 810 820 11,7 14 820 — — — 862 870 14,3 10 870 885 10,4 20 880 910 — — 912 916 10,4 10 920 930 10,4 — — 962 18,1 — 962 975 — — 982 1000 15,6 10 1000 1025 — — 1015 1047 — — 1048 • — — 1062 1070 — — 1078 1090 100 45 1088 1105 90,2 55 1108 1115 — — 1120 — 1130 — 1140 — — — 1150 1178 29,9 25 1175 1212 29,9 — 1210 1220 — . — 1220 1230 — — — 1242 46,8 68 1248 1250 — — — N—Η-деформационное неплоское колебание оснований 31 75 40 20 28 25 30 15 Вибрационное колебание О—H в кристалли- зационной H2O 14 С—Η-деформационное колебание оснований — О—P—О-симметричное валентное, фосфат 4 — N—Н-неплоское колебание оснований 16 53 О—P—О-асимметричное валентное колебание — — Фосфат б+симметричное валентное 16 35 — — — С—C = O рибозы — — С—С-валентное колебание оснований и рибо- 15 16 зо-фосфатное деформационное колебание — — ( p t _ 0 — P и Р—ОН, С—О-валентное и — — P—О—С-валентное 75 — С—О-валентное колебание рибозы 100 — Симметричное валентное колебание O - P — О 104 — Симметричное валентное колебание P—О—С _ _ C H 2 - C O — — CH2 — — P = O валентное при водородной связи 62 60 Асимметричное валентное P-—О—P—О - 36 ISSN 0233-7657. БИОПОЛИМЕРЫ И КЛЕТКА. 1991. Т. 7. № 6 Продолжение табл. 2 BTM в кг VHCT» A V H C T , vHCT' AVHCT, Отнесение CM-1 /. % CM-1 CM"1 / » % см 1 1260 1270 _ 1290 — — 1290 — — P—О-валентное, фосфор+цитозин 1305 — — — — — — 1340 3,8 15 1330 14 — — — — 1350 — — — — — — 1360 — — Смешанные колебания оснований 1380 13 20 1380 — — — 1402 7,8 20 1397 40 54 — 1410 — — — — — — 1420 8,5 19 1420 — — — — — — 1428 — — — 1468 11 6 — — — — 1480 11,7 8 1485 — — С = С-колебания оснований 1495 11,7 16 1495 — — — 1530 9,1 — 1530 25 24 C = N, C = C (пиримидиновые колебания) 1540 9,1 18 — — — — — — — 1570 1 ^77 — — — 1595 26 15 10/ / , 1612 38,9 46 1603 11 74 С = Ы-валентное, Н2-деформационное колеба- ние аденина — — — 1620 — — — 1633 — — — — — Плоские C = O, C = C урацила и цитозина 1645 — — — — — NH2 гуанина 1652 — — 1652 105 44 C = O, C = C урацила 1665 70,1 56 1662 — — — 1680 — — — — — NH плоское деформационное колебание ура- цила, NH2 1690 65 56 1687 85 53 C = О-валентное, NH2 1703 — — 1700 — — — — — — 1710 — — C = О-валентное урацила, цитозина 1730 9,8 6 — — — C = О-валентное эфиров 2800 — — 2800 — — СН2-симметричное валентное — — — 2820 — — — 2870 5,0 50 — — — — 2920 5,0 — 2920 20 СН2-асимметричное валентное 2960 6,5 46 2960 24 — 2980 4 — 2980 32 — С—СН2-асимметричкое валентное, С—H — — — 3140 — — — 3200 51,9 45 3200 62 — N—Η-валентное симметричное и асимметрич- ное аденина, гуанина, цитозина 3360 64,9 350 3350 75 400 — 3450 58,4 — 3450 62 — О—Η-валентное кристаллизационной H2O 3600 32,5 — — — — Т а б л и ц а 3 Параметры полос ИКП рыбонуклеопротеидов вируса табачной мозаики и вируса крапчатости гвоздики BTM в кг V H C T * τ о/ A V h c t , v H C T f г 0/ A V h c t , Отнесение CM-1 /» /о C M - 1 C M - 1 / ' /О C M - 1 415 17,5 12 415 _ Скелетные неплоские деформационные колеба- ния пептидной связи 427 — — 425 — — 455 30,5 20,0 460 — N—Н, С = 0-неплоские изгибающиеся колеба- ния белка 480 32,5 30 — — — — — 505 16 — — 525 75 75 — — — — 548 — 75 552 32 100 N—Н-неплоские деформационные колебания оснований РНК — — — 580 — — 615 82,5 80 600 37 — Амид 4, 5, 6 632 — — 627 53 — Фосфат 6 ISSN 0233-7657. БИОПОЛИМЕРЫ И КЛЕТКА. 1991. Т. 7. Ns 6 37 Продолжение табл. 3 BTM в к г , ! . і vHCT' CM - 1 / . % Δ ν Η ς τ , CM - 1 vHCT' CM - 1 /. % AVHCT· CM 1 Отнесение 645 84,5 100 645 — — — ' 657 700 70 6 700 723 730 — • . — 730 750 42,5 11 765 __ 760 — 777 782 25 6 780 795 — — — 800 10 — 798 810 — — 810 820і 7,5 — - 820 830 — — — 860 — — 860 870 7,0 30 870 885 5 16 880 910 — 912 918 _ 920 930 — - — — 945 22,5 25 — 962 — 962 968 — — — 975 20 26 972 — — — 982 1000 18 20 998 1022 — 1020 — — — 1032 1043 — — 1040 — — 1050 1067 — — 1062 — — — 1080 1086 90 90 1088 1105 100 — 1100 1115 75 — 1122 1130 70 — 1135 — — — 1140 1160 — — 1150 1178 — 1177 1210 — — 1210 1222 — — 1220 1225 50 26 — — — — 1240 1242 80 55 1242 1250 — — — 1270 60 25 1265 1300 — 20 1300 1320 65 45 1320 — — — 1330 1345 — — 1340 — — — 1360 1370 — — 1380 1390 — — 1392 1402 — — 1402 1408 55 35 — 1420 30 20 1420 1428 1440 25 20 1440 1450 50 — 1460 1470 45 36 — 1480 — — 1486 1495 — — 1502 1510 — — 1512 1520 30 100 Либрацжшные колебания кристаллизациойной H2O — — G—Н-неплоское качание в белке — — О—P—О-симметричные валентные колебания РНК — — Амид 5, фосфат 5 — О—P—О-асимметричное валентное — Фосфат 4 — С—С—О-симметричное валентное рибозы — Рибозо-фосфатные, скелетно-цепочечные 12 16 14 20 12 15 С—С-валентное, О—CH, Ρ—О—Ρ, Р—ОН, С—О-валентное, P^—О—С-валентное Фосфат 3 С—О-валентное колебание рибозы О—P—О-симметричное валентное О—P—О—С-симметричное Фосфат 2 100 106 85 — — — P = О-валентное — 40 55 — 40 55 О—P—О-асимметричное валентное (фосфат 1) — Смешанное колебание оснований РНК — Валентное С—CO 2 - N—Н-дсформационное (амид 3) 45 34 — — Смешанное колебание оснований РНК; CO2- валентное симметричное, CH2, СНз-асиммет- ричное деформационное белка 14 24 — — — С = С-колебания оснований - 3 8 ISSN 0233-7657. БИОПОЛИМЕРЫ И КЛЕТКА. 1991. Т. 7. №6 Продолжение табл. S BTM ВКГ V H C T » /. % A V H C T , C M - 1 v H C T ' см * I. % A V H C T , Отнесение C M 1 /. % A V H C T , C M - 1 v H C T ' см * I. % C M - 1 1530 1532 C = N, С = С-колебание пиримидина 1538 — — 1538 92 74 — 1550 145 65 — — — — 1562 — — 1560 — — — 1575 — — 1580 — — — 1590 — 1610 — — 1607 — — — — — 1620 — — — 1635 — — 1632 — — — 1645 — — 1640 190 83 — 1652 — — 1652 — — — 1667 225 85 1662 — — С = Ы-валентное колебание оснований 1673 — — N = H-вaлeнτнoe колебание белка и РНК 1680 — 1680 — — C = О-валентное колебание оснований РНК 1690 — — 1690 — — — 1706 — — 1700 — — — — — — 1715 — — — 1730 45 10 — — — — 2750 — 2780 — 2800 — — 2800 18 50 — 2840 — — — — — — 2855 — — 2855 22 — — 2880 45 20 2880 26 45 — — 2920 — — — 2945 80 25 2935 10 036 45 — 2965 72,5 25 2965 10 536 45 С — Н , C - H 2 , C H 3 , Ν — Н , N - H 2 , N - H 3 - ^ - B a -72,5 лентные симметричные и асимметричные коле- бания белка, а также рибозы и оснований РНК 2990 — — 2990 — — — 3000 — — — — — — 3048 15 35 3050 — — і— 3070 20 35 3075 13 13 — — — — 3150 — — — 3200 13 — 3195 12 — Амид А — — — 3250 — — — 3280 — — — — — — 3300 220 — 3290 142 360 Симметричные и асимметричные N—Н-коле- бания аденина и гуанина 3310 — — 3310 — — — — — — 3350 124 — — 3365 — 380 — — — — 3390 — — 3390 103 — О—Η-валентные колебания белка и РНК 3450 200 — 3450 53 — — 3600 75 — 3600 — — характерные особенности. В области 460—800 см - 1 наблюдается квази- непрерывная полоса (полуширина 250 см - 1) , образованная двумя ши- рокими (полуширина — 100 см -1) полосами средней интенсивности, на фоне которых наблюдаются 7—8 слабых пиков. В интервале 900—• 1750 см - 1 обнаруживаются около 30 слабых и средних полос полуши- риной 30—40 см -1 , среди которых выделяется дублет сильных полос -с частотами 1540 и 1650 см -1 , имеющих сложную тонкую структуру. Между 1750 и 2800 см - 1 отчетливые максимумы поглощения, связанные с белками, не регистрируются, наблюдается плавный подъем погло- щения в высокочастотную область. На фоне этого подъема выделяется триплет полос с частотами около 2880, 2930 и 2965 см -1 . Далее обра- щают на себя внимание три перекрывающихся слабовыраженных максимума в районе 3200—3310 см -1, за которыми следует плавна спадающее крыло поглощения, оканчивающееся вблизи 3600 см - 1 . Общность спектров проявляется также в числах наблюдаемых полос ИКП, достигающих 50 и 54 у белков BTM и ВКГ соответственно. ISSN 0233-7657. БИОПОЛИМЕРЫ И КЛЕТКА. 1991. Т. 7. № 6 39 Необходимо отметить, что наблюдаемое число полос во много р а з меньше, чем рассчитанное по формуле для полного числа колебаний этих белковых молекул. Д л я молекулы белка BTM изученного штам- ма, состоящей из 158 аминокислотных остатков с общим количеством атомов около 2400, расчет по известной формуле NKOJI = S- NAI—6 пред- сказывает свыше 7000 колебаний. При рассмотрении белка как ча- стично упорядоченного кристалла, что в большой степени справедливо* для пептидного остова, в котором различаются только концевые (СООН и NH3 4") группы, a CH 2—CONH-связь повторяется 157 раз, полное число колебаний в пептидной цепи должно рассчитываться по формуле Л^кол=3огр—4 t где р = 7 — полное число атомов в повторяющейся груп- пе; σ — число групп в элементарной ячейке биополимерной цепи [14\| . Д л я белков с β-укладкой цепи σ = 2 , поскольку повторяется дву- гранный элемент, образованный двумя идентичными по химическому составу, но неэквивалентными по пространственному расположению пептидными группами. Д л я белков со спиральной укладкой аминокис- лотных остатков период идентичности (шаг спирали), выраженный, числом остатков, может быть иным, например, σ = 3 , 6 [15]. Тогда Л^кол=80. В первом приближении без учета фактор-группового рас- щепления для внутримолекулярных колебаний атомов пептидной груп- пы можно принять, что σ = 1 , и тогда число этих колебаний равно 17, если принимать во внимание атомы водорода в CH2R (где R — белко- вый радикал аминокислотного остатка), и в NH-группах равно 8, если эти группы рассматривать как одну частицу. Таким образом, более чем 1100 атомам пептидного остова белка BTM должно отвечать только- 8 или 17 колебаний. Вполне понятно, что колебания атомов пептидной связи как регулярно (157 раз) повторяющегося элемента цепи дают наибольший вклад в поглощение и им должны отвечать наиболее ин- тенсивные полосы поглощения, известные как амид 1—амид 7 и амид А [14]. Вместе с тем при всем разнообразии боковых радикалов и в них имеется целый ряд химически идентичных групп. Так, все боковые радикалы содержат С—H- и С—С-связи, N—Η-связи присутствуют в боковых радикалах лизила, аргинила, глутамила, аспарагила, гистидила, триптофанила и пролила, С—О — у остатков глутаминовой, аспараги- новой кислот и их амидов, О—Н-группа— у глутамила, аспарагила, серила, тирозила, треонила. Вследствие этого даже с учетом того обстоятельства, что одинаковые химические группы находятся в разном силовом окружении, их колебательные частоты должны если не совпа- дать, то иметь близкие значения. Итак, общее число наблюдаемых полос в ИКП белков за счет такого случайного вырождения должно уменьшаться в десятки раз, что и подтверждается нашими и другими экспериментами по белкам невирусного происхождения [14]. В пользу такого подхода, рассматривающего уменьшение числа наблюдаемых колебаний в белках до нескольких десятков (хотя ко- леблются тысячи атомов), свидетельствует и тот факт, что в ИКП белка ВКГ наблюдаемое число компонентов спектра ИКП почти та- кое же, как и белка ВТМ, несмотря на более чем двукратное превы- шение количества аминокислотных остатков в молекуле белка ВКГ (382, состоящих из ~ 5 3 0 0 атомов) по сравнению с ВТМ. Несколько большее число наблюдавшихся полос в спектре белка ВКГ может быть обусловлено большим разнообразием его аминокислотного состава —• в белке ВКГ имеются все 20 аминокислотных остатков, а в белке BTM — только 18 (гистидил и метионил отсутствуют) [16]. Сходство ИКП-спектров обоих вирусов проявляется также и в близости или даже совпадении частот колебаний, например, 3450 см - 1 (О—Η-валентное колебание кристаллизационной воды), 3060—3070 см - 1 (амид В, Ферми-резонансная полоса 2v амид 2, резо- нирующая с полосой амид А), слабая полоса с частотой 2800 см~1 (С—Η-валентное колебание), частоты скелетных колебаний в интервале 400—460 см - 1 и некоторые другие. Кроме того, в спектрах белкового компонента обоих вирусов наиболее интенсивными являются одни и 40 ISSN 0233-7657. БИОПОЛИМЕРЫ И КЛЕТКА. 1991. Т. 7. JVb G- те же полосы поглощения, соответствующие валентным N—H и С = 0„ С—О и деформационным N—Η-колебаниям, т. е. амид А, амид 1, амид 2 с волновыми числами вблизи 3300, 1650 и 1540 см - 1 . (Здесь уместно отметить, что, по нашим оценкам, интенсивность поглощения. (оптическая плотность) для наиболее интенсивных полос (амид 1,. амид 2) в 5—10 раз меньше таковой этих белков в полосе Π—Π ^пере- хода в УФ-диапазоне при λ = 2 8 0 4 τ 1 нм [11].) Однако нередко при совпадении частот колебаний атом-атомных связей имеет место заметная разница в их относительных интенсив- ностях в спектрах разных белков. Так, частоте 1300 см - 1 в белке BTiVL соответствует крыло очень слабой интенсивности (5 отн. ед.), а в белке ВКГ — это полоса средней (18 отн. ед.) пиковой интенсивности. Наи- более существенные различия в спектрах ИКП белков BTM и ВКГ проявляются в интервале между 500—950 см -1 , где у белка BTM на- блюдаются полосы с частотами 520, 615, 705, 750 и 945 см - 1 , а у белка. ВКГ —полосы с частотами 510, 560, 600, 630, 650, 696, 830 и 920 см-1. Эти частоты более всего обусловлены деформационными неплоскими колебаниями N—H-, С—H-, С—О-связей и их несовпадение указывает, по-видимому, на различную укладку цепей белков этих вирусов, отра- жая вместе с тем и различный процентный аминокислотный состав [16, 17]. Полуширины полос ИКП обоих белков имеют значения от 20 до 400 см - 1 . Наибольшей полушириной обладает сложная полоса с максимумом вблизи 3300 см -1 , обусловленная валентными колеба- ниями с участием протона (Ν—Η-, О—Η-колебания), вовлекаемого в водородную связь. Вместе с тем группа относительно узких линий в интервале 2850—3000 см -1 , по-видимому, связана с С—Н-колебаниями. CH2 и CH3 атомных групп пептидной связи и боковых радикалов, про- тоны которых не участвуют или слабо участвуют [18] в водородных взаимодействиях, приводящих обычно к большим затуханиям и, как следствие, к значительным полуширинам спектральных полос. Нужно также отметить, что интенсивность высокочастотного крыла этой полосы существенно увеличивалась с повышением влажности образцов, что позволило нам отнести частоту 3450 см - 1 за счет колебаний кристал- лизационной воды. Обращает на себя внимание также и факт полного совпадения, полуширин полос амид 1 и амид 2 у обоих белков, составляющих величины 54,0 и 74,0 см - 1 соответственно. Значения полуширин этих полос также указывают на уширение за счет водородных взаимо- действий. Наблюдаемое уширение обусловлено, очевидно, не только сильным взаимодействием между водородно-связанными или заряженными груп- пами (CO 2 - , NH3+), колебания которых вносят вклад в амид 1 и амид 2, но также и неоднородным уширением вследствие того, что химически одинаковые атом-атомные связи, находясь в различных частях белковой молекулы и входя в разные боковые радикалы, пре- бывают в неэквивалентном силовом окружении. Последнее обстоятель- ство приводит к разбросу частот одинаковых связей в окрестности общего центрального максимума. Указанием на неоднородное уширение служит также несимметричность контуров полос и их тонкая структура. Так, в полосе амид 1 насчитываются 7 и 10 компонентов расщеплений у белков BTM и ВКГ соответственно, а в полосе амид 2 — по 5 компо- нентов расщеплений для обоих белков. Сложную тонкую структуру имеют и многие другие полосы ИКП изученных белков. Вместе с тем следует иметь в виду и факт перекрывания полос колебаний разных связей, например, С02 _-валентных и NH-деформационных колебаний,, попадающих у различных аминокислот в один и тот же частотный интервал 1600—1750 см - 1 [16]. С п е к т р ы н у к л е и н о в ы х к и с л о т . Подобно тому, как это имело место у белков, спектры ИКП нуклеиновых кислот BTM и ВКГ близки один к другому. Общие контуры спектров при их наложении друг на друга различаются лишь в некоторых интервалах. Количество' ISSN 0233-7657. БИОПОЛИМЕРЫ И КЛЕТКА. 1991. Т. 7. JNfe 6 4 1 наблюдаемых полос почти одинаково — 6 9 у РНК BTM и 72 у Р Н К ВКГ — и в тысячи раз меньше, чем должно быть по расчету из коли- чества атомов: РНК BTM насчитывает более 2· IO5 атомов, а РНК ВКГ в несколько раз больше. Причины этого уменьшения, видимо, такие же, как для белков. Что касается возрастания числа полос по сравнению с белками, то оно может быть обусловлено большим количеством (18 в РНК против 7 в белке) атомов в регулярно, тысячи раз повто- ряющейся рибозо-фосфатной связи и большей регулярностью боковой цепи оснований нуклеиново-кислотного биополимера по сравнению с полипептидом. Химическая цепь РНК в целом более однородна, чем цепь белка. Так, пиримидиновые и пуриновые остатки имеют общее происхождение и структурно представляют собой ароматические про- стые (уридил и цитозил) и сложные (гуанил и аденил) кольца, состоя- щие из одинаковых элементов. В то же время урацил и цитозил (равно, как гуанил и аденил) почти не отличаются по физико-химиче- ской структуре между собой, различаясь, в основном, природой неко- торых атомов, присоединяющихся к С-атомам кольца: NH2 у цитозила и О у уридила, H у аденила и О у гуанила. Таким образом, химическая регулярность РНК намного выше, чем структурных белков, что должно приводить к большей регулярности колебательного спектра по интен- сивности полос, к большему числу мажорных колебаний и к более четкому выражению структуры, несмотря на большее на два порядка число возможных колебаний по сравнению с белками. Этот вывод под- тверждается данными табл. 2 и рис. 2. В отличие от спектров белков спектры РНК более равномерно заполнены — в области 400—1750 см - 1 наблюдаются около 60 полос поглощения, расположенных на расстоянии 15—30 см - 1 друг от друга. Многие из них имеют сложную тонкую структуру. Подобно случаю белков в области 1750—2800 см - 1 максимумы полос поглощения пер- вого порядка отсутствуют. Высокочастотная область (2800—3600 см - 1) включает в себя около 10 полос и простирается несколько дальше, чем у белков. Многие полосы ИКП РНК могут быть отнесены к колебаниям по аналогии с белками. Наряду с этим в спектрах нуклеиновых кислот имеются характеристические полосы, отсутствующие или слабопрояв- ляющиеся в белках. В первую очередь это относится к валентным ко- лебаниям P—О-связей, имеющим максимумы вблизи 1090 (симметрич- ное О—P—О-колебание, фосфат 2) и 1242—1248 см - 1 (антисимметрич- ное О—P—О-колебание связи, фосфат 1). Эти колебания проявляются в спектрах ИКП РНК с наибольшей пиковой интенсивностью. При нормированной массе препаратов самое интенсивное колеба- ние в РНК — фосфат 2 оказывается в 20—25 раз сильнее, чем ко- лебание амид 1 белка, что совпадает с соответствующей величиной соотношения оптических плотностей нуклеиновых кислот и белков в УФП [10]. Вместе с тем подобно белкам одно и то же количество Р Н К обоих вирусов на частоте полосы фосфат 2 имеет поглощение в 5—6 раз меньше, чем в УФП на длине волны 260±1 нм, характери- стичной для РНК. Интерес представляет интервал 1500—1750 см -1, где поглощение обусловлено C = C- и С = Г^-валентными и N—Η-плоскими деформаци- онными колебаниями атом-атомных связей рибозы и оснований. По- добные связи присутствуют и у белков. Однако в отличие от спектров ИКП белков, где перекрывание полос колебаний дает четкий дублет с максимумами вблизи 1540 и 1660 см -1 , для ИКП РНК здесь свой- ственна одна мультиплетная полоса, состоящая из 11 —12 компонентов. Различается и структура поглощения в районе валентных С—Н-колеба- ний — для белков наблюдается триплет 2880, 2930 и 2965 см -1 , а для РНК — триплетная полоса с максимумами на 2920, 2960 и 2980 см - 1 . Наряду с этим в ИКП РНК отсутствует полоса на частоте вблизи 3060/3070 см -1 , соответствующая Ферми-резонансному колебанию амид В. Полоса 3200 см - 1 в РНК значительно сильнее, чем в белках, что может быть обусловлено большей встречаемостью N—Η-связи в 42 ISSN 0233-7657. БИОПОЛИМЕРЫ И КЛЕТКА. 1991. Т. 7. JVb G- Р Н К по сравнению с белком. Наконец, в высокочастотной области .дублетный пик наибольшего поглощения у белков находится на частоте 3280—3290 см-1, а у РНК — н а 3350—3360 см"1 (ВКГ и BTM со- ответственно) . Полуширины полос ИКП изученных РНК имеют значения от 10 до 400 см - 1 . В среднем они в 1,5—2 раза меньше, чем типичные полу- ширины полос ИКП белков. Этот факт согласуется с нашей интерпре- тацией, основанной на большей физико-химической регулярности нуклеиновых кислот по сравнению с белками, которая должна приво- дить к меньшему разбросу значений частот одноименных колебаний в цепи биополимера и, значит, к сужению уровней энергии и соответ- ствующих им полос поглощения. Исключение при этом составляет по- глощение в области высокочастотных колебаний (2880—3600 см - 1 ) , имеющее близкую полуширину в белках и РНК. Этот факт естественно связывать с вкладом в поглощение в этой области полосы валентного колебания ОН-группы, обычно имеющего наибольшую частоту из всех колебаний с участием протона [2, 3]. Известно [19], что ОН-группа имеется в каждом мономере цепи РНК (в рибозе), а в белках ОН-груп- па присутствует лишь у 5 из 20 аминокислотных остатков. В связи с этим ОН-валентная полоса, будучи расположенной на высокочастот- ном краю поглощения в этой области (вблизи 3400—3450 см - 1) и яв- ляясь сильной по интенсивности ввиду высокой встречаемости, уширяет полосу поглощения и смещает ее максимум на 70 см - 1 в сторону более высоких частот по сравнению со спектрами белков. Такое же смещение наблюдалось нами при увлажнении образцов белка и РНК, однако, по вполне понятной причине, за счет ОН-колебаний связываемой, кристал- лизационной воды. С п е к т р ы в и р у с н ы х н у к л е о т и д о в (см. рис. 3, табл. 3) представляют собой набор более 90 полос различной интенсивности и по- луширины (данные по колебательным спектрам вирусов детализированы и уточнены по сравнению с нашими работами [20, 21]) . Полосы распо- ложены группами в интервалах 400—1750 и 2600—3600 см - 1 . Между 1750 и 2800 см - 1 достаточно интенсивные полосы с четкими максимума- ми не регистрируются. Общий вид спектров обоих вирусов существенно различается в интервалах 400—800, 800—1750 и 2800—3600 см-1. Так, для ИКП в интервале 400—800 см - 1 характерно наличие широкой непрерывной полосы средней интенсивности, простирающейся от 450 до 750 см-1 и являющейся, по-видимому, суперпозицией полос дефор- мационных колебаний О—Η-связей кристаллизационной воды, гидро- ксил-содержащих аминокислот белка и нуклеотидов, О —С—N-плоских, N—H- и С—О-неплоских колебаний скелетной, пептидной связи белка, а также деформационных плоских и неплоских колебаний атомных P—О-, С—Ο-, N—Η-групп сахара, фосфата и оснований нуклеиновых кислот. Перекрывание большого числа колебаний, химически различных и одинаковых, но пространственно неэквивалентных групп, находящихся в различном силовом окружении, приводит к тому, что поглощение в этом интервале косит характер квазиконтинуума, на фоне которого проявляются около 10 максимумов низкой пиковой интенсивности. В интервале 800—1750 см - 1 наблюдаются, в основном, хорошо различающиеся, хотя и имеющие сложную внутреннюю структуру, по- лосы средней и высокой интенсивности. Здесь имеет место подъем общего фона (базовой линии) при переходе от 1300 к 1550—1660 см - 1 , где расположена полоса кристаллизационной воды. Специфичность спектров ИКП BTM и ВКГ в высокочастотном ин- тервале проявлялась в том, что на фоне плавного увеличения поглоще- ния, начиная с 2450 см -1 , наблюдается совокупность полос, четыре из которых образуют характерную группу в интервале 2850—2970 см - 1 , /обусловленную симметричными и антисимметричными колебаниями <С—Η-связей метиленовой и метальной групп. Наконец, особенностью поглощения в этой области является наличие сильного широкого мак- симума, завершающего плавный подъем поглощения со стороны средних I S S N 0233-7657. БИОПОЛИМЕРЫ И КЛЕТКА. 1991. Т. 7. JNfe 6 43 частот и имеющего частоту вблизи 3300 см -1 , после чего проис- ходит почти монотонное, на расстоянии 300 см -1 , спадание поглощения; до нулевого уровня. Таким образом, в целом спектры ИКП BTM и ВКГ имеют много общего и на качественном уровне у них нет значительных отличий. Наряду с этим в ИК-спектрах изученных фитовирусов, являющихся с биохимической точки зрения рибонуклеопротеидами, четко отража- ется их биомолекулярный состав. Так, в спектрах обоих объектов присутствуют полосы поглощения, типичные как для белков (например, амид 1, амид 2, амид 3, амид В), так и для РНК (фосфат 1, фос- фат 2 и др.). При количественном анализе спектральных характеристик полос: ИКП этих двух фитовирусов, принадлежащих к разным типам про- странственной симметрии и содержащих разные абсолютные и относи- тельные количества белка и РНК, обнаруживаются большие различия. Так, у них заметно отличаются формы полос поглощения, образо- ванных перекрывающимися по частоте группами колебаний, в интервале 450—750 см - 1 . Наряду с этим имеют место несовпадения частот ряда интенсивных максимумов (480 и 505, 525 и 552, 615 и 600, 645 и 627 см - 1 для BTM и ВКГ соответственно). Для совпадающих или близких по частоте максимумов (например, 455—460, 700, 782—780 см -1) наблю- даются значительные различия в относительной интенсивности. Достоверно дифференцируются по форме и полуширине сложные4 мажорные полосы, отвечающие симметричным валентным колебаниям атомов О—P—О-группы в полимерной цепи нуклеиновых кислот и близким к ним по частоте валентным колебаниям P—О—С-группы,. а также С—О-валентным колебаниям рибозы. В частности, максимум поглощения для этой полосы BTM находится на 1105 см -1 , а для: ВКГ — на 1090 см"1, причем полуширины их также различны: 86» и 102 см - 1 для BTM и ВКГ соответственно. В то же время спектральное расположение полос антисимметрич- ного валентного P—О—Р-колебания практически совпадает для обоих вирусных нуклеопротеидов, имея значение 1242 см - 1 . Однако их отно- сительные пиковые интенсивности отличаются почти в два раза. Весьма существенны различия в параметрах характеристических полос белков — амид 1, амид 2. Частоты центральных максимумов полос колебаний амид 1 равны 1667 и 1640 см -1 , а амид 2 — 1 5 5 0 и 1538 см - 1 для BTM и ВКГ соответственно. Как следует из табл. 3,. значительны и различия в их относительных интенсивностях. В районе С—Η-валентных колебаний (2850—2970 см - 1) спектры очень похожи — здесь наблюдается характерная группа перекрываю- щихся полос с близкими для обоих вирусов частотами, но с достоверно различающимися интенсивностями и вследствие этого с разной формой поглощения в этом интервале. Частота широкого максимума, отвечаю- щего Ферми-резонансной полосе 2v амид 2, практически не отличается у BTM и ВКГ, находясь вблизи 3060 см - 1 . Наконец, следует отметить различия в характеристиках полос, максимумы которых для обоих вирусов лежат вблизи 3300 см - 1 — ча- стоты, соответствующей колебанию белка амид А, обусловленному валентным растяжением N—Η-связи пептидной группы. Несмотря на ее огромную и близкую для обоих объектов полуширину (3601—380 см - 1 при влажности около 70 %) регистрируется достоверное различие в частотном положении максимумов — 3300 см - 1 и дублет 3290/3310 см - 1 для BTM и ВКГ соответственно. Различаются также относительная интенсивность и форма высокочастотного крыла этой полосы. В л и я н и е в з а и м о д е й с т в и й б е л о к — н у к л е и н о в а я к и с л о т а , в л а ж н о с т и и т е м п е р а т у р ы . В целом ИК-спектры вирусов достаточно хорошо описываются на основе исследований их белков и ДНК. Как видно из сравнения данных табл. 1—3 и рис. 1—3, практически для каждой полосы из спектров белков или РНК можно найти соответствующую полосу в спектре вирусного нуклеопротеида. 44 ISSN 0233-7657. БИОПОЛИМЕРЫ И КЛЕТКА. 1991. Т. 7. JVb G- 'Небольшие (в пределах 3—5 см - 1) наблюдаемые смещения частот чаще ївсего имеют место только для компонентов расщеплений, например, в полосах амид 1, амид 2 и обусловлены, по-видимому, неточностью определения волнового числа вследствие перекрывания большого числа полос в узком частотном интервале. Наряду с этим регистрируются и значительные изменения в частоте и форме некоторых полос. Так, в полосе фосфат 2 при переходе от свободной РНК к упакованной в капсид наблюдаются изменения дублета 1090—1105 см - 1 : перераспре- деление интенсивностей и достоверное изменение частоты центрального максимума с 1090 до 1085 см -1, что приводит в конечном итоге к изме- нению ее формы. Напротив, форма и структура полосы антисимметрич- ного Р02-колебания не изменяются заметно при упаковке РНК в бел- ковый капсид. При этом, однако, изменяется отношение пиковой интенсивности полос фосфат 1 и фосфат 2: в свободном состоянии оно равно 2,0, а в связанном — 3,0, т. е. при образовании вириона, по-ви- димому, за счет взаимодействия белок—нуклеиновая кислота диполь- ный момент перехода, отвечающего Р02-колебанию, изменяется по-раз- ному для симметричного и антисимметричного движения. Значения полуширин этих полос уменьшаются при переходе к вириону со 100 до 90 см - 1 у фосфата 2 и с 68 до 55 см - 1 у фосфата 1. Полосы с частотами 1407 и 1470 см - 1 у белка не меняют полуширины, которая в вирионе и в свободном белке имеет значение около 36 см -1 . В про- тивовес этому полуширйны других полос ИКП Р Н К и белка увеличи- ваются в 1,5—2 раза, например, для полос с частотами 870, 965, IOO1O см - 1 у РНК и амид 2, амид 1 у белка. Следует при этом отметить, что наблюдаемое увеличение полуширины и смещение максимума поглощения полосы амид 2 с 74 до 85 см - 1 при переходе к вириону может быть обусловлено перекрыванием частот амид 2 белка и группы полос в интервале 1590—1690 см - 1 РНК. Оценить абсолютные измене- ния интенсивностей полос белка и РНК при их упаковке в вирион весьма трудно из-за взаимного перекрывания. Тем не менее, для неко- торых полос это возможно. Например, очень слабая в свободном состоянии белка полоса на частоте 1300 см - 1 усиливается в вирионе в несколько раз, на что обращают внимание также авторы [7J при исследованиях ИКП BTM в растворе. Вместе с тем отношение интен- сивностей поглощения в дублете амид 1/амид 2, несмотря на перекры- вание с полосами РНК, остается одинаковым в белке и в вирионе ВТМ, составляя величину ~ 1,7 при влажности около 70 %. Изменения в спектрах ИКП при образовании целостных виру- сов из молекулярных компонентов, подобные описанным для ВТМ, имеют место и для ВКГ. Так, перераспределяются интенсивности ком- понентов и форма полосы фосфат 2, сужаются полосы фосфат 1 и фос- фат 2, уширяются полосы амид 1 и амид 2, некоторые другие полосы не изменяются по полуширине и относительной интенсивности. Для выявления причин изменений в полосах ИКП белков и РНК при переходе к нативным вирионам были поставлены специальные экс- перименты. Их суть заключалась в том, что две подложки с нанесен- ными на каждую из них отдельно препаратами РНК и белков в экви- молярных количествах, соответствующих соотношению РНК—белок в целостных вирусах (т. е. 1 : 19 для BTM и 1 :4 для ВКГ [16, 17]), устанавливались в спектрометре одновременно в один канал. Таким образом, регистрируемый спектр соответствовал аддитивному поглоще- нию белка и РНК, разделенных в пространстве, т. е. не взаимодей- ствующих, как это имеет место в вирионе. Полученные результаты показали, что спектры ИКП составных образцов РНК — белок и це- лостных вирионов идентичны по расположению максимумов и относи- тельным ^інтенсивностям почти для всех полос. Исключение составила лишь уже упоминавшаяся полоса 1300 см - 1 белка ВТМ. Кроме того, для спектра составного образца не наблюдалось сужения полос фос- фат 1 и фосфат 2, отмеченного при переходе от свободной к связанной в капсиде РНК ВКГ. ISSN 0233-7657. Б И О П О Л И М Е Р Ы И КЛЕТКА. 1991. Т. 7. JNfe 6 45 В результате исследований, проведенных при разных влажностях препаратов, выявилось существенно неодинаковое поведение разных: полос ИКП. Так, при разных влажностях некоторые полосы не изме- няли своих параметров, другие изменяли их незначительно. Наиболее чувствительными к влажности оказались полосы 630, 696, 1120, 1405„ 1540, 1652, 3065 см - 1 и вся высокочастотная полоса белков, а т а к ж е фосфат 1, фосфат 2, 1380 и 1490 см - 1 , полосы в интервала 1600—- 1700, 28001—3600 см - 1 и полосы РНК. Изменения влажности приводили к перераспределению интенсивностей, увеличению полуширин и смеще- нию частот колебаний. В отличие от этого изменения температуры в интервале 310—80 К не приводили к заметным изменениям параметров большинства полос поглощения препаратов вирионов. Показательным является факт неиз- менности при понижении температуры полуширины основных полос и компонентов расщеплений сложных полос поглощения, так что не происходило и заметного проявления их структуры. Это, очевидно, указывает на неоднородный характер уширения колебательных полос биополимеров, о чем упоминалось нами ранее. Исключение составляют полосы С—С-колебаний BTM с частотами 870 и 945 см - 1 , полуширины которых с 30 и 25 см - 1 сужались до 25 и 18 см - 1 в результате понижения температуры с 300 до 80 К. Как отмечалось ранее, эти же колебания были чувствительными к образованию вириона из белка и РНК. Кроме того, в триплете С—Η-валентных колебаний происходило смещение частот максимумов и перераспределение интенсивностей. При снижении температуры до 80 К максимум полосы 2880 см - 1 смещался на 2885 см-1, 2945 на 2940 см-1, а 2965 на 2972 см"1. Максимальной по пиковой интенсивности при 300 К была полоса на частоте 2965 см - 1 , а при 80 К — на 2940 см - 1 . В целом это приводило к изменению формы спектра в интервале 2800—3000 см - 1 . Из проведенных исследований следует, что вследствие наличия большого числа перекрывающихся сложных полос, отвечающих много- численной и разнообразной совокупности атомных групп, достаточно строгая интерпретация спектров ИКП гетерогенных комплексов био- полимеров представляет собой весьма трудную проблему и должна осуществляться лишь с привлечением данных по спектрам составляю- щих биохимических компонентов. Спектры рибонуклеопротеидов ви- русной (и, очевидно, любой другой) природы хорошо описываются суперпозицией спектров белков и нуклеиновых кислот в эквимолярных соотношениях. Характерной особенностью является существенная зави- симость параметров полос ИКП от влажности, что предъявляет соот- ветствующие требования к условиям исследований при количественном анализе. Заметные различия в спектрах ИКП вирусных нуклеопротеи- дов различного типа симметрии позволяют использовать ИК-спектро- скопию для экспресс-анализа их физико-химической организации. Автор глубоко признателен С. А. Ромашову и О. И. Ильченко за помощь в подготовке образцов. Р е з ю м е Досліджено спектри ІЧ-поглинання білків, PHK і віріонів спірального (вірус тютюно- вої мозаїки) та сферичного (вірус крапчатості гвоздики) типів симетрії. Виявлено, що характеристики спектрів, такі як загальне число смуг, їх групування у частотні інтерва- ли, наявність характерних по інтенсивності, напівширині та частоті смуг (амід А, амід В, амід 1, амід 2, фосфат 1, фосфат 2 та ін.), досить близькі як для суцільних вірус- них нуклеопротеїдів, так і для їх біохімічних компонентів. Поряд з цим спостерігають- ся і вірогідні розходження, по яких можливо диференціювати між собою і віріони, і біополімери, що містяться в них. Відзначено зміни у параметрах смуг досліджених спектрів при змінах вологості та їх незмінність при зниженні температури від 310 до 80 К. 46 ISSN 0233-7657. БИОПОЛИМЕРЫ И КЛЕТКА. 1991. Т. 7. JVb G- S u m m a r y IR absorption spectra of proteins, ribonucleic acids and virions of spiral (tobacco mosaic virus) and spheric (carnation mottle virus) types were investigated. Such spectral pa- rameters as total number of bands, their frequency grouping, intensity, half width and. frequency characteristics of Amide A, Amide B, Amide 1, Amide 2, Phosphate 1, Phospha- te 2 etc. are close enough both for the whole viral nucleoproteins and for their biochemical components. Together with this, convincing differences are observed. Thus, it is possible to differentiate virions and their constituent biopolymers after their IR spectra. Changes in parameters of the investigated spectra with humidity were found, as well as the sta- bility with temperature decrease to 80 K. СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 1. Carey P. R. Biochemical applications of Raman and resonance Raman spectrosco- pies.— New York; London : Acad, press, 1982.— 272 p. 2. Parker F. S. Applications of infrared, Raman and resonance Raman spectroscopy in biochemistry.— New York; London : Plenum press, 1983.— 550 p. 3. Parker F. S. Applications of infrared spectroscopy in biochemistry, biology and me- dicine.— New York: Plenum press, 1971.— 425 p. 4. Infrared absorption spectra of v i ruses /M. Pollard, F. B. Engley, R. F. Redmond et al. / / Proc. Soc. Exp. Biol, and Med.—1952.—81, N 1.—P. 10—11. 5. Benedict A. A. Group classification of virus preparations by infrared spectroscopy// J. Bacteriol.— 1955.—69, N 3.—P. 264—269. 6. Ше Мидон, Чиргадзе Ю. H., Тихоненко Т. И. Исследование гидратации свободной и внутрифаговой ДНК методом инфракрасной спектроскопии / / Вопр. вирусоло- гии.— 1970.—№ 5.—С. 619—622. 7. New possibilities of investigating nucleic acids and nucleoproteins in aqueous solu- tions by infrared spectroscopy/S. Shie, L. G. Kharitonenkov, T. I. Tikhonenkor Yu. M. Chirgadze/ /Nature.— 1972.—235.—P. 386—388. 8. Энгельгард В. Э. Интегратизм — путь от простого к сложному//Известия АН СССР. Сер. биол.— 1970.—№ 6.—С. 799—822. 9. Френкель-Конрат X. Химия и биология вирусов.— М.: Мир, 1972.— 336 с. 10. Gibbs A., Harrison В. Plant virology. The principles.— LondoniEdward Arnold t 1976.—429 р. 11. Ильченко О. И., Бойко A. JI. Выявление микроколичеств вируса крапчатости гвоз- дики с помощью иммунохимической тест-системы//Докл. АН УССР. Сер. Б.— 1984.—№ 2.—С. 68—70. 12. Практикум по общей вирусологии / Под ред. И. Г. Атабекова.— М. : Изд-во МГУ, 1981.— 192 с. 13. Steele К. PFrist R. Я. Characterization of the 3'termini of the RNWs of cowpea mosaic v i r u s / / J . Virology.— 1978.—26, N 2.—P. 243—248. 14. Сузи Г. Инфракрасные спектры биологических молекул и модельных соединений// Структура и стабильность биологических макромолекул.— М. : Мир, 1973.— С. 481— 578. 15. Шульц Г., Штирмер Р. Принципы структурной организации белков.— М. : Мир, 1982.—354 с. 16. Mathews R. Ε. F. Plant virology.—New York; London: Acad, press, 1970.—602 p. 17. Tremaine J. H. Physical, chemical and serological studies on carnation mottle vi- rus //Virology.— 1970.—42, N 3.—P. 611—620. 18. И К спектроскопия кристаллов с водородными связями / JI. М. Бабков, Г. А. Пул- ковская, С. П. Макаренко, Т. А. Гаврилко.—Киев : Наук. думка, 1989.— 160 с. 19. Lehninger A. L. Principles of biochemistry.—New York: Worth publ., 1982.—752 p. 20. Литвинов Г. С., Ильченко О. И., Бойко A. JI. Инфракрасная спектроскопия белка» нуклеиновой кислоты и нуклеопротеида вируса крапчатости гвоздики/ /Докл. АН УССР. Сер. Б.— 1986.— № 3.—С. 63—65. 21. Litvinov G. SDovbeshko G. I.f Strouk V. /. Infrared absorption peculiarities of the biological systems on different organization levels / Recent develop, in mol. spect- rosc. / Eds B. Jordanov et al.— Singapore etc.: World Sci., 1989,— P. 674—686. Межотрасл. науч.-инж. центр по физике живого Получено 15.04.91 и микроволн, резонанс, терапии «Відгук» при CM УССР, Киев ISSN 0233-7G57. D110 Г! D ЛI ГЛ'.С PbI И КЛЕТКА. 1991. Т. 7. № б 4 T

Инфракрасные колебательные спектры фитовирусов и их молекулярных компонентов

Репозитарії

Схожі ресурси