Mikroskopicheskiy mekhanizm denaturatsii belkov i nukleinovykh kislot bakteriy R. aeruginosa pri rezonansnom pogloshchenii femtosekundnykh lazernykh impul'sov s dlinoy volny 6 mkm

封面

如何引用文章

全文:

开放存取 开放存取
受限制的访问 ##reader.subscriptionAccessGranted##
受限制的访问 订阅或者付费存取

详细

Образцы плактона бактерий Р. aeruginosa 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 ≈ 3 · 102 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 Р. aeruginosa под действием фемтосекундных лазерных импульсов с длиной волны 6 мкм через мгновенный разрыв водородной связи на C=O моде при поглощении первого ИК-фотопа и перманентную фиксацию разрыва через высокоуровневое колебательное возбуждение при пороговой интенсивности излучения.

作者简介

S. Kudryashov

Физический институт им. П. Н. Лебедева РАН

Email: kudryashovsi@lebedev.ru
Москва, Россия

S. Shelygina

Физический институт им. П. Н. Лебедева РАН

Email: shelyginasn@lebedev.ru
Москва, Россия

V. Kompanets

Институт спектроскопии РАН

Троицк, Москва, Россия

S. Chekalin

Институт спектроскопии РАН

Троицк, Москва, Россия

I. Efremov

Химический факультет МГУ имени М. В. Ломоносова; Институт биохимической физики им. Н.М.Эмануэля РАН

Москва, Россия; Москва, Россия

A. Stolyarov

Химический факультет МГУ имени М. В. Ломоносова

Москва, Россия

E. Tolordava

Физический институт им. П. Н. Лебедева РАН

Москва, Россия

参考

  1. T. Toyama, J. Fujioka, K. Watanabe, A. Yoshida, T. Sakuma, K. Inaba, T. Imai, T. Nakajima, K. Tsukiyama, N. Hamada, and F. Yoshino, Sci. Rep. 12(1), 18111 (2022).
  2. V. Kompanets, S. Shelygina, E. Tolordava, S. Kudryashov, I. Saraeva, A. Rupasov, O. Baitsaeva, R. Khmelnitskii, A. Ionin, Yu. Yushina, S. Chekalin, and M. Kovalev, Biomed. Opt. Express 12(10), 6317 (2021).
  3. С.Н. Шелыгина, И.Н. Сараева, Э.Р. Толордава, А.А. Настулявичус, and С.И. Кудряшов, Краткие сообщения по физике Физического института им. П. Н. Лебедева Российской Академии Наук 50(10), 29 (2023).
  4. A. A.Oduola, R. Bowie, S. A. Wilson, Z. MohammadiShad, and G. G. Atungulu, Journal of Food Safety 40(2), e12764 (2020).
  5. J. P. Maity, S. Kar, C. M. Lin, C. Y. Chen, Y. F. Chang, J. S. Jean, and T. R. Kulp, Spectrochimica Acta Part A: Molecular and Biomolecular Spectroscopy 116, 478 (2013).
  6. R. R. Breaker and G. F. Joyce, Chemistry & Biology 21(9), 1059 (2014).
  7. N. F. Goodacre, D. L. Gerloff, and P. Uetz, MBio 5(1), 10 (2014).
  8. C. Kolano, J. Helbing, M. Kozinski, W. Sander, and P. Hamm, Nature 444(7118), 469 (2006).
  9. R. Laenen, C. Rauscher, and A. Laubereau, The Journal of Physical Chemistry A 101(18), 3201 (1997).
  10. В.О.Компанец, С.И. Кудряшов, Э. Р. Толордава, С.Н. Шелыгина, В.В. Соколова, И.Н. Сараева, М.С. Ковалев, А.А. Ионин, С. В. Чекалин, Письма в ЖЭТФ 113(6), 365 (2021).
  11. S. Shelygina, V. Kompanets, E. Tolordava, S. Gonchukov, S. Chekalin, and S. Kudryashov, Laser Phys. Lett. 19(1), 015602 (2021).
  12. K. Tian, M. Xiang, X. Wen et al. (Collaboration), Laser & Photonics Rev. 18(2), 2300421 (2024).
  13. J. Guo, P. Chen, M. Xiang, K. Tian, Z. Wan, L. He, W. Li, X. Peng, Yu. Peng, X. Wen, L. Liu, Q. J. Wang, Y. Leng, and H. Liang, Communications Medicine 5(1), 1 (2025).
  14. V. Barone, J. Bloino, and M. Biczysko, Vibrationally-resolved electronic spectra in GAUSSIAN 09. Revision a 2(1) (2009).
  15. P. J.Singh, A. K. Das, K. K. Gorai, A. Shastri, D. V. Udupa, and B. N. Rajasekhar, Journal of Quantitative Spectroscopy and Radiative Transfer 280, 108092 (2022).
  16. A. Barth, Biochimica et Biophysica Acta (BBA)-Bioenergetics 1767(9), 1073 (2007).
  17. В.С. Летохов, В.П. Чеботаев, Успехи физических наук 113(7), 385 (1974).
  18. Л. Беллами, Новые данные по ИК-спектрам сложных молекул, Мир, М. (1971).
  19. M. L. Cowan, B. D. Bruner, N. Huse, J. R. Dwyer, B. Chugh, E. T. J. Nibbering, T. Elsaesser, R. J. D. Miller, Nature 434(7030), 199 (2005).
  20. И. П. Макарова, Физика твердого тела 57(3), 432 (2015).
  21. А. А. Мельникова, Р. А. Камышинский, А. В. Комова, А. П. Руденко, З. В. Намсараев, Известия Российской академии наук. Серия физическая 85(8), 1070 (2021).
  22. Н. П. Ковалец, И. В. Разумовская, С. А. Бедин, А. В. Наумов, Письма в ЖЭТФ 118(4), 245 (2023).
  23. И. Ю. Еремчев, Д. В. Прокопова, Н. Н. Лосевский, И. Т. Мынжасаров, С. П. Котова, А. В. Наумов, Успехи физических наук 192(6), 663 (2022).
  24. М. Ю. Еремчев, А. В. Наумов, Письма в ЖЭТФ 121(3), 240 (2025).

补充文件

附件文件
动作
1. JATS XML
下载

版权所有 © Russian Academy of Sciences, 2025