ческого поля параллелен пептидным цепям, а в другом — перпендикулярен им. Такая пара спектров для ориентированных фибрилл инсулина приведена на рис. 13-3. Считается, что молекулы инсулина находятся в этом случае в fj-кон-формации и уложены поперек оси фибриллы (кросс-р-структура). Таким образом, когда вектор напряженности электрического поля параллелен оси фибриллы, он перпендикулярен пептидным цепям. Поскольку полоса амид I определяется прежде всего колебаниями карбонильной группы, которые в ^-структуре перпендикулярны пептидным цепям, интенсивность этой полосы больше для случая, когда вектор напряженности электрического поля тоже перпендикулярен пептидным цепям, чем для случая, когда этот вектор им параллелен (перпендикулярен оси фибриллы; рис. 13-3). То же самое справедливо и для полосы амид А, которая определяется в основном растяжением связи N—Н. Дихроизм полосы амид II носит противоположный характер, поскольку здесь определяющую роль играет изгиб N—Н-связи, который осуществляется в пределах плоскости пептидной группы, но происходит в продольном направлении.

Инфракрасная спектроскопия нашла применение и при анализе полос поглощения амидных групп пиримидинов Г16]. На рис. 13-4, А

приведен спектр 1-метилурацила в Н20 и D20. Заметим, что в D20 полоса амид II вообще отсутствует. Это иллюстрирует еще один путь применения инфракрасной спектроскопии, который оказался особенно полезен при изучении белков. Исчезновение полосы амид II при перенесении белка в D2O дает возможность проследить за обменом протонов, участвующих в образовании водородных связей, в структурированных областях белков [10]. На рис. 13-4 приведен также инфракрасный спектр 1-метилурацила, содержащего IS0 в 4-м положении. Обратите внимание на сдвиг полосы амид II на 7 см-1, указывающий, что колебания, связанные с изгибом N—Н-связи, в значительной мере сопряжены с валентными колебаниями связей С —О и С = С.

б. Раман-спектры

Рамановская спектроскопия основана на исследовании спектров рассеяния света. При столкновении фотона с молекулой может иметь место упругое соударение, при котором фотон не теряет энергию, но изменяет направление своего движения. Такое рассеяние известно под названием рэлеевского и лежит в основе метода определения молекулярных весов соединений. Соударения могут быть также иеупругими; они характеризуются тем, что энергия молекулы и фотона изменяется. Поскольку эти изменения носят квантовый характер и определяются колебательными и вращательными уровнями молекулы, анализ спектра рассеянного света (спектра Рамана) дает почти ту же информацию, что и обычный инфракрасный спектр. Необходимо, однако, помнить один момент: правила отбора в этих двух случаях различаются. В инфракрасной спектроскопии разрешены одни переходы, в раман-спектро-скопии — другие. Таким образом, имеет смысл снять и тот й другой спектр исследуемого образца. До недавнего времени раман-спектроско-пия находила весьма ограниченное применение из-за малой интенсивности рассеянного света. Однако использование для возбуждения лазеров существенно повысило ценность указанного метода [16—20]. В качестве примера на рис. 13-4,Б приведен раман-спектр 1-метилурацила. Заметим, что интенсивность полосы амид II (относительно полосы амид I) в раман-спектре значительно меньше, чем в инфракрасном спектре поглощения. Особый интерес представляет резонансная раман-спектроскопия [19—21], где используется лазерный пучок с длиной волны, соответствующей длине волны электронного перехода. Рассеяние света при этом часто существенно усиливается на частотах, которые отличаются от частоты лазера на частоту рамановского рассеяния, происходящего на группах хромофора или на группах молекулы, соседствующей с хромофором. Несмотря на определенные экспериментальные трудности, указанный метод позволяет изучать структурные особенности какого-либо конкретного участка макромолекулы.

4. Электронные спектры

В биохимии широко используется спектроскопия в ультрафиолетовой (УФ) и видимой областях. Видимый свет занимает на шкале электромагнитных волн диапазон от ~ 12 ООО см-1 (800 нм) до 25 000 см"1 (400 нм). Далее идет ультрафиолетовая область; максимальная частота, еще использующаяся в обычных спектрофотометрах, составляет — 55 000 см-1 (180 нм). Значения энергии, соответствующие видимому и ультрафиолетовому свету, лежат в интервале от ~ 140 до --•660 кДж-моль-1. Отметим, что второе значение больше энергии лю* бой связи, за исключением наиболее прочных двойных и тройных связей (табл. 3-6). Отсюда понятна способность УФ-излучения инициировать фотохимические реакции. Даже красный свет с его относительно низкой энергией используется растениями в фотосинтезе и несет достаточно энергии на 1 эйнштейн, чтобы обеспечить генерацию АТР, восстановление NADP+ и ряд других фотохимических процессов. Хотя энергия поглощаемого при электронных переходах света довольно велика, геометрия молекул в возбужденном и основном состояниях, как правило, различается лишь весьма незначительно. В общем случае возрастает ампли