Исследование механизма механической деструкции ДНК

ÕÈÌÈ×ÅÑÊÀß ÔÈÇÈÊÀ
ÓÄÊ 541(64+515):547.458
Ã. Â. Àáàãÿí
Èññëåäîâàíèå ìåõàíèçìà ìåõàíè÷åñêîé äåñòðóêöèè ÄÍÊ ìåòîäîì ÝÏÐ
(Ïðåäñòàâëåíî ÷ë.-êîð. ÍÀÍ ÐÀ À.À.Øàãèíÿíîì 20/VIII 2008)
Êëþ÷åâûå ñëîâà: ÄÍÊ, ìåõàíè÷åñêàÿ äåñòðóêöèÿ, ýëåêòðîííûé ïàðàìàãíèòíûé
ðåçîíàíñ
1. Ââåäåíèå. Ìåõàíè÷åñêèå âîçäåéñòâèÿ íà îðãàíè÷åñêèå ñîåäèíåíèÿ
– ðåçàíèå, âàëüöåâàíèå, øïðèöåâàíèå è äð. – ñîïðîâîæäàþòñÿ ðàçðûâàìè
õèìè÷åñêèõ ñâÿçåé è èíèöèèðîâàíèåì ñâîáîäíîðàäèêàëüíûõ ðåàêöèé. Òàê
êàê óïðóãàÿ ýíåðãèÿ ìîæåò ïîãëîùàòüñÿ òîëüêî äîñòàòî÷íî ïðîòÿæåííîé
ñèñòåìîé õèìè÷åñêèõ ñâÿçåé, òî ìåõàíè÷åñêèå íàïðÿæåíèÿ èçáèðàòåëüíî
äåéñòâóþò íà âûñîêîìîëåêóëÿðíûå ñîåäèíåíèÿ (M > 1 0 0 0 ); â íèçêîìîëåêóëÿðíûõ ñîåäèíåíèÿõ îáðàçîâàíèÿ ñâîáîäíûõ ðàäèêàëîâ íå íàáëþäàåòñÿ.
Îñíîâíûå çàêîíîìåðíîñòè îáðàçîâàíèÿ ñâîáîäíûõ ðàäèêàëîâ ïîä äåéñòâèåì
ìåõàíè÷åñêèõ íàïðÿæåíèé áûëè âûÿâëåíû ïðè ðàáîòå ñ ñèíòåòè÷åñêèìè [1] è
îðãàíè÷åñêèìè [2-4] ñîåäèíåíèÿìè. Èññëåäîâàíèÿ ìåõàíè÷åñêîé äåñòðóêöèè
îðãàíè÷åñêèõ ìàêðîìîëåêóë (ïîëèñàõàðèäîâ, ÄÍÊ) èìåþò áîëüøîå ñàìîñòîÿòåëüíîå çíà÷åíèå, ñâÿçàííîå êàê ñ âîçìîæíîñòÿìè àíàëèçà ïîâðåæäåíèé
ìàêðîìîëåêóë ïîä äåéñòâèåì ìåõàíè÷åñêèõ íàïðÿæåíèé â åñòåñòâåííûõ
óñëîâèÿõ, òàê è ñ ïðàêòè÷åñêèì ïðèìåíåíèåì ìåõàíîõèìè÷åñêèõ ïðîöåññîâ,
íà÷èíàÿ ñ ìåòîäîâ âûäåëåíèÿ è ïðèãîòîâëåíèÿ ïðîá ïðèðîäíûõ ïîëèìåðîâ è
êîí÷àÿ ïðîìûøëåííûì èñïîëüçîâàíèåì ïðîäóêòîâ ìåõàíè÷åñêîé äåñòðóêöèè
ýòèõ ïîëèìåðîâ (ïîëèñàõàðèäîâ è äð.).  íàñòîÿùåå âðåìÿ ìåõàíîõèìè÷åñêèå
òåõíîëîãèè øèðîêî ïðèìåíÿþòñÿ â òâåðäîôàçíîì îðãàíè÷åñêîì ñèíòåçå [5]
è ïîëó÷åíèè íîâûõ îðãàíè÷åñêèõ ìàòåðèàëîâ [6]. Èçâåñòíî, ÷òî îäíèì èç
ïðÿìûõ ìåòîäîâ èññëåäîâàíèÿ ïðèðîäû ñâîáîäíûõ ðàäèêàëîâ, âîçíèêàþùèõ
ïðè ìåõàíè÷åñêèõ âîçäåéñòâèÿõ íà ïðèðîäíûå ïîëèìåðû, ÿâëÿåòñÿ ìåòîä
ýëåêòðîííîãî ïàðàìàãíèòíîãî ðåçîíàíñà (ÝÏÐ).
4 7
Ïîðàæåíèå ìîëåêóëû ÄÍÊ ïðè äåéñòâèè ìåõàíè÷åñêèõ íàïðÿæåíèé
ìàëî èññëåäîâàíî. Ïðåäâàðèòåëüíûå äàííûå, ïîëó÷åííûå ïðè ìåõàíè÷åñêîì
èçìåëü÷åíèè ÄÍÊ, ïðèâåäåíû â [2].
Öåëüþ äàííîé ðàáîòû áûëî èññëåäîâàíèå ìåõàíèçìà ìåõàíè÷åñêîé
äåñòðóêöèè ÄÍÊ ìåòîäîì ýëåêòðîííîãî ïàðàìàãíèòíîãî ðåçîíàíñà.
2. Ìåòîäèêà ýêñïåðèìåíòà. Êîíöåíòðàöèè ñâîáîäíûõ ðàäèêàëîâ, âîçíèêàþùèõ ïðè îäíîêðàòíûõ ìåõàíè÷åñêèõ âîçäåéñòâèÿõ, ñðàâíèòåëüíî ìàëû
[3], ÷òî çàòðóäíÿåò êà÷åñòâåííîå, à òåì áîëåå êîëè÷åñòâåííîå èçó÷åíèå èõ
ïðèðîäû, ñâîéñòâ è ðåàêöèîííîñïîñîáíîñòè. Äëÿ ïîëó÷åíèÿ íåîáõîäèìûõ
êîíöåíòðàöèé ñâîáîäíûõ ðàäèêàëîâ áûë èñïîëüçîâàí ìåòîä ìíîãîêðàòíûõ
ìåõàíè÷åñêèõ âîçäåéñòâèé.
Ñ ýòîé öåëüþ äèñïåðãèðîâàíèå îáðàçöîâ
îñóùåñòâëÿëîñü â âèáðàöèîííîé ëàáîðàòîðíîé ìèêðîìåëüíèöå ñî ñòåêëÿííûì
ðàáî÷èì ñîñóäîì è ñòåêëÿííûìè øàðàìè [4]. Äàííàÿ ìåòîäèêà îáëàäàåò
ðÿäîì ïðåèìóùåñòâ: ïîçâîëÿåò ðàáîòàòü â âûñîêîì âàêóóìå èëè íà âîçäóõå,
â øèðîêîì èíòåðâàëå òåìïåðàòóð – îò 77 äî 500 Ê; ïîñëå èçìåëü÷åíèÿ,
áåç êîíòàêòà îáðàçöîâ ñ àòìîñôåðîé, ìîæíî èçìåðÿòü ñïåêòðû ÝÏÐ. Äëÿ
ïðåäîòâðàùåíèÿ âòîðè÷íûõ ðåàêöèé îáðàçóþùèõñÿ ñâîáîäíûõ ðàäèêàëîâ áûë
èñïîëüçîâàí ìåòîä äåñòðóêöèè èçîëèðîâàííûõ ìàêðîìîëåêóë, çàêëþ÷àþùèéñÿ â äèñïåðãèðîâàíèè ðàçáàâëåííûõ çàìîðîæåííûõ (77 Ê) ðàñòâîðîâ ÄÍÊ.
Ðèñ. 1. Ðîñò êîíöåíòðàöèè ïàðàìàãíèòíûõ öåíòðîâ âî âðåìÿ èçìåëü÷åíèÿ ÄÍÊ 1
ïðè 80 Ê â àòìîñôåðå ãåëèÿ. Îïèñàíèå ðåàêöèîííîãî ñîñóäà ñì. â ðàçäåëå
Ìåòîäèêà ýêñïåðèìåíòà.
Ðåàêöèîííûé ñîñóä (ðèñ. 1), â êîòîðîì ïðîâîäèëîñü äèñïåðãèðîâàíèå,
è øàðû áûëè èçãîòîâëåíû èç ìîëèáäåíîâîãî ñòåêëà.
Óçêàÿ ïðîáèðêà
â âåðõíåé ÷àñòè ðàáî÷åãî ñîñóäà ïðåäíàçíà÷åíà äëÿ èçìåðåíèÿ ñïåêòðîâ
4 8
ÝÏÐ: äëÿ íåå ïîäáèðàëèñü ñòåêëà, êîòîðûå íå îáíàðóæèâàëè ñèãíàëà ÝÏÐ
ïîãëîùåíèÿ. Äëÿ îáåçãàæèâàíèÿ îáðàçöîâ è óäàëåíèÿ âëàãè ðàáî÷èé ñîñóä
ñ èññëåäóåìûì âåùåñòâîì ïîäñîåäèíÿëñÿ ê âàêóóìíîé óñòàíîâêå (âàêóóì
ïîðÿäêà 1 :3 £ 1 0 ¡2 – 1 :3 £ 1 0 ¡3 Ïà). Äëÿ äèñïåðãèðîâàíèÿ ðàáî÷èé ñîñóä
ñ ïîìîùüþ ïåíîïëàñòîâûõ äåðæàòåëåé æåñòêî çàêðåïëÿëñÿ íà ñòîéêàõ
âèáðàòîðà, ñîâåðøàþùåãî âåðòèêàëüíûå êîëåáàíèÿ.
Äëÿ ïîääåðæàíèÿ
ïîñòîÿííîé òåìïåðàòóðû ïðè äèñïåðãèðîâàíèè ðàáî÷èé ñîñóä ïîãðóæàëè
â ñîñóä Äüþàðà ñ òåðìîñòàòèðóþùåé æèäêîñòüþ. Áîëüøèíñòâî îïûòîâ
áûëî âûïîëíåíî ïðè òåìïåðàòóðå æèäêîãî àçîòà (77 Ê). Ñðàçó ïîñëå
äèñïåðãèðîâàíèÿ èçìåëü÷åííîå âåùåñòâî ïåðåñûïàëè â óçêóþ ïðîáèðêó â
âåðõíåé ÷àñòè ðåàêöèîííîãî ñîñóäà è ìîìåíòàëüíî ïåðåíîñèëè â ñîñóä
Äüþàðà ñïåöèàëüíîé ôîðìû ñ æèäêèì àçîòîì, ïîìåùåííûì â ðåçîíàòîðå
ñïåêòðîìåòðà ÝÏÐ. Çà âðåìÿ ýòîé ïðîöåäóðû (íåñêîëüêî ñåêóíä) òåìïåðàòóðà
ðåàêöèîííîãî ñîñóäà íå óñïåâàëà èçìåíèòüñÿ. Òàêèì îáðàçîì âñå îïåðàöèè,
íà÷èíàÿ îò èçìåëü÷åíèÿ âåùåñòâà è êîí÷àÿ ðåãèñòðàöèåé ñïåêòðîâ ÝÏÐ,
ìîæíî áûëî âûïîëíÿòü â âàêóóìå ïðè òåìïåðàòóðå æèäêîãî àçîòà. Áîëåå
ïîäðîáíî ýòà ìåòîäèêà îïèñàíà â [4].
Ñïåêòðû ÝÏÐ ðåãèñòðèðîâàëèñü íà ðàäèîñïåêòðîìåòðå ÐÝ-1306 ñ ÷àñòîòîé ÑÂ× êîëåáàíèé 9.4 Ããö. ×óâñòâèòåëüíîñòü 5 £ 1 0 10 ñïèí/Ãñ. Ýòàëîíîì
øèðèíû ëèíèè ÝÏÐ ñëóæèëè ïîëèêðèñòàëëè÷åñêèå îáðàçöû ïàðàìàãíèòíûõ
èîíîâ Ìn2+ â êóáè÷åñêîé ðåøåòêå ÌgÎ. Ñïåêòð ýòîãî ñîåäèíåíèÿ ñîñòîèò èç
6 êîìïîíåíò ñâåðõòîíêîé ñòðóêòóðû (ñòñ) ñ øèðèíîé îòäåëüíîé êîìïîíåíòû
0.2 ìÒ è ðàññòîÿíèåì ìåæäó 3-é è 4-é ëèíèÿìè 8.74 ìÒ.
Äàííûå, ïîëó÷åííûå íàìè ðàíåå [7] ïðè äèñïåðãèðîâàíèè ïðåïàðàòîâ
ÄÍÊ ñ ñîäåðæàíèåì áåëêà áîëåå 2%, ïîêàçàëè, ÷òî â ñïåêòðàõ ÝÏÐ
ïðåîáëàäàþò ëèíèè, íàáëþäàåìûå ïðè äèñïåðãèðîâàíèè ïðåïàðàòîâ ÷èñòûõ
áåëêîâ. Ïîýòîìó â äàííîé ðàáîòå èñïîëüçîâàëè ïðåïàðàòû ÄÍÊ, ñïåöèàëüíî
î÷èùåííûå îò áåëêà. Èç òèìóñà òåëåíêà ñîãëàñíî ìåòîäèêàì, ïðèâåäåííûì
â [8,9], áûëè âûäåëåíû ïðåïàðàòû ÄÍÊ 1 (ñîäåðæàíèå áåëêà 1.6%) è ÄÍÊ 2
(ñîäåðæàíèå áåëêà 0.1%), ïðîöåíòíîå ñîäåðæàíèå áåëêà îïðåäåëÿëè ñîãëàñíî [10].
Áûëè âûïîëíåíû äâå ñåðèè èçìåðåíèé ñïåêòðîâ ÝÏÐ:
1) ïðè äèñïåðãèðîâàíèè îáåçãàæåííûõ è òùàòåëüíî âûñóøåííûõ ïðåïàðàòîâ ÄÍÊ. Îáðàçöû îáåçâîæèâàëè äî îñòàòî÷íîãî ðàâíîâåñíîãî äàâëåíèÿ
âîäÿíûõ ïàðîâ 0.13 Ïà;
2) ïðè äèñïåðãèðîâàíèè çàìîðîæåííûõ âîäíûõ ðàñòâîðîâ ÄÍÊ (äåñòðóêöèÿ èçîëèðîâàííûõ ìàêðîìîëåêóë). Âî âñåõ îïûòàõ îáðàçöû äèñïåðãèðîâàëèñü â âàêóóìå ïðè 77 Ê. Ñïåêòðû ÝÏÐ ðåãèñòðèðîâàëèñü ïðè òîé æå
òåìïåðàòóðå. Êîíöåíòðàöèÿ ÄÍÊ â ðàñòâîðàõ ñîñòàâëÿëà 0.5 ìã/ìë.
4 9
3. Ðåçóëüòàòû ýêñïåðèìåíòà. Ïîñëå ìåõàíè÷åñêîé îáðàáîòêè âûñóøåííûõ ïðåïàðàòîâ êîíöåíòðàöèÿ ñâîáîäíûõ ðàäèêàëîâ â îáðàçöàõ äîñòèãàëà
çíà÷åíèé 1 0 18 ¡ 1 0 19 ã¡1 . Ïðè ïðîäîëæèòåëüíîì äèñïåðãèðîâàíèè (äî 7 ÷ è
áîëåå) ïàðàìåòðû ñïåêòðîâ ÝÏÐ îñòàâàëèñü áåç èçìåíåíèé, à êîíöåíòðàöèÿ
ðàäèêàëîâ ðîñëà ïî ëèíåéíîìó çàêîíó (ñì. ðèñ. 1). Ñêîðîñòü îáðàçîâàíèÿ
ñâîáîäíûõ ðàäèêàëîâ â ÄÍÊ áûëà 1018 ñïèí /÷àñ, âûõîä ìåõàíè÷åñêîãî
ðàçðûâà ñâÿçåé 10¡2 ðàäèêàë/100 ýÂ (ò.å.
÷èñëî ðàäèêàëîâ íà 100 ýÂ
çàòðà÷åííîé ìåõàíè÷åñêîé ýíåðãèè). Ñïåêòð ÝÏÐ â ïðîäóêòàõ äèñïåðãèðîâàíèÿ ñóõîãî ïðåïàðàòà ÄÍÊ 1 ïðè 77 Ê – ïëîõî ðàçðåøåííûé ñèãíàë ñ g = 2 :0 0 3
(ðèñ. 2,à). Â ïðîöåññå ðàçìîðàæèâàíèÿ è äàëüíåéøåãî ïðîãðåâàíèÿ îáðàçöà â
âàêóóìå âáëèçè 310 – 350 Ê ñíà÷àëà óìåíüøàþòñÿ, à çàòåì èñ÷åçàþò êðàéíèå
êîìïîíåíòû, íàõîäÿùèåñÿ äðóã îò äðóãà íà ðàññòîÿíèè 6.0 ìÒ. Â èíòåðâàëå
340 – 400 Ê ôîðìà ñïåêòðà ìàëî ìåíÿåòñÿ è ñîñòîèò â îñíîâíîì èç äâóõ
ñèãíàëîâ: äóáëåòà ñ ¢ = 1 :6 § 0 :1 ìÒ è îäèíî÷íîé ëèíèè ñ ¢ = 1 § 0 :1 ìÒ
(ðèñ. 2,á). Ïðè 420 Ê ñîõðàíÿþòñÿ òîëüêî íàèáîëåå ñòàáèëüíûå ðàäèêàëû,
ñîîòâåòñòâóþùèå îäèíî÷íîé ëèíèè. Èçìåíåíèå êîíöåíòðàöèè ðàäèêàëîâ ïðè
ñòóïåí÷àòîì íàãðåâàíèè îáðàçöîâ íà âîçäóõå è â âàêóóìå ïðèâåäåíî íà ðèñ. 3.
Ðèñ. 2. Ñïåêòðû ÝÏÐ ïðîäóêòîâ äèñïåðãèðîâàíèÿ ÄÍÊ: à – ñóõîãî ïðåïàðàòà ÄÍÊ
1 ïðè 77 Ê â âàêóóìå; á – åãî ïðåâðàùåíèå ïðè ïîâûøåíèè òåìïåðàòóðû äî 353 Ê â
âàêóóìå; â – ïîñëå äèñïåðãèðîâàíèÿ âîäíîãî ðàñòâîðà ÄÍÊ 2 ïðè 77 Ê â âàêóóìå; ã
– ïîñëå ïðîãðåâà â âàêóóìå äî 195 Ê âîäíîãî ðàñòâîðà ÄÍÊ 2, äèñïåðãèðîâàííîãî
ïðè 77 Ê.
Ñïåêòðû ÝÏÐ â çàìîðîæåííûõ âîäíûõ ðàñòâîðàõ ÄÍÊ (ðèñ. 2, â,ã)
îòëè÷àþòñÿ îò ñïåêòðîâ â âûñóøåííûõ îáðàçöàõ – îíè ëó÷øå ðàçðåøåíû
è ñîäåðæàò ëèíèè ñèãíàëà èç 5 êîìïîíåíò ñòñ ñ ðàñùåïëåíèåì ¢ = 1 :8 § 0 :1
ìÒ. Âûøå òåìïåðàòóðû 220 Ê ñïåêòð ÝÏÐ ýòèõ ðàäèêàëîâ íå íàáëþäàåòñÿ.
Ïðè ðàçìîðàæèâàíèè íà âîçäóõå ðàäèêàëû â âîäíûõ ðàñòâîðàõ ÄÍÊ ïðè 170
Ê ïðèñîåäèíÿþò ìîëåêóëó êèñëîðîäà è ñïåêòð ïðåâðàùàåòñÿ â àíèçîòðîïíûé
5 0
ñèãíàë ïåðåêèñíûõ ðàäèêàëîâ, ïàðàìåòðû ñïåêòðà êîòîðîãî õàðàêòåðíû äëÿ
ðàäèêàëà
ÑÎβ [11]. Ýòî óêàçûâàåò íà òî, ÷òî â èñõîäíîì ðàäèêàëå
âåðîÿòíåå âñåãî ñâîáîäíàÿ âàëåíòíîñòü ëîêàëèçîâàíà íà àòîìå óãëåðîäà çâåíà
äåçîêñèðèáîçû.
Ðèñ. 3. Îòíîñèòåëüíàÿ óñòîé÷èâîñòü ñâîáîäíûõ ðàäèêàëîâ â ïðåïàðàòå ÄÍÊ 1 ïðè
íàãðåâàíèè â âàêóóìå (à) è íà âîçäóõå (á).
4. Îáñóæäåíèå ðåçóëüòàòîâ. Â ôðàãìåíòå öåïè ÄÍÊ îáðàçîâàíèå
àëêèëçàìåùåííûõ ðàäèêàëîâ ñ ëîêàëèçàöèåé ñâîáîäíîé âàëåíòíîñòè íà àòîìå
óãëåðîäà çâåíà äåçîêñèðèáîçû âîçìîæíî ïðè ðàçðûâå ñàõàðíî-ôîñôàòíûõ
ñâÿçåé ïðè àòîìàõ óãëåðîäà Ñ(3) èëè Ñ(5) äåçîêñèðèáîçû. Ïðîâåäåíèå
äåòàëüíîãî àíàëèçà êîíôîðìàöèé ñ èñïîëüçîâàíèåì äàííûõ, ïîëó÷åííûõ
ìåòîäàìè ðåíòãåíîñòðóêòóðíîãî àíàëèçà, êàê ýòî âûïîëíåíî äëÿ ãëþêîïèðàíîçíîãî êîëüöà [12], íå ïðåäñòàâëÿåòñÿ âîçìîæíûì, òàê êàê â ðàäèêàëå ñ
ëîêàëèçàöèåé íåñïàðåííîãî ýëåêòðîíà íà Ñ(5), ââèäó îòíîñèòåëüíîé ñâîáîäû
âðàùåíèÿ ãðóïïû Ñ(5)Í2 âîêðóã Ñ(4) – Ñ(5) ñâÿçè, óãîë ïîâîðîòà ïî ýòîé ñâÿçè
óñòàíîâèòü íåëüçÿ è, ñîîòâåòñòâåíî, òðóäíî ïðîäåìîíñòðèðîâàòü ðàñùåïëåíèå
íà ¯-ïðîòîíå.  ñëó÷àå ëîêàëèçàöèè íåñïàðåííîãî ýëåêòðîíà íà Ñ(3) òî÷íàÿ
îöåíêà âêëàäà ¯-ïðîòîíîâ ó Ñ(2) òàêæå íåâîçìîæíà, òàê êàê çíà÷åíèÿ
êîíôèãóðàöèîííûõ óãëîâ ¯-ïðîòîíîâ ó Ñ(2) ìåòîäàìè êðèñòàëëîãðàôèè íå
îïðåäåëÿþòñÿ. Ñïåêòð ÝÏÐ èç 5 êîìïîíåíò ñòñ ñ îáùåé øèðèíîé îêîëî 8 ìÒ
ìîæåò ñîîòâåòñòâîâàòü êàê ðàäèêàëàì, ãäå íåñïàðåííûé ýëåêòðîí ëîêàëèçîâàí
íà àòîìå Ñ(5), òàê è íà àòîìå Ñ(3).  ïåðâîì ñëó÷àå êîíñòàíòà ñòñ ó ¯ïðîòîíà äîëæíà áûòü ïðèìåðíî âäâîå áîëüøå êîíñòàíòû ñòñ ó ®-ïðîòîíà,
ðàâíîé aH [®] ¼ 2 :0 ìÒ. Âî âòîðîì ñëó÷àå êîíñòàíòà ñòñ äëÿ ¯-ïðîòîíà ïðè
àòîìå óãëåðîäà Ñ(4) äîëæíà áûòü áëèçêa ê aH [®] ¼ 2 :0 ìÒ, à èç äâóõ ¯-ïðîòîíîâ
äåçîêñèãðóïïû âêëàä â ñòñ îäíîãî äîëæåí áûòü ìèíèìàëüíûì è ñîñòàâëÿòü
íåñêîëüêî äåñÿòûõ ìÒ, à äðóãîãî – ìàêñèìàëüíûì è áëèçêèì ê 3.5 ìÒ. È â òîì,
è â äðóãîì ñëó÷àå ñòðóêòóðà ñïåêòðà áóäåò îäèíàêîâà è áëèçêà ê êâèíòèïëåòó,
ñ ñîîòíîøåíèåì èíòåíñèâíîñòåé 1:2:2:2:1 è ðàññòîÿíèåì ìåæäó ëèíèÿìè îêîëî
2.0 ìÒ.
5 1
Ìåõàíè÷åñêàÿ äåñòðóêöèÿ ÄÍÊ â ïðèíöèïå ìîæåò îñóùåñòâëÿòüñÿ
ïî ðàçëè÷íûì ìåõàíèçìàì.  [13] áûëà âûñêàçàíà ãèïîòåçà î òîì, ÷òî
ìåõàíè÷åñêèé ðàçðûâ ðàçëè÷íûõ ïî ïðèðîäå õèìè÷åñêèõ ñâÿçåé (èîííûå,
êîâàëåíòíûå) áóäåò îñóùåñòâëÿòüñÿ ïðåèìóùåñòâåííî ïî ãîìîëèòè÷åñêîìó
ìåõàíèçìó, ñ îáðàçîâàíèåì ñâîáîäíûõ ðàäèêàëîâ. Âîçíèêíîâåíèå èîííûõ
(èîíðàäèêàëüíûõ) ñîñòîÿíèé íà ãðàíè÷íûõ (êîíöåâûõ) àòîìàõ ýíåðãåòè÷åñêè
ìåíåå âûãîäíî, òàê êàê íà ðàçäåëåíèå çàðÿäîâ íåîáõîäèìî çàòðàòèòü
äîïîëíèòåëüíóþ ýíåðãèþ, ðàâíóþ I ¡ A, ãäå I – ïîòåíöèàë èîíèçàöèè, A –
ñðîäñòâî ê ýëåêòðîíó ãðàíè÷íûõ àòîìîâ.
Äëÿ îáúÿñíåíèÿ ìåõàíîýìèññèîííûõ ÿâëåíèé – âûáðîñà ýëåêòðîíîâ,
ëþìèíåñöåíöèè è äð., êîòîðûå ðàçâèâàþòñÿ îäíîâðåìåííî ñ ìåõàíè÷åñêîé
äåñòðóêöèåé, â [14] áûë ïðåäëîæåí àâòîèîíèçàöèîííûé ìåõàíèçì ðàçðûâà
ñâÿçåé, ïðèâîäÿùèé ê îáðàçîâàíèþ èîíðàäèêàëîâ ïîä äåéñòâèåì ìåõàíè÷åñêèõ íàïðÿæåíèé. Ñîãëàñíî [15,16] ïðè ìåõàíè÷åñêîì äåôîðìèðîâàíèè
õèìè÷åñêèõ ñâÿçåé ñíèæàåòñÿ èõ ïîòåíöèàë èîíèçàöèè è ñîçäàþòñÿ áëàãîïðèÿòíûå óñëîâèÿ äëÿ ïåðåõîäà ýëåêòðîíà â ñòðóêòóðíóþ ëîâóøêó èëè ê
ìîëåêóëàì-ïðèìåñÿì, îáëàäàþùèì ýëåêòðîíîàêöåïòîðíûìè ñâîéñòâàìè.
Áàëàíñ ýíåðãèè ïðè àâòîèîíèçàöèîííîì ìåõàíèçìå îïðåäåëÿåòñÿ ñîîòíîøåíèåì
¢ E ¸ I ¡ A ¡ EP ¡ EQ :
(1 )
Çäåñü I – ïîòåíöèàë èîíèçàöèè äåôîðìèðîâàííîé ñâÿçè, A – ñðîäñòâî
ê ýëåêòðîíó àêöåïòîðà, EP – ýíåðãèÿ ïîëÿðèçàöèè, EQ – êóëîíîâñêàÿ
ýíåðãèÿ âçàèìîäåéñòâèÿ ðàçäåëåííûõ çàðÿäîâ.  òîì ñëó÷àå, êîãäà ¢ E
áîëüøå ñóììû â ïðàâîé ÷àñòè óðàâíåíèÿ, ñòàíîâèòñÿ âîçìîæíûì ïåðåíîñ
ýëåêòðîíà ñ äåôîðìèðîâàííîé ñâÿçè íà àêöåïòîð; òîãäà â àêòå äåñòðóêöèè
áóäåò ðàñïàäàòüñÿ îáðàçîâàâøèéñÿ êàòèîí ðàäèêàë » C ² ».
 ÄÍÊ ðîëü ïðèìåñè-àêöåïòîðà ýëåêòðîíîâ ìîãóò èãðàòü áîêîâûå
ãðóïïû, òàêèå êàê òèìèí, êîòîðûå, êàê áûëî óñòàíîâëåíî â [17] , çàõâàòûâàþò
è ñòàáèëèçèðóþò ýëåêòðîí, âîçíèêàþùèé ïðè îáëó÷åíèè âîäíûõ ðàñòâîðîâ
ÄÍÊ. Òåì ñàìûì â ÄÍÊ ñóùåñòâóþò áëàãîïðèÿòíûå óñëîâèÿ äëÿ îñóùåñòâëåíèÿ àâòîèîíèçàöèîííîãî ìåõàíèçìà. Äàííûõ î ñíèæåíèè ïîòåíöèàëîâ
èîíèçàöèè ðàçëè÷íûõ òèïîâ ñâÿçåé â îñíîâíîé öåïè ÄÍÊ, à òàêæå î
âåëè÷èíå äðóãèõ ïàðàìåòðîâ, âõîäÿùèõ â ñîîòíîøåíèå (1), â ëèòåðàòóðå íåò,
ïîýòîìó íåâîçìîæíî çàðàíåå ïðåäñêàçàòü, êàêîé ìåõàíèçì äåñòðóêöèè áóäåò
îñóùåñòâëÿòüñÿ.
Êàê ñëåäóåò èç ðåçóëüòàòîâ âûïîëíåííîãî èññëåäîâàíèÿ ïðîöåññà ìåõàíè÷åñêîé äåñòðóêöèè ÄÍÊ â âîäíûõ ðàñòâîðàõ, ïðè àâòîèîíèçàöèîííîì
ìåõàíèçìå äåñòðóêöèè ñëåäîâàëî îæèäàòü âîçíèêíîâåíèÿ àíèîí-ðàäèêàëîâ,
îáðàçóþùèõñÿ ïðè çàõâàòå ýëåêòðîíà îñíîâàíèåì, è èõ äàëüíåéøåãî ïðåâ5 2
ðàùåíèÿ â ðàäèêàëû ïðèñîåäèíåíèÿ ñî ñïåêòðîì ÝÏÐ øèðèíîé áîëåå
10 ìÒ. Ñëåäîâ êðàéíèõ ëèíèé ýòèõ ðàäèêàëîâ â ñïåêòðå ÝÏÐ ïðîäóêòîâ
ìåõàíè÷åñêîé äåñòðóêöèè èçîëèðîâàííûõ ìîëåêóë â âîäíîì ðàñòâîðå íå
îáíàðóæåíî, è ïîýòîìó ìîæíî óòâåðæäàòü, ÷òî â ÄÍÊ ðåàëèçóåòñÿ íå
àâòîèîíèçàöèîííûé, à ãîìîëèòè÷åñêèé ìåõàíèçì äåñòðóêöèè. Âêëàä àâòîèîíèçàöèîííîãî ìåõàíèçìà åñëè è åñòü, òî íå ïðåâûøàåò íåñêîëüêèõ ïðîöåíòîâ.
Òàêèì îáðàçîì, ñëåäóåò ïîëàãàòü, ÷òî ïðè âîçäåéñòâèè íà ÄÍÊ ìåõàíè÷åñêèõ íàïðÿæåíèé èìååò ìåñòî ãîìîëèòè÷åñêèé ìåõàíèçì äåñòðóêöèè, â
ðåçóëüòàòå êîòîðîãî ïîðàæàþòñÿ ôîñôîäèýôèðíûå ñâÿçè îñíîâíîé öåïè ÄÍÊ
ñ ëîêàëèçàöèåé ñâîáîäíîé âàëåíòíîñòè ó Ñ(3) èëè Ñ(5) àòîìîâ óãëåðîäà çâåíà
äåçîêñèðèáîçû.
Èíñòèòóò ôèçè÷åñêèõ èññëåäîâàíèé ÍÀÍ ÐÀ
Ã. Â. Àáàãÿí
Èññëåäîâàíèå ìåõàíèçìà ìåõàíè÷åñêîé äåñòðóêöèè ÄÍÊ ìåòîäîì ÝÏÐ
Ìåòîäîì ýëåêòðîííîãî ïàðàìàãíèòíîãî ðåçîíàíñà èññëåäîâàí ìåõàíèçì äåñòðóêöèè ÄÍÊ ïðè ìåõàíè÷åñêèõ âîçäåéñòâèÿõ.
îñóùåñòâëÿåòñÿ ïî ãîìîëèòè÷åñêîìó ìåõàíèçìó.
Ïîêàçàíî, ÷òî äåñòðóêöèÿ ÄÍÊ
Ïîä äåéñòâèåì ìåõàíè÷åñêèõ
íàïðÿæåíèé ïîðàæàþòñÿ Ñ(3) èëè Ñ(5) ôîñôîäèýôèðíûå ñâÿçè îñíîâíîé öåïè ÄÍÊ.
Ð. à. ²´²ÔÚ²Ü
¸ÜÂ-Ç Ù»Ë³ÝÇÏ³Ï³Ý ¹»ëïñáõÏódzÛÇ Ù»Ë³ÝǽÙÇ Ñ»ï³½áïáõÙÁ ¾äè Ù»Ãá¹áí
¾äè Ù»Ãá¹áí ѻﳽáïí³Í ¿ ¸ÜÂ-Ç ¹»ëïñáõÏódzÛÇ Ù»Ë³ÝǽÙÁ ٻ˳ÝÇϳϳÝ
³½¹»óáõÃÛáõÝÝ»ñÇ Å³Ù³Ý³Ï: òáõÛó ¿ ïñí³Í, áñ ¸ÜÂ-Ç ¹»ëïñáõÏóÇ³Ý ï»ÕÇ ¿ áõÝ»ÝáõÙ
ÑáÙáÉÇïÇÏ Ù»Ë³ÝǽÙáí: ػ˳ÝÇÏ³Ï³Ý É³ñáõÙÝ»ñÇ ³½¹»óáõÃÛ³Ý Ý»ñùá íݳëíáõÙ »Ý ¸ÜÂ-Ç
ÑÇÙÝ³Ï³Ý ßÕóÛÇ C(3) ϳ٠C(5) ýáëýá¹Ç»Ã»ñ³ÛÇÝ Ï³å»ñÁ:
G. V. Abaghyan
Investigation of Mechanism of DNA Mechanical Destruction by ESR Method
The mechanism of mechanical destruction of DNA has been investigated by the ESR
method. It is shown that the destruction of DNA takes place according to the homolitic
5 3
mechanism. Under the influence of mechanical action, the C(3) or C(5) phosphodietheric
bonds of DNA main chain are damaged.
Ëèòåðàòóðà
1. Áóòÿãèí Ï.Þ., Áåðëèí À.À., Êàëìàíñîí À.Ý, Áëþìåíôåëüä Ë.À. - ÂÌÑ. 1959.
Ò. 1. N 6. Ñ. 865-868.
2. Àáàãÿí Ã.Â., Áóòÿãèí Ï.Þ. - Áèîôèçèêà. 1965. Ò. 10. N 5. Ñ. 763-765.
3. Áðåñëåð Ñ.Å., Êàçáåêîâ Ý.Í., Ñàìèíñêèé Å.Ì. - ÂÌÑ. 1959. Ò. 1. N1. Ñ. 132137.
4. Àáàãÿí Ã.Â. Ñâîáîäíîðàäèêàëüíûå ïðîöåññû ïðè ðàçëè÷íûõ ôèçè÷åñêèõ
âîçäåéñòâèÿõ íà òâåðäûå óãëåâîäû è ÄÍÊ. Àâòîðåô. äîêò. äèñ. Ì. Èí-ò õèì.ôèçèêè,
ÀÍ ÑÑÑÐ. 1985. 345 ñ.
5. Huang J., Moore J.A., Acquaye J.H., Kaner R.B. - Macromolecules. 2005. V.
38. P. 317-321.
6. Dushkin A.V. - Chemistry for Sustainable Development. 2004. V. 12. N3.
P. 251-274.
7.
Àáàãÿí Ã.Â., Áóòÿãèí Ï.Þ. - Â ñá.: Ñâîáîäíîðàäèêàëüíûå ïðîöåññû â
áèîëîãè÷åñêèõ ñèñòåìàõ. Òðóäû ÌÎÈÏ. Ì. Íàóêà. 1966. C. 126-133.
8. Zubay G., Doty P. - J. Molec. Biology. 1959. V. 1. N1. P. 1-20.
9. Schwander H., Singer R. - Helv. Chim. Acta. 1950. V. 33. N6. P. 1521-1526.
10. Lowry O.H., Roserbrough N. J., Farr A. L., Randale R.J. - J. Biol. Chem. 1951.
V. 193. N1. P. 265-277.
11. Öâåòêîâ Þ.Ä., Ìîëèí Þ.Í., Âîåâîäñêèé Â.Â. - ÂÌÑ.1959. Ò. 1. N12.
Ñ. 1805-1811.
12. Àáàãÿí Ã.Â., Àáàãÿí À.Ã., Àïðåñÿí À.Ñ. - Èçâ. ÍÀÍ Àðìåíèè. Ôèçèêà.
1998. Ò. 33. N1. Ñ.41-48.
13. Áóòÿãèí Ï.Þ. - Óñïåõè õèìèè. 1971. Ò. 40. N11. Ñ. 1935-1960.
14. Çàêðåâñêèé Â.À., Ïàõîòèí Â.À. - Ìåõàíèêà êîìïîçèòíûõ ìàòåðèàëîâ. 1981.
Ò. 1. Ñ. 139-142.
15. Çàêðåâñêèé Â.À., Ïàõîòèí Â.À., Âàéòêåâè÷ Ñ.Ê. - Ôèçèêà òâ. òåëà. 1979.
Ò. 21. N3. Ñ. 723-729.
16. Ãóáàíîâ À.È. Â ñá.: Ìåõàíèêà ïîëèìåðîâ. 1978. Ò. 5. Ñ. 771-775.
17. Àáàãÿí Ã.Â., Áóòÿãèí Ï.Þ. - Áèîôèçèêà. 1969. Ò. 14. N5. Ñ. 785-791.
5 4