ЗАНЯТИЕ № 11

ТЕМА: Метод электронного парамагнитного резонанса в исследованиях свойств биосистем

Цель: Изучить принцип метода ЭПР и возможности его применения в медико-биологических исследованиях

Явление ЭПР заключается в том, что парамагнитные частицы, помещенные в постоянное магнитное поле, поглощают микроволновое электромагнитное излучение определенной (резонансной) частоты.

Электрон обладает магнитным моментом, ориентация которого во внешнем магнитном поле характеризуется спиновым квантовым числом M_S =±¹/₂. Условия резонанса обычно выражают в виде

Δ E=hv=gβ H,

где g – безразмерная постоянная, называемая фактором Ланде и равная 2, 0023 (g -фактор это отношение магнитного момента электрона к его спиновому угловому моменту), а β – магнетон Бора, равный eh/2π mc.

Аппаратурные особенности спектрометров ЭПР (в поле 3400 Гс на частоте 9, 5 ГГц) обычно приводят к тому, что регистрируется первая производная линий поглощения.

В большинстве молекул, согласно принципу Паули, электроны образуют пары с противоположно направленными спинами. Поэтому с такими молекулами наблюдать ЭПР не удается. Лишь немногие молекулы (O₂, NO, NO₂) содержат один или несколько неспаренных электронов в своем основном состоянии и для всех таких молекул наблюдается спектр ЭПР.

Сверхтонкое расщепление возникает при наличии магнитного взаимодействия между неспаренным электроном и ядром. Расстояние между линиями сверхтонкой структуры дает константу сверхтонкого взаимодействия.

Вопросы для рассмотрения на занятии:

1. Принцип метода ЭПР. Механический и магнитный моменты электрона. Магнетон Бора.

2. Эффект Зеемана. Основное уравнение резонанса. G-фактор.

3. Характеристики спектров ЭПР: амплитуда, форма линии, ширина линии.

4. Времена продольной и поперечной релаксации (T₁, T₂).

5. Расщепление линий. Сверхтонкая структура спектров ЭПР.

6. Устройство радиоспектрометра ЭПР.

7. Зависимость характеристик спектра ЭПР от параметров среды.

8. Применение ЭПР в медико-биологических исследованиях.

· Естественные сигналы ЭПР, наблюдаемые в биологических системах.

· Метод спиновых меток и зондов.

· Метод спиновых ловушек.

Самостоятельная работа

1. Для регистрации спектров ЭПР ферродоксинов, цитохромов, пластоцианов приходится проводить измерение при достаточно низких температурах (вплоть до 4-20 К). Почему?

2. Измеряя интенсивность радиационно-индуцированного сигнала ЭПР, можно определить дозу ионизирующего излучения, поглощенного организмом (человеком) в течении всей его жизни. Предположите месторасположение такого стабильного радиационно-индуцированного парамагнитного центра.

3. С помощью спиновых меток было показано, что липидные мембраны имеют неоднородный профиль «жесткости». Как? Какой?

4. Как с помощью спиновых меток можно узнать о том, что в цитоплазматической мембране появились дефекты (разрывы, поры)?

Литература

· Блюменфельд Л.А. Тихонов А.Н. Электронный парамагнитный резонанс // СОЖ, №9, 1997, стр. 91-99

· Тихонов А.Н. Электронный парамагнитный резонанс в биологии // СОЖ, №11, 1997, стр. 8-15

· Тихонов А.Н. Спиновые метки // СОЖ, №1, 1998, стр. 8-15

· Чанг Р. Физическая химия с приложениями к биологическим системам. – М., 1980, стр. 208-210

· Ингрем Д. Электронный парамагнитный резонанс в биологии. – М., 1972