Nội dung được dịch bởi AI, chỉ mang tính chất tham khảo
Các trạng thái kích thích điện tử của mạch tóc guanine-cytosine và đôi mạch được nghiên cứu bằng phương pháp cảm quang huỳnh quang
Tóm tắt
Các mạch tóc guanine-cytosine, chứa cầu hexaethylene glycol, được nghiên cứu bằng quang phổ huỳnh quang trạng thái ổn định và đo đếm photon đơn thời gian liên tục; các tính chất của chúng được so sánh với các đôi mạch có cùng chuỗi. Kết quả cho thấy, cả trong mạch tóc và trong đôi mạch, cặp cơ sở làm suy giảm huỳnh quang ππ*, khi năng suất lượng tử giảm ít nhất hai bậc. Khi kích thước của hệ thống tăng từ hai đến mười cặp cơ sở, một thành phần huỳnh quang suy giảm trong khoảng thời gian nano giây xuất hiện ở năng lượng cao hơn so với năng lượng xuất phát từ các trạng thái sáng của các mono-nucleotide không tương tác (khoảng 330 nm). Đối với mười cặp cơ sở, huỳnh quang mới này hình thành một dải rõ ràng với đỉnh tại 305 nm. Cường độ của nó cao hơn khoảng 20% so với đôi mạch. Vị trí của nó (đỏ dịch xuống 1600 cm-1) và độ rộng (rộng hơn 1800 cm-1 FWHM) khác với những gì quan sát được ở các đôi mạch lớn chứa 1000 cặp cơ sở, điều này gợi ý sự tham gia của liên kết điện tử. Ánh sáng huỳnh quang phân cực cho thấy rằng các trạng thái kích thích chịu trách nhiệm cho phát xạ năng lượng cao không được làm đầy trực tiếp ngay khi hấp thụ photon mà đạt được trong quá trình thư giãn. Chúng được phân loại thành các trạng thái chuyển giao điện tích. Theo hình ảnh xuất hiện, biên độ của các chuyển động cấu hình xác định việc xảy ra việc giải hoạt tức thì xuống trạng thái cơ bản hay phát xạ từ các trạng thái chuyển giao điện tích, trong khi huỳnh quang ππ* liên quan đến việc cặp cơ sở không hoàn hảo.
Từ khóa
#huỳnh quang #mạch tóc guanine-cytosine #đôi mạch #năng suất lượng tử #chuyển giao điện tíchTài liệu tham khảo
B. Bouvier, J. P. Dognon, R. Lavery, D. Markovitsi, P. Millié, D. Onidas, K. Zakrzewska, Influence of conformational dynamics on the exciton states of DNA oligomers, J. Phys. Chem. B, 2003, 107, 13512–13522.
E. Mezzina, P. Mariani, R. Itri, S. Masiero, S. Pieraccini, G. P. Spada, F. Spinozzi, J. T. Davis, G. Gottarelli, The self-assembly of a lipophilic guanosine nucleoside into polymeric columnar aggregates: the nucleoside structure contains sufficient information to drive the process towards a strikingly regular polymer, Chem.-Eur. J., 2001, 7, 388–395.
D. Markovitsi, T. Gustavsson, F. Talbot, Excited states and energy transfer among DNA bases in double helices, Photochem. Photobiol. Sci., 2007, 6, 717–724.
I. Vayá, T. Gustavsson, T. Douki, Y. Berlin, D. Markovitsi, Electronic excitation energy transfer between nucleobases of natural DNA, J. Am. Chem. Soc., 2012, 134, 11366–11368.
B. Kohler, Nonradiative decay mechanisms in DNA model systems, J. Phys. Chem. Lett., 2010, 1, 2047–2053.
D. Markovitsi, T. Gustavsson, I. Vayá, Fluorescence of DNA duplexes: from model helices to natural DNA, J. Phys. Chem. Lett., 2010, 1, 3271–3276.
D. Markovitsi, T. Gustavsson and A. Banyasz, in CRC Handbook of Organic Photochemistry and Photobiology, ed. A. Griesbeck, F. Ghetti and M. Oelgemoeller, Taylor and Francis, Boca Raton, 2012, ch. 42, pp. 1057–1079.
D. Markovitsi, D. Onidas, F. Talbot, S. Marguet, T. Gustavsson, E. Lazzarotto, UVB/UVC induced processes in model DNA helices studied by time-resolved spectroscopy: pitfalls and tricks, J. Photochem. Photobiol. A: Chem., 2006, 183, 1–8.
I. Vayá, F. A. Miannay, T. Gustavsson, D. Markovitsi, High energy long-lived excited states in DNA double strands, ChemPhysChem, 2010, 11, 987–989.
F. A. Miannay, A. Banyasz, T. Gustavsson, D. Markovitsi, Ultrafast excited state deactivation and energy transfer in guanine-cytosine DNA double helices, J. Am. Chem. Soc., 2007, 129, 14574–14575.
N. Schwalb, F. Temps, Ultrafast electronic excitation in guanosine is promoted by hydrogen bonding with cytidine, J. Am. Chem. Soc., 2007, 129, 9272–9273.
A. L. Sobolewski, W. Domcke, C. Hattig, Tautomeric selectivity of the excited-state lifetime of guanine/cytosine base pairs: The role of electron-driven proton-transfer processes, Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A., 2005, 102, 17903–17906.
A. Abo-Riziq, L. Grace, E. Nir, M. Kabelac, P. Hobza, M. de Vries, Photochemical selectivity in guanine-cytosine base-pair structures, Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A., 2005, 102, 20–23.
S. Altmann, A. M. Labhardt, D. Bur, C. Lehmann, W. Bannwarth, M. Billeter, K. Wuthrich, W. Leupin, NMR studies of DNA duplexes singly cross-linked by different synthetic linkers, Nucleic Acids Res., 1995, 23, 4827–4835.
L. Kozerski, A. P. Mazurek, R. Kawecki, W. Bocian, P. Krajewski, E. Bednarek, J. Sitkowski, M. P. Williamson, A. J. G. Moir, P. E. Hansen, A nicked duplex decamer DNA with a PEG(6) tether, Nucleic Acids Res., 2001, 29, 1132–1143.
S. Rumney, E. T. Kool, Structural optimization of non-nucleotide loop replacements for duplex and triplex DNAs, J. Am. Chem. Soc., 1995, 117, 5635–5646.
M. Hariharan, K. Siegmund, F. D. Lewis, Structure and stability of alkane-linked DNA hairpin conjugates, J. Org. Chem., 2010, 75, 6236–6243.
F. D. Lewis, R. L. Letsinger, M. R. Wasielewski, Dynamics of photoinduced charge transfer and hole transport in synthetic DNA hairpins, Acc. Chem. Res., 2001, 34, 159–170.
M. McCullagh, M. Hariharan, F. D. Lewis, D. Markovitsi, T. Douki, G. C. Schatz, Conformational control of TT dimerization in DNA conjugates. A molecular dynamics study, J. Phys. Chem. B, 2010, 114, 5215–5221.
M. McCullagh, L. Zhang, A. H. Karaba, H. Zhu, G. C. Schatz, F. D. Lewis, Effect of loop distortion on the stability and structural dynamics of DNA hairpin and dumbbell conjugates, J. Phys. Chem. B, 2008, 112, 11415–11421.
D. Onidas, D. Markovitsi, S. Marguet, A. Sharonov, T. Gustavsson, Fluorescence properties of DNA nucleosides and nucleotides: a refined steady-state and femtosecond investigation, J. Phys. Chem. B, 2002, 106, 11367–11374.
J. H. Riazance, W. A. Baase, J. W C. Johnson, K. Hall, P. Cruz, J. I. Tinoco, Evidence for Z-form RNA by vacuum UV circular dichroism, Nucleic Acids Res., 1985, 13, 4983–4989.
J. Tuma, S. Tonzani, G. C. Schatz, A. H. Karaba, F. D. Lewis, Structure and electronic spectra of DNA mini-hairpins with G(n): C-n stems, J. Phys. Chem. B, 2007, 111, 13101–13106.
S. Georghiou, S. M. Kubala, C. C. Large, Environmental control of deformability of the DNA double helix, Photochem. Photobiol., 1998, 67, 526–531.
X. Zuo, G. Cui, K. M. Merz Jr., L. Zhang, F. D. Lewis, D. M. Tiede, X-ray diffraction “fingerprinting” of DNA structure in solution for quantitative evaluation of molecular dynamics simulation, Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A., 2006, 103, 3534–3539.
S. Marguet, D. Markovitsi, P. Millié, H. Sigal, S. Kumar, Influence of disorder on electronic excited states: an experimental and numerical study of alkylthiotriphenylene columnar phases, J. Phys. Chem. B, 1998, 102, 4697–4710.
A. C. Albrecht, Polarizations and assignments of transitions - method of photoselection, J. Mol. Spectrosc., 1961, 6, 84–108.
Y. Hua, P. Changenet-Barret, T. Gustavsson, D. Markovitsi, The effect of size on the optical properties of guanine nanostructures: a femtosecond to nanosecond study, Phys. Chem. Chem. Phys., 2013, 15, 7396–7402.
P. Mariani, L. Saturni, Measurement of intercolumnar forces between parallel guanosine four-stranded helices, Biophys. J., 1996, 70, 2867–2874.
T. Gustavsson, R. Improta, D. Markovitsi, DNA/RNA: building blocks of life under UV irradiation, J. Phys. Chem. Lett., 2010, 1, 2025–2030.
P. M. Hare, C. Crespo-Hernández, B. Kohler, Internal conversion to electronic ground state occurs via two distinct pathways for pyrimidine bases in aqueous solution, Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A., 2007, 104, 435–440.
G. D. Scholes, K. P. Ghiggino, Electronic interactions and interchromophore excitation transfer, J. Phys. Chem., 1994, 98, 4580–4590.
D. Nachtigallova, P. Hobza, H. H. Ritze, Electronic splitting in the excited states of DNA base homodimers and -trimers: an evaluation of short-range and coulombic interactions, Phys. Chem. Chem. Phys., 2008, 10, 5689–5697.
E. B. Starikov, G. Cuniberti, S. Tanaka, Conformation dependence of DNA exciton parentage, J. Phys. Chem. B, 2009, 113, 10428–10435.
F. Plasser, A. J. A. Aquino, W. L. Hase, H. Lischka, UV absorption spectrum of alternating DNA duplexes. Analysis of excitonic and charge transfer interactions, J. Phys. Chem. A, 2012, 116, 11151–11160.
V. Sauri, J. P. Gobbo, J. J. Serrano-Perez, M. Lundberg, P. B. Coto, L. Serrano-Andres, A. C. Borin, R. Lindh, M. Merchan, D. Roca-Sanjuan, Proton/hydrogen transfer mechanisms in the guanine-cytosine base pair: photostability and tautomerism, J. Chem. Theor. Comput., 2013, 9, 481–496.
G. Groenhof, L. V. Schäfer, M. Boggio-Pasqua, M. Goette, H. Grubmüller, M. A. Robb, Ultrafast decactivation of an excited cytosine guanine base pair in DNA, J. Am. Chem. Soc., 2007, 129, 6812–6819.
E. Giudice, P. Varnai, R. Lavery, Base pair opening within B-DNA: free energy pathways for GC and AT pairs from umbrella sampling simulations, Nucleic Acids Res., 2003, 31, 1434–1443.
E. Foltastogniew, I. M. Russu, Sequence dependence of base-pair opening in a DNA dodecamer containing the CACA/GTGT sequence motif, Biochemistry, 1994, 33, 11016–11024.
N. K. Schwalb, F. Temps, Base sequence and higher-order structure induce the complex excited-state dynamics in DNA, Science, 2008, 322, 243–245.
I. Vayá, J. Brazard, T. Gustavsson, D. Markovitsi, Electronically excited states of DNA oligonucleotides with disordered base sequences studied by fluorescence spectroscopy, Photochem. Photobiol. Sci., 2012, 11, 1767–1773.
Z. Z. Pan, M. Hariharan, J. D. Arkin, A. S. Jalolov, M. McCullagh, G. C. Schatz, F. D. Lewis, Electron donor-acceptor interactions with flanking purines influence the efficiency of thymine photodimerization, J. Am. Chem. Soc., 2011, 133, 20793–20798.
N. Spackova, I. Berger, J. Sponer, Nanosecond molecular dynamics simulations of parallel and antiparallel guanine quadruplex DNA molecules, J. Am. Chem. Soc., 1999, 121, 5519–5534.
M. Munzel, C. Szeibert, A. F. Glas, D. Globisch, T. Carell, Discovery and synthesis of new UV-induced intrastrand C(4-8)G and G(8-4)C photolesions, J. Am. Chem. Soc., 2011, 133, 5186–5189.