РЕЗОНАНСЫ В БИОСТРУКТУРАХ, ИНИЦИИРУЕМЫЕ ВТОРИЧНЫМИ ЭЛЕКТРОНАМИ МАЛЫХ ЭНЕРГИЙ (0 – 5 эВ)

Суховия М.И., Шафраньош М.И.,  Шафраньош И.И.

Ужгородский  национальный университет, Ужгород, Украина

 е-mail: lshafr@rambler.ru

Одним из основных механизмов, обеспечивающих связь “Космос - Биосфера”, является ионизирующее излучение различной физической природы, при взаимодействии которого с веществом возникает большое количество вторичных низкоэнергетических электронов. Как известно [1], медленные электроны запускают в биоструктурах  ряд физических процессов, а именно: возбуждение  атомов и молекул, в т.ч. и метастабильных состояний, ионизацию с образованием положительных и отрицательных ионов,  диссоциативное возбуждение и диссоциативную ионизацию, фрагментацию  молекул. Все эти процессы, без сомнения, будут приводить к серьезным биологическим следствиям. Поэтому для раскрытия биофизических механизмов влияния космической погоды необходимо учитывать и роль вторичных электронов малых энергий.

 В докладе сообщаются результаты исследований уникальных резонансных процессов  в биомолекулах, вызванных электронным ударом. В экспериментах вторичные медленные электроны моделировались пучком электронов регулируемых энергий в интервале 0-5 эВ, получаемым с помощью специального источника, разработанного на базе пятиелектродной пушки с энергетической неоднородностью DЕ_1/2 ~0,3 эВ. Основой эксперимента является методика пересекающихся пучков – электронного и молекулярного, успешно примененная ранее [1]. В опытах использовались модифицированные масс-спектрометрические методы, а также специально разработанные для целей данной работы методики  изучения электрических характеристик биомолекул.

В работе исследованы особенности образования отрицательных ионов канонических азотистых оснований нуклеиновых кислот: аденина, тимина, урацила, цитозина при взаимодействии их молекул в газовой фазе с пучком электронов.  Впервые в прямом эксперименте были измерены абсолютные значения сечений (вероятностей) ионизации, изучены их энергетические зависимости - функции ионизации. В отличие от положительных ионов, формирование отрицательных ионов исследуемых молекул происходит при весьма малых энергиях бомбардируемых электронов и носит резонансный характер. Об этом свидетельствуют интенсивные узкие максимумы в энергетических зависимостях сечений, находящиеся при таких энергиях: 1,2 эВ для аденина, 1,5 эВ для цитозина, 1,1 эВ для тимина  и  урацила.  Полуширина резонансных пиков соответственно составляет – 0,46; 0.7; 0.4 и 0.37 эВ. Отметим, что образование отрицательных ионов оснований эффективно происходит при меньших энергиях, чем пороговые значения энергий процессов возбуждения (3-4 эВ) и образования положительных ионов (9-10 эВ) этих же молекул.  Экспериментальные данные сопоставлены с квантовомеханическими расчетами структурных характеристик нуклеотидных оснований (распределением плотности зарядов, энергиями связей). Сложный характер функций ионизации отображает, по-видимому, суперпозицию  резонансов различной природы – резонансов формы и  фешбаховских.

Таким образом, вследствие резонансного, практически беспорогового (по энергии) механизма образования отрицательных ионов и дальнейшей нестабильности молекулярного аниона именно при малых энергиях электронов вероятны  деградационные процессы на уровне первичной и вторичной структур нуклеиновых кислот.

Литература

1.  Shafranyosh I.I., Sukhoviya M.I., Shafranyosh M.I.  J.Phys.B: At.Mol. Opt. Phys., 2006, v.39, p.4155-4162. 

© Copyright 2008. All rights reserved. Contact to Victor Martynyuk: ubs@science-center.net  tel.: +38 050 6535592