БИОФИЗИКА

Микроскопический механизм денатурации белков и нуклеиновых кислот бактерий P. aeruginosa при резонансном поглощении фемтосекундных лазерных импульсов с длиной волны $6$ мкм

С. И. Кудряшов^a, С. Н. Шелыгина^a, В. О. Компанец^b, С. В. Чекалин^b, И. М. Ефремов^cd, А. В. Столяров^d, Э. Р. Толордава<sup>a

a</sup> Физический институт им. П.Н.Лебедева РАН, 119991 Москва, Россия
^b Институт спектроскопии РАН, 108840 Троицк, Москва, Россия
^c Институт биохимической физики им. Н.М.Эмануэля РАН, 119334 Москва, Россия
^d Химический факультет МГУ имени М.В.Ломоносова, 119991 Москва, Россия

Аннотация: Образцы плактона бактерий P. aerugionosa на ИК-прозрачной кремниевой подложке впервые исследованы методом спектроскопии динамического пропускания в отношении фемтосекундных лазерных импульсов с длиной волны $6$ мкм и варьируемой пиковой интенсивностью в диапазоне $3{-}5\cdot10^2\,$ГВт/см$^2$ – с превышением порога ${\approx}\,3\cdot10^2\,$ГВт/см$^2$ для неразрушающей инактивации данных бактерий. С ростом интенсивности лазерного излучения поочередно наблюдаются выгорание полосы резонансного гармонического поглощения C=O-связи амидной группы белков и нуклеиновых кислот бактерий (волновое число – 1650 см$^{-1}$), “синий” сдвиг полосы на $\approx200$ см$^{-1}$, и последующий “красный” ангармонический сдвиг этой полосы на величину до $350$–$400$ см$^{-1}$. Квантово-механический анализ колебаний близких по структуре молекул в рамках колебательной теории возмущений $2$-го порядка показал, что положение полосы C=O-связи при “синем” сдвиге отвечает колебаниям в отсутствие водородных связей, а ее значительный “красный” сдвиг вызван ангармонизмом, который для первого колебательного кванта достигает $30$ см$^{-1}$. На основании этих данных предложен молекулярный механизм сверхбыстрого разрушения вторичной структуры белков и нуклеиновых кислот бактерий P. aerugionosa под действием фемтосекундных лазерных импульсов с длиной волны 6 мкм через мгновенный разрыв водородной связи на C=O моде при поглощении первого ИК-фотона и перманентную фиксацию разрыва через высокоуровневое колебательное возбуждение при пороговой интенсивности излучения.

Поступила в редакцию: 17.06.2025
Исправленный вариант: 30.06.2025
Принята в печать: 03.07.2025

DOI: 10.31857/S0370274X25080114