Биофизические методы исследования нашли широкое применение в клинической и экспериментальной медицине при изучении организма человека и животных на системном, органном, клеточном и субклеточном уровнях. Бурное развитие физики и химии за последние четверть века открыли новые, поистине небывалые возможности для использования в биологических и медицинских исследованиях физических и химических методов, которые позволяли наукам биологического профиля перейти на молекулярный уровень изучения живой и мертвой материи.
Структура органических молекул, их биологическая активность и взаимоотношения между ними определяются в первую очередь конфигурациями электронных орбиталей и их изменениями. В связи с этим любой метод, позволяющий проникнуть в природу строения электронных оболочек, имеет основание стать важным орудием биологического и медицинского эксперимента.
Основу магниторезонансных методов составляет поглощение энергии электромагнитных волн микроволнового и радиочастотного диапазонов в присутствии внешнего постоянного магнитного поля. Первые эксперименты на конденсированных образцах были выполнены Завойским в 1944 году. Дальнейшее быстрое развитие эти методы получили благодаря успехам, достигнутым в микроволновой технике.
Одним из наиболее широко применяемых методов в биохимических и биофизических исследованиях является метод электронного парамагнитного резонанса (ЭПР). Он хорошо зарекомендовал себя при исследовании биологических объектов, прост в исполнении, требует малой затраты времени и пробы исследуемого материала, обладает высокой чувствительностью. В 50-е годы метод был уже применен для биологических исследований (Блюменфельд Л.А., Калмансон Л.Э., 1957; Commoner B., Taungend J.F., Pake J., 1954).
При помощи ЭПР можно изучать лишь объекты, обладающие неспаренными электронами; таковыми являются свобод-

Wmfe. 7
ные радикалы и соединения, включающие ионы переходных металлов (Давид Р., 1982).
В зависимости от изучаемого объекта можно выделить три основных типа исследований:
  • анализ свободных радикалов, в норме присутствующих в живом организме;
  • исследования металлопротеидов (белков, содержащих ионы металлов, главным образом железа, меди и реже - марганца);
  • исследования парамагнитных клеток, искусственно вводимых в изучаемую систему, с тем, что бы установить механизм реакции или место связывания определенного соединения (например, выявить природу активного центра).

Метод спиновых меток - соединения, которые обычно представляют собой различные нитроксильные радикалы, является своего рода способом “зондирования” крупных молекул.
При наложении внешнего магнитного поля E наблюдается резонансное поглощение энергии неспаренными электронами радикала, которое происходит при частоте v, такой, что EO=hv=gpBO, где EO - поглощаемая энергия микроволнового излучения.
В растворе время корреляции (обычно меняющееся от 10-6 до 10-1 с) связано с абсолютной температурой и вязкостью следующим образом:



4pha3 3kT

где а - радиус молекулы.
Методы использования меток также различаются в зависимости от объектов исследования. Для изучения переходов между мезоморфными фазами (как правило, диамагнитными) в них внедряют спиновые метки и следят за резкими изменениями сигнала ЭПР, сопровождающими фазовые переходы. При исследовании фосфолипидов, например лецитина или фосфатидилхолина, их вместе с меткой растворяют в CH3OH или в CHCl3, а затем испаряют растворитель, нанеся раствор на подложку из диамагнитного материала.
При исследовании биологических мембран метод спиновых меток используется для изучения одного из внутримолекулярных свойств углеводородных цепочек молекул фосфолипидов, хотя при помощи ЭПР можно исследовать и эти молекулы в целом, следить за их проникновением в мембрану, что представляет большой биологический интерес.
При изучении формы спектра ЭПР удается получить информацию о строении парамагнитных центров, о взаимодействии их с окружающей средой и о самой этой среде.
Для правильного понимания сущности метода ЭПР и интерпретации получаемых с его помощью данных, мы посчитали целесообразным рассмотреть некоторые элементы теории взаимодействия электронов с внешним магнитным полем.