J. Phys. France 51, 131-139 (1990)
DOI: 10.1051/jphys:01990005101013100

Distribution of conformational states as common source of g-and A-strain in the ESR spectra of proteins and glasses

Salvatore Cannistraro

Gruppo di Biofisica Molecolare, Dipartimento di Fisica dell'Università, I-U6100 Perugia, Italy

Abstract
Additional experimental evidence on the structural and dynamical similarity between proteins and glasses is provided by the analysis conducted on the ESR spectra, at different temperatures, of some copper proteins and of some Cu++-doped glasses formed by water and a second component (NaOH, DMSO, alcohols). All the spectra taken at temperatures below ˜ 210 K display a significant g- and A-strain that consists in a progressive broadening and decrese in the intensity of the copper hyperfine lines as the order of mI increases (I = 3/2 is the Cu nuclear spin). These spectral features are taken into account by using a theoretical model which attributes the random distribution of the electric ligand fields around the copper ions to a distribution of the conformational substate energies both in the proteins and in the amorphous materials.

Résumé
On décrit quelques faits expérimentaux supplémentaires concernant la similitude structurale et dynamique entre protéines et verres, à partir de l'analyse de spectres ESR de quelques protéines contenant du cuivre et de verres dopés au Cu++ formé par de l'eau et un deuxième composant (NaOH, DMSO, alcools), obtenus à différentes températures. Tous les spectres obtenus à des températures inférieures à environ 210 K montrent des déformations g et A significatives qui consistent en un élargissement progressif et une réduction d'intensité des lignes hyperfines du cuivre, quand l'ordre de mI, augmente (le spin nucléaire du cuivre est I = 3/2). Ces faits sont pris en compte dans un modèle théorique qui attribue la distribution aléatoire des champs électriques autour des ions de cuivre à une distribution des énergies de conformation aussi bien pour les protéines que pour les matériaux amorphes.

PACS
8715B - Structure and bonding.
8750 - Effects of radiation and external fields on biomolecules, cells and higher organisms.
6143F - Glasses.

Key words
glass -- glass structure -- hyperfine field interactions condensed matter -- molecular biophysics -- paramagnetic resonance -- proteins