Energy Transfer Between Nucleic Acid Bases and Tryptophan in Aggregates and in Oligopeptide‐nucleic Acid Complexes

Interactions and energy transfer processes between nucleic acid bases and tryptophan have been investigated in several Systems: mixed aggregates of nucleosides and tryptophan in frozen aqueous solutions; and poly‐rA and DNA complexes with oligopeptides containing lysyl and tryptophyl residues. Previous studies (Montenay‐Garestier, Th. and C. Hélène, 1971, Biochemistry 10 , 300–306) had shown that electron donor‐acceptor interactions in stacked complexes of tryptophan and nucleic acid bases led to the appearance of a new fluorescence at longer wavelengths with a low quantum yield. It is shown here that triplet‐triplet energy transfer can take place from bases to tryptophan in mixed aggregates at low [tryptophan]/[base] ratios and in oligopeptide‐poly‐rA (or DNA) complexes at low [oligopeptide]/[phosphate] ratios. Also the singlet excitation energy of bases can be transferred to base – tryptophan complexes. These results are discussed with respect to the structure of the complexes and to the involvement of energy transfer in nucleic acid – protein photochemistry. Résumé Les transferts de l'énergie d'excitation résultant des interactions des bases des acides nucléiques avec le tryptophane ont étéétudiés dans divers systèmes: agrégats mixtes formés dans les solutions aqueuses congelées de nucléosides et de tryptophane; complexes du poly‐rA et du DNA avec des oligopeptides contenant des résidus lysine et tryptophane. Des études antérieures (Montenay‐Garestier, Th. et C. Hélène, 1971, Biochemistry 10 , 300–306) ont montré que le tryptophane et les bases des acides nucléiques forment des complexes donneur‐accepteur d'électron, caractérisés par un spectre de fluorescence à plus grandes longueurs d'onde que les spectres des deux composants. L'énergie d'excitation des bases au niveau singulet peut être transférée vers ces complexes. Dans les agrégats, quand le rapport des concentrations en tryptophane et en adénosine est faible (inférieur à 0.2) un transfert d'.énergie est observé au niveau triplet de l'adénosine vers le tryptophane. L'énergie d'excitation est délocalisée au niveau triplet dans les agrégats d'dénosine sur environ 200 molécules. Un transfert d'énergie du même type est observé dans les complexes du poly‐rA (ou du DNA) avec des oligopeptides contenant le tryptophane. L'énsemble des résultats obtenus est en accord avec la structure des complexes formés, déterminée par résonance magnétique nucléaire. Le rôle éventuel des transferts d'énergie des bases vers le tryptophane dans la photochimie des complexes protéines–acides nucléiques est discuté.