ВКР: Молекулярная ассоциация и флуоресценция наномаркеров семейства флуоресцеина в растворах бычьего сывороточного альбумина

Введение

Методы оптики и спектроскопии с применением флуоресцентных наномаркеров (зондов, меток) для исследования биологических систем широко применяются в лабораторных исследованиях и используются в физики, химии, биологии и медицине. На основе этих методов можно распознавать молекулы и различные вещества, получать качественные и количественные характеристики. Одной из важных составляющих этих методов является получение результатов за минимальные сроки без инвазивного воздействия. В частности, с помощью этих методов исследуется строение сывороточных альбуминов (человека и быка), как нативных молекул, так и претерпевших химическую модификацию вследствие внешних воздействий. Бычий сывороточный альбумин представляет собой небольшой глобулярной белок плазмы крови (молекулярная масса 64 кДа, изоэлектрическая точка pI 4,9). Его концентрация в плазме и сыворотке (35- 55 мг/мл) выше, чем концентрация других белков. Молекулы бычьего сывороточного альбумина состоят из одной аминокислотной цепочки из 582 аминокислотных остатков. Третичная структура бычьего сывороточного альбумина определяется тремя доменами, каждый из которых, в свою очередь, подразделяется на два поддомена. Выбор бычьего сывороточного альбумина в данной работе как модельного белка обусловлен важной ролью этого белка в плазме крови, а именно, альбумин вносит основной вклад во внутрисосудистое коллоидноосмотическое давление, регулирует вместе с другими белками плазмы pH крови. Кроме того, он является молекулой-переносчиком биологически важных веществ. Альбумин является регулятором гомеостаза на стадии транспорта биологически активных низко- и среднемолекулярных субстанций (лигандов) кровью. Он транспортирует эндогенные физиологически активные вещества (гормоны, витамины, жирные кислоты,билирубин, лекарственные препараты и другие), а также эндогенные соединения патогенного характера (эндотоксины). Выделяют несколько главных связывающих центров бычьего сывороточного альбумина, одни из них для связывания малых органических молекул, другие – для длинноцепочечных жирных кислот, лигандов со свободной SH-группой и для связывания ионов металлов. В настоящее время для исследования связывающих центров сывороточных альбуминов, их физико-химических свойств и структурных свойств используют наномаркеры (зонды) семейства флуоресцеина (флуоресцеин, йодированная производная флуоресцеина – эритрозин, бромированная производная флуоресцеина – эозин, тетра-йод-тетра-хлорпроизводная флуоресцеина – бенгальский розовый). С их помощью моделируется связывание сывороточного альбумина с рядом лекарственных препаратов для анализа фармакинетики. Целью данной работы является исследование флуоресцентных характеристик и процессов молекулярной ассоциации четырех наномаркеров семейства флуоресцеина (флуоресцеина, эозина, эритрозина, бенгальского розового) в растворах бычьего сывороточного альбумина. В рамках данной цели были поставлены следующие задачи: во-первых, исследовать спектры флуоресценции флуоресцеина, эозина, эритрозина и бенгальского розового в растворах бычьего сывороточного альбумина при различных значениях pH;

Глава 1. Флуоресцентная и абсорбционная спектроскопия наномаркеров (зондов) в исследованиях структуры и свойств белков (литературный обзор)
§1.1. Физические основы электронной спектроскопии: спектры поглощения и спектры флуоресценции
Методы электронной спектроскопии, охватывающие не только ультрафиолетовую область, но и видимую область, связаны с переходами между различными электронными состояниями атомов и молекул. Обычно исследуются абсорбционные спектры (спектры поглощения) и спектры люминесценции [1-3]. Абсорбционная спектроскопия изучает спектры поглощения электромагнитного излучения атомами и молекулами вещества в различных агрегатных состояниях. Интенсивность светового потока при его прохождении через исследуемую среду уменьшается вследствие превращения энергии излучения в различные формы внутренней энергии вещества и (или) в энергию вторичного излучения. Поглощательная способность вещества зависит главным образом от электронного строения атомов и молекул, а также от длины волны и поляризации падающего света, толщины слоя, концентрации вещества, температуры и т.д. Абсорбционные спектры возникают в результате переходов из основного электронного состояния в возбужденные за счёт поглощения квантов электромагнитного излучения. Измерение интенсивности в электронных спектрах поглощения вещества в видимой и УФ областях основывается на применении закона Бугера-Ламберта-Бера (рис. 1.1):