ВКР: Спектроскопические исследования взаимодействия флуоресцентных наномаркеров семейства флуоресцеина с альбумином человека

Введение
Использование методов оптики и спектроскопии для исследовательских задач биологических систем является одной из важнейших задач современной физики. В настоящее время оптикоспектральные методы широко применяются для исследования функций и структуры биологических молекул, например, компонентов крови. Объектом исследования в данной работе является сывороточный альбумин человека. Сывороточный альбумин человека представляет собой глобулярный белок, выполняющий в плазме крови транспортные функции. Многие лекарственные препараты в кровеносном русле связываются с альбумином. Анализ механизма связывания сывороточного альбумина человека с различными лигандами чрезвычайно интересен с точки зрения биомедицины. При этом широко используются флуоресцентные наномаркеры. Для исследования белков плазмы крови обычно используются анионные наномаркеры (при физиологическом значении рН 7,4) – такие как эозин, флуоресцеин и эритрозин, принадлежащие к одному гомологическому ряду производных флуоресцеина.
Основой взаимодействий молекулы сывороточного альбумина человека с лигандами является структурная подвижность этой белковой молекулы, обеспеченная уникальной петлевой укладкой единственной полипептидной цепи белка из 585 аминокислотных остатков. Вторичная структура сывороточного альбумина человека состоит из -спиральных участков и участков хаотической укладки: например при физиологическом значении pH около 50 – 67 % аминокислотных остатков уложены в - спирали. В неспирализованных участках белковая цепь изгибается. Между остатками цистеина в сывороточном альбумине человека образуются 17 дисульфидных связей, которые формируют 9 петель.
В результате гидрофобных взаимодействий каждые три выше указанные петли образуют глобулярную структуру. Такая структурная единица альбумина называется доменом. Молекула сывороточного альбумина человека состоит из 3 практически одинаковых доменов. На сегодняшний день преобладает модель «сердца» третичной структуры альбумина, домены в этой модели расположены под углом друг к другу. При связывании лигандов в молекуле сывороточного альбумина человека происходят конформационные перестройки, которые могут быть довольно значительными. Конформационные перестройки возможны как во всей молекуле альбумина, так и только в связывающей области. КР - спектроскопия обширно применяется в биологических и медицинских исследованиях. Именно КР – спектроскопия ближней инфракрасной области позволяет исследовать механизм связывания данных наномаркеров с белком. Данная работа посвящена исследованию флуоресцентных характеристик наномаркеров семейства флуоресцеина в растворах сывороточного альбумина человека при различных значениях pH. Также в работе определены константы химического связывания наномаркеров семейства флуоресцеина с сывороточным альбумином человека при различных значениях pH. Методом КР – спектроскопии в работе исследованы изменения вторичной структуры сывороточного альбумина человека при связывании им наномаркеров семейства флуоресцеина при различных значениях pH. Результаты исследования спектроскопическими методами связывания наномаркеров с сывороточным альбумином человека при различных значениях рН представляют интерес не только с точки зрения оптикоспектральных методов изучения сложных макромолекулярных систем, но и с точки зрения прикладных биологических задач.

Глава 1. Применение спектроскопических методов в исследованиях структуры и свойств белков (литературный обзор)
§1.1.Физические основы флуоресцентной спектроскопии
Свечение атомов, молекул, ионов и других более сложных комплексов, возникающее в результате электронного перехода в этих частицах при их возвращении из возбужденного состояния в основное, называется люминесценцией. В реальных условиях наблюдается одновременно свечение огромного числа молекул, которые излучают свет независимо друг от друга, давая некогерентное излучение. При этом происходит полное преобразование поглощенной энергии в собственное излучение, что отличает люминесценцию от явлений рассеяния и отражения света. Существует большое количество разнообразных, как органических, так и неорганических веществ, обладающих люминесцентной способностью. Электронное состояние молекулы характеризуется средним временем жизни n  , представляющим среднюю продолжительность нахождения молекулы в данном n-ном состоянии. Люминесценция - один из широко распространенных в природе видов излучения. Люминесценция возникает в результате поглощения веществом энергии возбуждения и перехода его частиц из основного в возбужденное электронное состояние. Таким образом, люминесценцией является свечение вещества, возникающее в результате электронного перехода в этих частицах при их возвращении из возбужденного состояния в основное. Если возбуждение происходило за счѐт поглощения электромагнитного излучения в оптической области, то испускание излучения в процессе релаксации носит название фотолюминесценции.