Конформационные переходы в сложных полиэлектролитных системах (1103296)
Текст из файла
На правах рукописиКротова Мария КонстантиновнаКОНФОРМАЦИОННЫЕ ПЕРЕХОДЫ ВСЛОЖНЫХ ПОЛИЭЛЕКТРОЛИТНЫХ СИСТЕМАХСпециальность: 02.00.06 — Высокомолекулярные соединенияАВТОРЕФЕРАТдиссертации на соискание ученой степеникандидата физико-математических наукМосква 2011Работа выполнена на кафедре физики полимеров и кристаллов физическогофакультета Московского государственного университета имени М.В. Ломоносова.Научный руководитель:доктор физико-математических наукпрофессор, академик РАНХохлов Алексей РемовичОфициальные оппоненты:доктор физико-математических наук,Субботин Андрей Валентинович,Институт нефтехимического синтезаим.
А.В.Топчиева РАН, Москвадоктор химических наук,Сергеев Владимир Глебович,химический факультет МГУ им. ЛомоносоваВедущая организация:Институт химической физикиим. Н.Н. Семенова РАН, МоскваЗащита состоится 1 июня 2011 года в 16:30 на заседании ДиссертационногоСовета Д.501.002.01 в Московском государственном университете по адресу:119992, ГСП-2, Москва, Ленинские Горы, МГУ им. М.В. Ломоносова, физическийфакультет, ауд. ЮФА.С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке физического факультета МГУим. М.В. Ломоносова.Автореферат разослан 29 апреля 2011 г.Ученый секретарьдиссертационного совета Д501.002.01,кандидат физико-математических наук, доцент2Т. В. ЛаптинскаяОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ.Актуальность темы.
Полиэлектролиты – это макромолекулы,несущие в своей последовательности некоторую долю ионогенных групп. Вполярных растворителях иноногенные группы диссоциируют, образуетсязаряженная полимерная цепь (макроион) и низкомолекулярные контрионы.Полиэлектролитами являются природные макромолекулы (к примеру, ДНК,белки), природные модифицированные макромолекулы (например, хитозан,различныепроизводныецеллюлозы)исинтетическиеполимеры(полиакриловая и полиметакриловая кислоты, сульфированный полистироли т.д.). Полиэлектролиты могут содержать только одноименно отрицательно(полианионы) или положительно (поликатионы) заряженные группы илинести звенья с зарядами обоих знаков (полиамфолиты).
Наличие зарядов, содной стороны, и высокая степень полимеризации, с другой, обусловливаютто, что полиэлектролиты обладают уникальными, не характерными как длянезаряженных макромолекул, так и для низкомолекулярных электролитов,свойствами. Полиэлектролитные макромолекулы, как правило, хорошорастворяются в воде, их конформация весьма чувствительна к изменениюсвойств растворителя и внешней среды, они способны к внутри- имежмолекулярной самоорганизации. По-видимому, во многом благодаряэтому комплексу свойств природные полиэлектролитные макромолекулыфункционируют в живой природе, а их модификации и синтетическиеаналогинаходятпромышленности.широкоеВажностьприменениеглубокоговразличныхпониманияобластяхповеденияполиэлектролитов для многих областей науки и промышленности (таких какмолекулярная биология, биотехнология, косметология, фармацевтика,пищевая промышленность, нефтедобыча и т.д.) обусловила пристальныйнепрекращающийся интерес к изучению полиэлектролитов с самого началаразвития полимерной науки и до настоящего времени.
Однако, несмотря на3большой объем исследований и совокупность полученных результатов,многие из важных полиэлектролитных систем остаются непонятыми.Данная работа посвящена исследованию двух таких систем. Этоинтерполимерные комплексы, состоящие из макромолекул с различнымсродством к растворителю, и комплексы ДНК и отрицательно заряженныхбелков.Цельработы.Исследованиеструктурыинтерполимерныхполиэлектролитных комплексов, состоящих из макромолекул с различнымсродством к растворителю, и построение теории компактизации ДНК вприсутствии сильно заряженного белка, несущего одноименный с ДНКотрицательный заряд.Научная новизна результатов. Впервыеисследованыинтерполимерныеполиэлектролитныекомплексы, состоящие из противоположно заряженных макроионов сразличнымсродствомкрастворителю,врастворах,содержащихнизкомолекулярную соль. Впервые показано, что увеличение размеров интерполимерныхполиэлектролитных комплексов при введении низкомолекулярной солиможет быть вызвано увеличением размеров самого комплекса, а не ростомчисла цепей, входящих в него. Впервые исследовано поведение ДНК в растворах одноименнозаряженныхбелковипоказано,чтотакиебелкимогутвызватькомпактизацию ДНК. Впервые показано, что введение низкомолекулярной соли можетпривести к деколлапсу ДНК, компактизация которой была вызвана4введением сильно отрицательно заряженного белка.Практическая значимость работы определяется тем, что еерезультатыужеприменяютсяиперспективныдлядальнейшегоиспользования при интерпретации и систематизации экспериментальныхданных.
Кроме того, результаты работы перспективны и с точки зрениянепосредственного практического использования при создании новыхфункциональных материалов и систем для медицины, косметологии,фармацевтики.Публикации. На основе результатов данной диссертационной работыопубликовано 9 печатных работ, из которых 3 статьи и 6 тезисов докладов.Апробация работы. Основные результаты работы были доложены на5–ой международной летней школе «ДНК и хромосомы: физический ибиологический подходы» (DNA and Chromosomes: Physical and BiologicalApproaches), Корсика, Франция, 2009 г.; на втором азиатском симпозиумепо современным материалам (2nd Asian symposium on advanced materials),г.
Шанхай, Китай, 2009 г.; на международной конференции «Горизонтымолодых в физике полимеров» (Young frontiers on polymer physics), Киото,Япония, 2009 г.; Пятой Всероссийской Каргинской конференции «Наука ополимерах 21-му веку», г. Москва, Россия, 2009 г.; всемирном полимерномконгрессе(WorldPolymerCongressMACRO-2010),г.Глазго,Великобритания, 2010 г.; на 8-ом международном симпозиуме пополиэлектролитам (8th International Symposium on Polylectrolytes ISP 2010), г.Шанхай, Китай, 2010 г.; Международном форуме по нанотехнологиям, г.Москва, 2010 г.5Личный вклад. Результаты, изложенные в диссертации, полученылично автором.
Постановка задач исследований, определение методов ихрешения и интерпретация результатов выполнены совместно с научнымруководителем при его личном участии.Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения,трех глав, заключения и содержит 107 страниц, включает 35 рисунков исписок литературы из 136 наименований.ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИВовведениидиссертацииобоснованаактуальностьработы,сформулированы цели и задачи исследования.Первая глава содержит обзор литературы по теме диссертации; онасостоит из трех параграфов. Первый параграф посвящен описаниюсобственно полиэлектролитных макромолекул, конформационное поведениеисвойствапереходаклубок-глобулакоторыхотличаютсяотсоответствующих свойств электронейтральных макромолекул вследствиедополнительных взаимодействий, обусловленных наличием заряженныхзвеньев в цепи полимера и присутствием низкомолекулярных контрионов,свободно перемещающихся в растворе.
Показано, что в зависимости отсвойств системы (размера образца, соотношения между разноименнымигруппами и т.д.) можно выделить режимы, в которых важен тот или инойвклад в свободную энергию. Показано, что во многих случаях, когда цеписодержат заряды одного знака, основным вкладом в свободную энергиюявляетсятрансляционнаяэнтропияконтрионов,асобственноэлектростатическими взаимодействиями можно пренебречь.
Во второмпараграфе описаны основные современные представления о растворимостиистроенииинтерполимерныхполиэлектролитных6комплексов,сформированных из противоположно заряженных макромолекул. Описаныдве современные модели строения интерполимерных комплексов («лесенка»и «болтунья»), выявлены условия растворимости комплексов – наличиеизбыточного заряда (нестехиометрические комплексы) или введениегидрофильных групп в одну из цепей (это блок-иономеры или комплексы измакромолекул с различным сродством к растворителю). В комплексах блокиономеров один из макроионов представляет собой диблок-сополимер иззаряженного и гидрофильного блоков, в комплексах из макромолекул сразличным сродством к растворителю гидрофильные группы включенынепосредственно в основную цепь.
Было показано теоретически, а позжеподтверждено и экспериментально, что комплексы таких макромолекулимеют двухфазную структуру «ядро – гидрофильная оболочка». Наличиегидрофильной оболочки препятствует агрегации различных комплексов.Третий параграф посвящен обзору литературных данных по компактизацииДНК, описанию явления молекулярного вытеснения. Известно, что в живойклетке ДНК находится в плотном сжатом состоянии, что обусловленоналичием большого числа различных молекул или эффектом молекулярноговытеснения.
Характеристики
Тип файла PDF
PDF-формат наиболее широко используется для просмотра любого типа файлов на любом устройстве. В него можно сохранить документ, таблицы, презентацию, текст, чертежи, вычисления, графики и всё остальное, что можно показать на экране любого устройства. Именно его лучше всего использовать для печати.
Например, если Вам нужно распечатать чертёж из автокада, Вы сохраните чертёж на флешку, но будет ли автокад в пункте печати? А если будет, то нужная версия с нужными библиотеками? Именно для этого и нужен формат PDF - в нём точно будет показано верно вне зависимости от того, в какой программе создали PDF-файл и есть ли нужная программа для его просмотра.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
