Диссертация (1103978)
Текст из файла
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТИМЕНИ М.В. ЛОМОНОСОВАФИЗИЧЕСКИЙ ФАКУЛЬТЕТНа правах рукописиМанькова Анна АлександровнаНИЗКОЧАСТОТНЫЕ КОЛЕБАТЕЛЬНЫЕ СПЕКТРЫ МОЛЕКУЛБЕЛКОВ КАК ХАРАКТЕРИСТИКИ ИХ СТРУКТУРНЫХ ИЗМЕНЕНИЙСпециальность` 03.01.02 – биофизика, 03.01.08 – биоинженерияДИССЕРТАЦИЯна соискание ученой степеникандидата физико-математических наукНаучный руководитель:доктор физико-математических наук,профессор Чикишев А.Ю.Москва, 2017г.СодержаниеОглавлениеВведение ..........................................................................................................................................
4Цели и задачи диссертационной работы .............................................................................................. 8Научная новизна.................................................................................................................................... 9Теоретическая и практическая значимость .......................................................................................... 9Структура и объем диссертации ...........................................................................................................
9Глава 1 Применение методов колебательной спектроскопии в изучении молекул белков и ихструктурных изменений, происходящих при различных воздействиях. .................................... 10§1. Строение молекул белков и особенности функционирования водорастворимых белков вневодных средах .....................................................................................................................................
10§2. Методы колебательной спектроскопии в изучении структуры белков в диапазоне 50-1800 см-1 .. 15§3. Изучение влияния денатурации и ингибирования на функционирование белков методамиспектроскопии ......................................................................................................................................... 22Заключение к главе 1 .............................................................................................................................. 25Глава 2 Методы измерений и обработка экспериментальных данных .......................................
26§ 1. Описание экспериментальных установок ....................................................................................... 261.1. ИК-Фурье спектроскопия ............................................................................................................. 261.2. Терагерцовая спектроскопия........................................................................................................ 291.3. Спектроскопия комбинационного рассеяния .............................................................................. 29§ 2.
Методы обработки данных .............................................................................................................. 312.1 Первичная обработка экспериментальных данных ИК-Фурье, ТГц и КР спектроскопии.......... 312.2. Метод сравнения .......................................................................................................................... 312.3. Метод катящегося колеса .............................................................................................................
342.4. Итерационный полиномиальный метод вычитания фона ........................................................... 352.5. R(ν) представление спектров ....................................................................................................... 362.6 Аппроксимация линий спектра ..................................................................................................... 37Глава 3 Низкочастотная колебательная спектроскопия в исследовании взаимодействиямолекул белка с краун-эфиром .....................................................................................................
37§ 1. Низкочастотная ИК-Фурье и ТГц спектроскопия комплексов трис-краун .................................... 371.1. Способы приготовления образцов ............................................................................................... 391.2. Анализ зависимости низкочастотных ИК-Фурье и ТГц спектров триса от концентрации краунэфира....................................................................................................................................................
40§ 2. Низкочастотная ИК-Фурье и ТГц спектроскопия системы белок-краун ....................................... 49Заключение к главе 3 .............................................................................................................................. 552Глава 4 Низкочастотная ИК-Фурье и КР спектроскопия белков с различным содержаниемэлементов вторичной структуры .................................................................................................. 57§1. Экспериментальные образцы............................................................................................................
59§2. Контрольные измерения в диапазоне «отпечатков пальцев» .......................................................... 61§3. Сравнительный анализ низкочастотных колебательных спектров нескольких белков .................. 63Заключение к главе 4 .............................................................................................................................. 72Глава 5 Применение методов низкочастотной колебательной спектроскопии для анализавлияния денатурации и ингибирования на структуру белка .......................................................
73§ 1. Экспериментальные образцы........................................................................................................... 73§ 2. Сравнительный анализ низкочастотных колебательных спектров нативных и модифицированныхбелков ......................................................................................................................................................
74Заключение к главе 5 .............................................................................................................................. 85Заключение .................................................................................................................................... 87Основные результаты и выводы............................................................................................................. 87Положения, выносимые на защиту ........................................................................................................ 88Благодарности ............................................................................................................................... 89Список литературы........................................................................................................................
893ВведениеВ современном развивающемся мире существует множество прикладных задач,находящихся на стыке нескольких наук – физики, химии, биологии и медицины. Эти задачипозволяют расширять границы познания различных жизненных процессов, и направлены наулучшение качества жизни человека. Одной из таких задач является изучение биологическихобъектов – их свойств, функций и способов регуляции их работы.
Важнейшими объектамитакого рода являются белки, принимающие участие во всех процессах жизнедеятельности.Например,белки–ферментыкатализируютвсехимические,электрохимическиеимеханохимические процессы в клетках и в организмах. Существуют специализированныеферменты, которые служат катализаторами всех метаболических реакций, а также являются ирегуляторами генетических функций нуклеиновых кислот.
Можно сказать, что белки являютсяобязательными участниками запасания, передачи, трансформации и рецепции химическихсигналов в живых системах [1].Наряду с участием в процессах жизнедеятельности организмов белки играют важнуюпрактическую роль и в современных биотехнологиях – химический синтез новых веществ,создание, транспортировка и хранение медицинских препаратов – во всех этих процессахважную роль играют именно белковые молекулы. Во всех перечисленных отрасляхопределяющими являются свойства ферментов, их структура, функции и уровень активности,которые и позволяют достигать сформулированных целей в биотехнологических задачах.Применение методов лиофильной сушки облегчает процесс транспортировки препаратов,увеличивает срок хранения образцов.
Лиофилизованные образцы могут применяться впроизводстве белковых молекул для диагностических, терапевтических, косметических целей,а также для создания биологических материалов с применением технологий трехмернойпечати (3D printing).Исследования, проводимые в рамках нового актуального направления – неводнойэнзимологиипоказали,чтозаменанативногоокруженияводорастворимогобелкаорганическими растворителями может привести к изменениям в его функциях. Так, например,водорастворимый фермент химотрипсин, катализирующий гидролиз пептидных связей в воде,запускает другой процесс и – переэтерификацию при попадании в органический растворитель.Недостатком функционирования в органических растворителях является существенноеснижение каталитической активности ферментов. В исследованиях модельной реакциипереэтерификации при участии химотрипсина показано, что добавление молекул краун-эфира,4позволяет на несколько порядков увеличить скорость каталитической реакции в органическомрастворителе.Большой интерес к изучению молекул белков, их функционирования и свойств привелк появлению еще в 60-е – 70-е годы XX века понятия «молекулярные машины» и новойконцепции «белок-машина».
В работах [2,3,4] было сформулировано представление офункционировании белков-ферментов. Суть концепции состоит в том, что молекулу белкаможно представить как своего рода машину (механическую конструкцию, состоящую изотдельных частей, обладающих разной подвижностью и упругостью), работа которой идет позаранее определенному, запрограммированному плану. Основная функция такой машины –обеспечить преобразование, запасание и транспорт энергии без существенной диссипации.Активный центр принимает участие в проведении каталитического акта, в то время какостальные, более жесткие части молекулы составляют ее основной корпус и ответственны заэнергетику процесса. Преобразование энергии происходит благодаря наличию выделенныхмеханических степеней свободы конструкции.
Согласно этой теории функционированиебелковых молекул связано с движением крупных фрагментов друг относительно друга. Вкачестве таких выделенных частей молекулы могут рассматриваться, например, доменытретичной структуры белка, либо отдельные высокоупорядоченные α- или β-структурныефрагменты вторичной структуры.Основываясь на предположении, что энергия молекулы накапливается в виде упругихдеформаций авторы концепции проводят оценку минимальных размеров корпуса молекулыбелка. Расчет размеров молекулы приводится для случая полностью спирализованноймолекулы и для глобулярной структуры. Размер молекулы можно оценить через суммарнуюдлину спирализованных участков. Оценка дает значения размеров молекулы белка ≈10-7 см.Используя это значение, авторы получили значение частоты собственных колебаний около1010 Гц, то есть, для белков, представляющих собой большие молекулы с массами отнескольких единиц до сотен кДа, имеется оценка частот коллективных колебаний, лежащая вдиапазоне сотых долей терагерц.
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}
