Особенности межмолекулярного взаимодействия молекул коллагена в водных растворах (1104135)
Текст из файла
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТимени М.В. ЛОМОНОСОВАФизический факультетНа правах рукописиСергеева Ирина АлександровнаОсобенности межмолекулярного взаимодействия молекулколлагена в водных растворах03.00.02 – биофизика, 03.00.16 – экологияАВТОРЕФЕРАТдиссертации на соискание ученой степеникандидата физико-математических наукМосква-2009Работа выполнена на кафедре молекулярной физики физического факультетаМосковского государственного университета им. М.В.
Ломоносова.Научный руководитель:доктор физико-математических наук,профессор Петрова Галина ПетровнаОфициальные оппоненты:доктор физико-математических наук,профессор Рууге Энно Куставичкандидат физико-математических наук,ведущий научный сотрудникЗахаров Станислав ДмитриевичВедущая организация:Институт проблем нефти и газа РАНЗащита диссертации состоитсяиюня 2009 года в _____ часов на заседаниидиссертационного совета Д 501.002.11 в МГУ им. М.В. Ломоносова по адресу:119992, ГСП-1, Москва, Ленинские горы, МГУ им.
М.В.Ломоносова,Физический факультет, аудитория _____.С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке физическогофакультета МГУ имени Ломоносова.Автореферат разослан ____ мая 2009 года.Ученый секретарьдиссертационного совета Д 501.002.11,доктор физико-математических наукГ.Б. ХомутовОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫАктуальность исследованияКоллаген является одним из наиболее важных и распространённых белков вживых организмах, составляя одну треть всех белков массы человеческого тела.Различают около двух десятков типов коллагенов, самыми распространёнными изних являются первые четыре. Коллаген типа 1 - главный компонент кожи, сухожилий,связок и костей.
Коллаген типа 2 - главный компонент хрящевой ткани. Коллагентипа 3 - упрочняющий компонент стенок полых органов, в том числе кровеносныхсосудов и кишечника. Коллаген типа 4 -упрочняющий компонент базальнойпластины эпителия, фильтров в кровеносных капиллярах и других структурах.Коллаген выполняет главную структурную роль в организме. В связи с этим оченьважными являются исследования как структурных изменений коллагена в водныхрастворах, так и процессов, связанных с объединением молекул в коллагеновые цепи− фибриллы, что определяет уникальные свойства костей, кожи и других тканей.Металлы необходимы для нормальной жизнедеятельности человеческогоорганизма.
Тем не менее, превышение допустимой концентрации металлов вокружающей среде создает серьезную угрозу здоровью человека. Особенно опаснытяжелые металлы. Попадая в организм человека, они даже в небольшихконцентрациях способны серьезно нарушить нормальное течение физиологическихпроцессов в организме.В значительной мере это связано с биологической активностью многих из них.Многие тяжелые металлы проявляют комплексообразующие свойства. Так, в водныхсредах ионы этих металлов гидратированы и способны образовывать различныегидроксокомплексы, состав которых зависит от кислотности раствора.
Если врастворе присутствуют какие-либо анионы или молекулы органических соединений,то ионы этих металлов образуют разнообразные комплексы различного строения иустойчивости.Белки в водных растворах имеют тенденцию к агрегации в зависимости от ихфизико-химического состояния. Этот процесс часто бывает необратимым и можетявляться признаком некоторых серьезных заболеваний в организме человека.Агрегация и другие процессы, происходящие с белковыми макромолекулами в1растворах, зависят от природы белков, их концентрации, типа растворителя, солей,ионов металлов, кислот, оснований, показателя рН, температуры и других факторов.Патологические изменения в структуре коллагеновых фибрилл являютсяпричиной ряда заболеваний соединительной ткани и характеризуются поражениеморганов, а именно, суставов, сердца, сосудов, мышечной и кожной ткани.Цель и задачи исследованияЦелью данной работы было исследование молекулярно-динамическихпроцессов, происходящих в растворах молекул коллагена при воздействии различныхпараметров среды (pH, концентрация белка, ионная сила, температура), в том числевредноевоздействиеионовтоксичныхметалловметодамистатическогоидинамического рассеяния света.Исходя из общей цели, в диссертации ставился ряд практических задач:–исследование растворов макромолекул коллагена при изменениипоказателя рН среды с помощью метода статического рассеяния света;–изучение влияния ионов металлов с различными ионными радиусами надинамические свойства молекул белка в водных растворах методомфотонно - корреляционной спектроскопии;– получениеиобработкаугловыхзависимостейинтенсивностирассеянного света водных растворов коллагена при добавлении солейразличных металлов с помощью метода динамического светорассеяния;– исследованиетемпературныхзависимостейкоэффициентатрансляционной диффузии молекул в водных растворах коллагена винтервале температур от 24 ÷ 50оС.Научная новизна диссертацииНаучнаяновизнадиссертацииобусловленарядомэкспериментальныхрезультатов, впервые полученных в данной работе:1.С помощью метода статического светорассеяния были получены зависимостиэффективной массы макромолекул коллагена в водных растворах при различныхзначениях показателя рН среды.
При рН 4.5 значение молекулярной массы2коллагена М=297000 г/моль хорошо согласуется с литературными данными.2.Впервые была определена изоэлектрическая точка белка коллагена – pH 6.0методом интегрального рассеяния света. Для определения изоэлектрическойточки коллагена исследовалась зависимость коэффициента деполяризации от рНраствора. Экстремум этой зависимости наблюдается при значении рН 6.0.3.Получено, что зависимость коэффициента межмолекулярного взаимодействияот рН в водных растворах коллагена нелинейна и имеет параболическийхарактер с минимумом в изоэлектрической точке рН 6.0 белка.4.Впервые с помощью метода фотонно - корреляционной спектроскопииполучены значения коэффициента трансляционной диффузии в чистом водномрастворе коллагена и в растворах, содержащих соли CaSO4 иNaCl.
рН –зависимости коэффициента Dt имеют максимум близи изоэлектрической точкибелка.5.Впервые обнаружено, что размер ионных радиусов металлов сильно влияет нахарактерколлагена.электростатическоговзаимодействиямеждумакромолекуламиВзаимодействие ионов калия и тяжелого металла свинца,обладающих сравнительно большими ионными радиусами (K+- 1,33Å, Pb2+1,2Å), в растворах с коллагеном приводят к образованию макромолекулярныхкомплексов – дипольных белковых наноструктур.6.Было показано, что значения коэффициентов трансляционной диффузии вводных растворахколлагена, содержащих солиKCl и Pb(CH3COO)2,уменьшаются с ростом ионной силы раствора. Это указывает на увеличениемассы частиц в растворах с ростом концентрации ионов K+ и Pb2+.7.С помощью данных по угловому рассеянию света в водных растворах коллагенас солями CaSO4, NaCl, KCl и Pb(CH3COO)2 оказалось возможным определитьнаиболее вероятную форму и размер наноструктур, образующихся в результатевзаимодействия ионов металлов с молекулами белка.8.Установлено, что коэффициент трансляционной диффузии при нагреванииводного раствора коллагена имеет характерную зависимость с минимумом вобласти оптимальной температуры тела человека (370С).
В области даннойтемпературы наблюдается, вероятно, фазовый переход и дальнейшее нагревание3приводит к необратимым изменениям в структуре молекул белка - егоденатурации.9.Получено, что коэффициент трансляционной диффузии Dt при нагреванииводных растворах коллагена, содержащих ацетат свинца, резко увеличивается вобласти температур 37-40оС, что вероятно, связано с разрушением дипольныхкластеров.Научно – практическая значимость исследованияПрактическая ценность предлагаемого исследования заключается в том, чтополученные в работе результаты способствуют развитию представлений омолекулярно-динамическихпроцессах,происходящихврастворахбелковыхмакромолекул, содержащих ионы легких и тяжелых металлов, а также вносят вклад впонимание природы межмолекулярных взаимодействий.Изученное в работе поведение макромолекул коллагена в растворах и ихвзаимодействие с ионами различных солей, в том числе с ионами тяжелых металлов,позволяет установить возможные патологические процессы в организме человека,происходящие под воздействием неблагоприятных факторов окружающей среды.Как известно, токсичные и ядовитые вещества могут проникать внутрьорганизма через кожу и накапливаться в нем.
Именно в коже содержится бóльшаячасть коллагена первого типа, который и являлся объектом исследования в даннойработе. Содержание тяжелых металлов в окружающей нас среде увеличиваетсябыстрыми темпами в результате деятельности человека, в связи с этим, изучениевоздействия этих вредных факторов на организм человека, в том числе на слизистыеоболочки и кожный покров, имеет важное практическое значение для медицины,экологии и косметологии.4Защищаемые положения1.На основании данных по статическому рассеянию света было получено, чтокоэффициент межмолекулярного взаимодействия имеет минимальное значениепри рН 6.0 в водных растворах коллагена; эффективная масса молекул коллагенаизменяется при различных значениях рН раствора, причем максимальноезначение молекулярной массы белка соответствует рН 6.0.
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}
