Особенности межмолекулярного взаимодействия молекул коллагена в водных растворах (1104135), страница 2
Текст из файла (страница 2)
Впервые былаопределена изоэлектрическая точка коллагена pH 6.0 по зависимостикоэффициента деполяризации от показателя раствора рН.2.Впервые обнаружено образование наночастиц – белковых кластеров коллагена вводных растворах при взаимодействия молекул белка с ионами калия и свинца.3.Показано, что массы образующихсянаночастиц зависят от ионной силырастворов - увеличиваются с ростом концентрации ионов.4.Обнаружен фазовый переход в водных растворах коллагена при температуре370С.Дальнейшееувеличениетемпературыприводиткнеобратимымизменениям в структуре молекул белка.5.Обнаружено, что нагревание растворов коллагена, содержащих соль ацетатасвинца, приводит к разрушению нанокластеров в области температур 37-400С.Апробация работыОсновные результаты диссертационной работы были представлены наконференциях: Международные конференции студентов, аспирантов и молодыхученых по фундаментальным наукам «Ломоносов-2005, 2008» (Москва, 2005, 2008),«2nd Meeting “NMR in Life Sciences”» (Saint Petersburg, 2005), Международнаяконференция молодых ученых, посвященная всемирному дню физика (Москва, 2005),International conference ALT-06 (Romania, 2006), International conference ALT-07(Finland, 2007), Научная конференция «Ломоносовские чтения – 2007» (Москва,2007), Научная конференция «Ломоносовские чтения – 2009» (Москва, 2009),International Conference on Laser Applications in Life Sciences (LALS-2007) (Moscow,2007).5ПубликацииПо материалам диссертационной работы имеется 16 публикаций, в числекоторых 6 статей в российских и международных научных журналах.Структура и объем работыДиссертация состоит из введения, 6 глав, заключения и списка литературы,содержащего 104 наименований.
Объем работы составляет 108 страниц, включая 47рисунков и 6 таблиц.СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫВо введении дана общая характеристика диссертационной работы, обоснованаактуальность темы, сформулированы цели и задачи исследования, изложены научнаяновизна и практическая ценность полученных результатов.Первая глава содержит общие сведения о химическом составе и строениибелковых макромолекул, и их физических свойствах. Дана краткая характеристикаобъекта исследования – коллагена I типа.ИзложеныосновныеположениятеорииДебая-Хюккеля,описывающейповедение полиэлектролитов в растворе в свете простейшей модели твердых сфер,погруженных в сплошную среду и взаимодействующих по закону Кулона. Согласноэтой теории, каждая молекула оказывается окруженной атмосферой противоионов,что приводит к частичной экранировке кулоновских взаимодействий.Введеныпонятияионнойсилы,водородногопоказателясредыиизоэлектрической точки, определена связь водородного показателя с поверхностнымзарядом макромолекулы.Во второй главе описывается метод статического светорассеяния.
Изложеныосновные положения теории интегрального рэлеевского рассеяния света нафлуктуациях концентрации растворенного вещества. Освещены особенности влиянияанизотропии рассеивающих частиц на деполяризацию рассеянного света иослабление света в растворах.6Согласно теории Рэлея-Дебая с помощью экспериментально измеренногокоэффициента рэлеевского рассеяния2R 90I 90 r 22 π 2 n 02 ⎛ dn ⎞==⎜⎟ cM = cHMI 0Ωλ 40 N A ⎝ dc ⎠можно определить массу рассеивающих частиц М и коэффициент межмолекулярноговзаимодействия В для неидеальных разбавленных растворов с учетом вириальногоразложения осмотического давления по степеням концентрации с, поскольку в этомслучае⎛ cHK⎜⎜⎝ R 90гдеR90K (∆ v ) =–рэлеевский⎞1⎟⎟ =+ 2 Bc + K ,M⎠коэффициентрассеяния,К–факторКабанна–3 + 3∆ V, определяемый оптической анизотропией рассеивающих частиц3 − 4∆Vи связанный с коэффициентом деполяризации рассеянного света ∆ V =I hV, где I hV VIVинтенсивность компоненты рассеянного света с горизонтальным направлениемполяризации по отношению к вертикальной поляризации падающего света и I VV интенсивность вертикально поляризованной компоненты рассеянного излучения.Метод дает возможность прямого определения молекулярной массы М, для чегонеобходимо измерить R90 при нескольких концентрациях и экстраполироватьполученную зависимость сНK/R90 = f(c) к концентрации с=0.
Наклон этой прямой,равный 2В, позволяет вычислить второй вириальный коэффициент В, которыйхарактеризует степень отклонения поведения раствора от идеального и служит мероймежмолекулярного взаимодействия в растворе.В главе 3 описывается метод динамического светорассеяния.
Динамическиепараметры макромолекул могут быть изучены с помощью метода корреляционнойспектроскопии. В этом методе исследуется корреляционная функция флуктуацийинтенсивности рассеянного света, обусловленных броуновским движением частицраствора.Для растворов макромолекул возможно связать корреляционную функцию g(t)для рассеянного света, с коэффициентом трансляционной диффузии Dt:7g (1) (t ) = a E ∗ (0) E (t ) = c 0 exp(− Dtk 2t )При этом могут быть определены коэффициенты трансляционной диффузиичастиц и их гидродинамические радиусы.Концентрационная зависимость коэффициента трансляционной диффузии Dtможет быть представлена в виде вириального разложения по концентрации.
Всоответствии с этим, связь между коэффициентом Dt, массоймолекулы М ихарактеристической вязкостью белкового раствора [η] определяется уравнениеDt = Do {1 + ( 2 BM − [η ])c} ,Здесь D0 – коэффициент диффузии, определяемый по формулеЭйнштейнаD0 =kTη − η0, а характеристическая вязкость [η ] = limc→0fcη0Стокса –- предельноезначение вязкости при с→0, где η 0 - вязкость растворителя.
Величина [η ] связана сразмерами и формой макромолекул в растворе и используется для их определения.Глава4содержитлитературныйобзор,посвященныйисследованиюфизических свойств коллагена в растворах.Первые две части главы освещают основные результаты работ по измерениюкоэффициентов трансляционной Dt и вращательной Dr диффузий молекул коллагена,исследованию молекулярных параметров белка (массы, структуры, размеров),механизмов межмолекулярного взаимодействия и процессов фибриллообразования врастворах коллагена методами статического и динамического светорассеяния. Особоевнимание уделено работам Доти, Флетчера и Пекора.В третьей части описываются процессы, происходящие в водных растворахколлагена при нагревании: структурные изменения макромолекул белка с ростомтемпературы и превращение его в желатин.Также обсуждается особое значение и место данной работы в современномпредставлении молекулярно-динамических процессов, происходящих в водныхрастворах коллагена.Глава5содержитподробноеописаниеэкспериментаирезультатыисследования водных растворов коллагена при различных значениях рН среды ивключает в себя несколько разделов.8Раздел 5.1 посвящен описанию объекта исследования и подготовки образцов.В работе был исследован растворимый коллаген I типа из телячьей кожи немецкойфирмы "Sigma-Aldrich".
Для изменения показателя pH среды применялись слабыерастворы уксусной кислоты CH3COOH и щёлочи КОН. Подробно изложена методикаи условия приготовления исследуемых систем с заданными параметрами.В разделе 5.2 приводится описание экспериментальной установки. Измеренияпроводились на установке с He-Ne лазером ГН 25-1 и фотоэлектрическойрегистрацией рассеянного излучения. Система позволяет разделить поляризованнуюидеполяризованнуюкомпонентырассеянногоизлученияиизмерятьихинтенсивности независимо. Обработка сигнала проводилась в автоматическомрежиме с помощью компьютера непосредственно в течение эксперимента. В качествеэталонной жидкости использовался обеспыленный бензол в стеклянной запаяннойампуле.В разделе 5.3 представлены результаты экспериментального исследованияводных растворов коллагена методом статического светорассеяния.На рис.1 представлены зависимости параметра рассеяния растворов коллагенаот его концентрации для различных значений рН.
При рН 4.2 наблюдаетсянаибольший наклон этой зависимости, а минимальный - при рН 6.0. Значениеэффективной массы коллагена увеличивается с ростом показателя рН:Мэфф=229 000 г/моль (рН 4.2) и Mэфф=673 000 г/моль (pH 6.0).cH/R 90 , моль/г161141- Мэфф=229 000 г/моль рH=4.22121032- Mэфф=297 000 г/моль pH=4.583- Mэфф=298 000 г/моль pH=7.264- Mэфф=473 000 г/моль pH=5.5445200,005- Mэфф=673 000 г/моль pH=6.0c, мг/мл0,040,080,120,160,200,240,280,32Рис.1 Концентрационная зависимость параметра рассеяния cH/R90 в водных растворахколлагена при различных значениях рН.9Согласно теории Скэтчарда коэффициент межмолекулярного взаимодействиядолжен иметь минимальное значение в изоэлектрической точке белка.
При обработкеэкспериментальныхданныхбыларассчитаназависимостькоэффициентамежмолекулярного взаимодействия для молекул коллагена при различных значенияхрН (рис.2). Видно, что кривая имеет зависимость, близкую к параболической сминимумом при рН 6.0.Независимое исследование коэффициента деполяризации рассеянного светапри изменении рН в растворах коллагена (рис. 3) показывает наличие экстремума прирН 6.0, что связано с минимизацией суммарного поверхностного заряда на молекулеколлагена.-332B*10 , см моль/г18161412108642pH04,0Рис.24,55,05,5Зависимостьмежмолекулярного6,06,57,07,5коэффициентаРис.3взаимодействияЗависимостькоэффициентадеполяризации от рН.от рН среды.Раздел 5.4 посвящен обсуждению полученных результатов и выводам к главе 5.Из сопоставления экспериментальных данных видно, что эффективная массарассеивающих частиц увеличивается в области изоэлектрической точки белка (рис.1).Это дает основаниевозможно,предполагать, что при увеличении показателя рН раствора,наблюдается тенденция к слипанию двух или даже трех молекулколлагена.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
