Оптические свойства растворов белков, содержащих ионы тяжелых металлов (1104275)
Текст из файла
На правах рукописиУДК 535.37; 532:541.64Сокол Наталья ВасильевнаОптические свойства растворов белков, содержащихионы тяжелых металлов03.00.02 – биофизикаАВТОРЕФЕРАТдиссертации на соискание ученой степеникандидата физико-математических наукМосква2006Работа 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,профессорРууге Энно Куустовичкандидат физико-математических наук,старший научный сотрудникЗахаров Станислав ДмитриевичВедущая организация:Государственное учреждениеРоссийский онкологическийнаучный центр им.
Н.Н.Блохина РАМНЗащита диссертации состоится8 июня2006 года в __18:00_ часов назаседании диссертационного совета К 501.001.08 в МГУ им. М.В. Ломоносовапо адресу: 119992, ГСП-2, г. Москва, Ленинские горы, МГУ им. М.В.Ломоносова, Физический факультет, аудитория _5-19_.С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке физическогофакультета МГУ.Автореферат разослан _____5 мая___________ 2006 года.Ученый секретарьдиссертационного совета К 501.001.08,доцентГ.Б. ХомутовОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫАктуальность темы исследованияБольшинство метаболических реакций в живом организме осуществляютсяпри непосредственном участии белковых макромолекул.
Несомненныйинтерес для современной биофизики и физико-химической медициныпредставляют исследования воздействий на белковые системы токсичныхметаллов, которые являются причиной экологических загрязнений иприводят к серьезным, часто необратимым структурно-функциональнымнарушениям в организме.Токсичные металлы могут находиться в растворах белков как всвободной (ион металла + гидратная оболочка), так и в хелатной формах(ион металла + хелат + гидратная оболочка). Хелатные соединения, вчастности этилендиаминтетраацетат (ЭДТА) с ионами металлов, являютсяустойчивымикомплексами.Этосвойствоиспользуетсявпищевойпромышленности, а также в клинической практике для лечения отравленийтяжелыми металлами.
Конкурирующими ионами за место в комплексе сЭДТА могут выступать ионы кальция, калия, натрия. Поэтому применениекомплексовнаосновеЭДТАможетприводитькнарушениямустановившегося равновесия между различными ионами металлов в плазмекрови и тканях организма. Молекулы комплексонов практически неподвергаются расщеплению в биологической среде и при определенныхконцентрациях могут отрицательно воздействовать на слизистую оболочку.Поведениебелковыхмакромолекулврастворахопределяетсяэлектростатическим взаимодействием между зарядами на их поверхности.Однако оказалось, что при определенных условиях, например, когда враствореприсутствуютионытяжелыхметаллов,взаимодействиезаряженных групп белковых макромолекул с ними может приводить кэкранированию поверхностных зарядов.
В этом случае существенную рольначинают играть диполь-дипольные взаимодействия, молекулы белка3сближаются на предельно допустимые расстояния, что приводит кизменениям их как статических, так и динамических параметров.Ранее с помощью методов статического и динамического рассеяниясвета было показано, что присутствие токсичных ионов в белковыхрастворах приводит к агрегации частиц и образованию т.н.
белковыхнанокластеров.Среди существующих оптических методов флуоресцентные методыанализа являются одними из наиболее чувствительных для определенияколичественногоПараметрысодержанияфлуоресценциивеществавчувствительныбиологическихкструктуреобразцах.окруженияфлуорофора, поэтому флуоресцентные методы применяются также и дляизучения структурных превращений в различных веществах.Очень важное свойство флуоресцентных методов в биологическихэкспериментах состоит в том, что измерения люминесценции и спектровпоглощения могут проводиться в сильно рассеивающих, гетерогенныхсредах.В основе метода поляризации флуоресценции лежит исследованиевращательнойподвижностимолекулврастворах.Вращательнаяподвижность частиц в растворах белка при добавлении токсичных ионовбудет изменяться при образовании белковых структур ― нанокластеров.Поэтому, исследуя поляризацию флуоресценции молекул в растворах белка,содержащих токсичные ионы, можно определять времена корреляциивращательной подвижности, которые напрямую связаны с массами иразмерами нанокластеров, а также условия их образования в зависимости отпараметров среды.Исследования растворов белков, содержащих ионы тяжелых металловили их хелатные комплексы, представляют несомненный интерес дляпонимания механизмов токсического воздействия этих соединений наорганизм.4Цель и задачи исследованияЦель данной работы ― экспериментальное исследование возникновениямакромолекулярных кластеров в растворах альбумина, содержащих ионытяжелых металлов и хелата европия, с помощью методов поляризациифлуоресценции,светорассеяния,флуоресцентнойикорреляционнойспектроскопии.Для достижения этой цели в работе предполагалось решить ряд задач:• создание экспериментальной установки на основе Ar-лазера дляизучения поляризации флуоресценции биологических жидкостей ввидимом диапазоне длин волн;• подбор флуоресцентных зондов для исследования вращательнойподвижности частиц в растворах альбумина, содержащих ионытяжелых металлов;• исследование флуоресценции растворов белков, содержащих солисвинца, натрия и хелат европия;• получение и сравнение спектров флуоресценции водных растворовальбумина при добавлении токсичных ионов и без них;• расчетвременикорреляциивращательнойподвижностииэффективной массы частиц в исследуемых растворах в зависимости отпараметров среды (концентрации токсичных ионов, рН);• сравнение полученных результатов с данными по светорассеянию икорреляционной спектроскопии в тех же системах.Научная новизна диссертации• Спомощьюфлуоресцентнойспектроскопииввидимомиультрафиолетовом диапазонах длин волн и метода поляризациифлуоресценции проведено исследование растворов сывороточногоальбумина (БСА) с солями металлов (Na+, Pb2+ и Cd2+) при измененииряда параметров среды, таких как концентрация макромолекул, рН иионная сила растворов.5• Впервые с помощью флуоресцентной спектроскопии и методаполяризациифлуоресценциипроведеноисследованиерастворовхелата европия (соединение ЭДТА с Eu3+) при изменении рядапараметров среды, таких как концентрация и рН растворов.• С помощью флуоресцентной спектроскопии и метода поляризациифлуоресценции проведено исследование растворов БСА, содержащиххелат европия при изменении различных параметров, таких какконцентрация компонентов, рН растворов, длина волны возбужденияфлуоресценции.• Показано, что наличие в растворах белка ионов легких металлов (Na+)не приводит к увеличению времени корреляции вращательнойподвижности и массы частиц.
Наличие в растворах БСА ионовтяжелых металлов (Cd2+, Pb2+) вызывает образование наночастиц ―белковых кластеров.• Впервые показано, что наличие в растворах БСА молекул хелатаевропия приводит к образованию белковых макромолекулярныхкомплексов ― наночастиц, как и при добавлении солей тяжелыхметаллов.• Показано,чтозначениявременкорреляциивращательнойподвижности частиц в растворах белков, содержащих тяжелые ионы,растут при увеличении ионной силы (концентрации).• Полученызависимостивременкорреляциивращательнойподвижности частиц в белковых растворах от поверхностного заряданамакромолекулах;этизависимостиимеютмаксимумывизоэлектрической точке белка.• Метод поляризации флуоресценции применен для исследованиярастворовсывороткихарактеристикивременкрови;показано,корреляции6чтовращательнойинтегральныеподвижностибелков сыворотки крови могут различаться для здоровых людей ипациентов с онкологическими заболеваниями.Научно-практическая значимость исследованияОсновные результаты работы способствуют развитию представлений омолекулярно-динамических процессах, происходящих в растворах белковыхмакромолекул, содержащих ионы легких и тяжелых металлов, а такжевносят вклад в понимание природы межмолекулярных взаимодействий.Изученное в работе поведение белковых макромолекул в растворах иих взаимодействие с ионами различных металлов, в том числе с ионамитяжелых металлов, может быть использовано в исследованиях измененийфизико-химических характеристик сыворотки крови, происходящих припатогенезе многих распространенных заболеваний.Методполяризациичувствительностьюифлуоресценции,специфичностью,отличающийсявозможновысокойприменятьдлядиагностики заболеваний (в том числе онкологических) на ранних стадияхих развития, даже при незначительных изменениях свойств сывороткикрови.Материалы диссертации могут быть использованы при разработкефизических методов мониторинга загрязнения природных сред тяжелымиметаллами, а также для создания диагностических приборов.Защищаемые положения• Показана возможность определения малых концентраций ионовтоксичных металлов в свободной и хелатной формах с помощьюфлуоресцентных методов.• Спомощьюметодаполяризациифлуоресценцииобнаруженообразование наночастиц ― белковых кластеров в водных растворахальбумина в присутствии ионов тяжелых металлов свинца и кадмия.7• Обнаружено, что присутствие молекул хелата европия в растворахБСА приводит к увеличению времени корреляции вращательнойподвижности частиц, что, по-видимому, связано с образованиембелковых кластеров.• Независимо методами интегрального светорассеяния и фотоннокорреляционнойспектроскопииподтвержденообразованиенаночастиц в растворах альбумина, содержащих ионы хелата европия.Апробация работыОсновные результаты диссертационной работы были представлены наконференциях: International Conference ALT-03 (Silsoe, 2003), ЧетвертаяВсероссийская научная конференция «Физические проблемы экологии»(Москва, 2004), Международная конференция студентов, аспирантов имолодыхученыхпофундаментальнымнаукам«Ломоносов2004»,«Ломоносов 2005» (Москва, 2004, 2005), II Евразийский конгресс помедицинской физике и инженерии (Москва, 2005), International ConferenceICONO/LAT 2005 (St.
Petersburg, 2005), Конференция молодых ученых врамках всемирного дня физики в МГУ, (Москва, 2005), ежегодная научнаяконференция «Ломоносовские Чтения» 2006 (Москва, 2006), Photonic West,Diagnostics and Sensing VI (San-Jose, USA, 2006).РаботавыполненаприподдержкегрантаРФФИ05-02-17838иУниверситеты России 01.03.077.ПубликацииПо материалам диссертационной работы имеется 13 публикаций, в числекоторых 3 статьи в российских и международных научных журналах.8Структура и объем работыДиссертация состоит из введения, 5 глав, заключения и списка литературы,содержащего 90 наименований. Объем работы составляет 173 страницы,включая 98 рисунков и 18 таблиц.СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫВо введении представлена общая характеристика диссертационной работы.Обоснованаактуальностьисследования, изложенытемы,сформулированынаучная новизнацельии практическаязадачиценностьполученных результатов.Первая глава диссертации посвящена описанию взаимодействий врастворах электролитов.
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}
