Автореферат (1151495)
Текст из файла
На правах рукописиСоловьева Дарья ОлеговнаБИОНАНОГИБРИДНЫЕ СТРУКТУРЫ НА ОСНОВЕФОТОЧУВСТВИТЕЛЬНЫХ МЕМБРАННЫХ БЕЛКОВ – АНАЛОГОВРОДОПСИНОВ ЖИВОТНЫХ03.01.04 – биохимия03.01.06 – биотехнология (в том числе бионанотехнологии)АВТОРЕФЕРАТдиссертации на соискание ученой степеникандидата биологических наукМосква – 2017Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетномобразовательном учреждении высшего образования «Московская государственнаяакадемия ветеринарной медицины и биотехнологии – МВА имени К.И.
Скрябина»(ФГБОУ ВО МГАВМиБ – МВА имени К.И. Скрябина),Федеральном государственном бюджетном учреждении науки Институтебиоорганической химии им. академиков М.М. Шемякина и Ю.А. ОвчинниковаРоссийской академии наук (ИБХ РАН)Научные руководители:доктор химических наук,доктор биологических наук,профессордокторфизико-математических наукЗайцев Сергей ЮрьевичОлейников ВладимирАлександровичОфициальные оппоненты:Васильева Любовь Григорьевна, доктор биологических наук, ведущийнаучный сотрудник лаборатории первичных процессов фотосинтеза Федеральногогосударственного бюджетного учреждения науки Института фундаментальныхпроблем биологии Российской академии наук.Дзантиев Борис Борисович, доктор химических наук, заведующийлабораторией иммунобиохимии, заместитель директора по научной работеФедерального государственного бюджетного учреждения науки Института биохимииимени А.Н.
Баха Российской академии наук.Ведущая организация:Федеральное государственное автономное образовательное учреждениевысшего образования "Казанский (Приволжский) федеральный университет".Защита диссертации состоится «07» июня 2017 г. в 10:00 часов на заседаниидиссертационного совета Д 220.042.04 при ФГБОУ ВО ФГБОУ ВО МГАВМиБ –МВА имени К.И.
Скрябина по адресу: 109472, г. Москва, ул. Академика Скрябина, д.23, тел.: (495) 377-93-83С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВО МГАВМиБ –МВА имени К.И. Скрябина и на сайте http://www.mgavm.ruАвтореферат разослан «__» ______ 201_http://www.mgavm.ru, http://www.vak3.ed.gov.ru/.Ученый секретарь диссертационного советаг.иразмещеннасайтеФомина В.Д.ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ.Актуальность.Созданиеиструктурно-функциональноеисследованиесупрамолекулярных систем на основе фоточувствительных мембранных белков инаноструктур является перспективной и активно развиваемой задачей современнойбиохимии, биотехнологии и физико-химической биологии [Audette et al., 2011;Renugopalakrishnan et al., 2014; Zaitsev S.Yu., et al., 2012; Oesterhelt D., 1971;].Необходимоотметитьхорошоизвестныйфоточувствительныйбелокбактериородопсин (БР), содержащийся в пурпурных мембранах (ПМ) галофильныхбактерий Halobacterium salinarum, являющийся аналогом зрительных родопсиновживотных.
Наличие хромоформной части – ретиналя позволяет использовать энергиюсвета для активного перемещения протона через мембрану в результате фотоциклаБР. Для увеличения эффективности передачи световой энергии на белок могутиспользоваться различные наночастицы типа полупроводниковых квантовых точек(КТ) или металлических наночастиц. Формирование гибридных наноструктур наоснове БР (ПМ) с наночастицами или позволяет создавать новые нано-биоматериалыс заданными свойствами для биохимии, биотехнослогии, сенсорики и фотоники.Однако влияние разных типов наночастиц на биологические наноструктуры типа БРдо сих пор описаны не полностью. Разработка гибридных наноструктур требуетмодификации свойств белка, которая позволяет управлять и оптимизировать эффектывзаимодействияБРснаночастицами,наноструктурированнымииполупроводниковыми средами.
Детальное исследование эффеков взаимодействиябелка с неорганическими структурами позволит направленно конструироватьбионаногибридные системы.Цель работы: комплексное исследование фоточувствительных мембранныхбелков - аналогов родопсинов животных - и создание на их основе бионаногибридныхструктур с заданными свойствами.Исходя из этой цели, были поставлены следующие задачи:1.Сравнитьсвойствафоточувствительныхмембранныхбелковбактериородопсина и БР-D96N в различных условиях среды.2. Создать фотовольтаический элемент на основе ориентированного слоя БР иисследовать влияние проводящего полимера и нескольких типов электродов насвойства БР.33. Оценить влияние солюбилизированных полупроводниковых квантовыхточек на фотоцикл БР в суспензии и ориентированной бионаногибридной структуре.4. Определить характеристики фотоциклов белков БР и БР-D96N привзаимодействии с наночастицами серебра.Научная новизна.
Найдены эффекты влияния квантовых точек на фотоциклБР в суспензии, охарактеризованы скорости образования и распада основногоинтермедиата фотоцикла БР – М-формы. Определена возможность регулированияпараметров фотоцикла БР, предложена схемауказанных биохимических ибиофизических процессов. Впервые получены ориентированные пленки ПМ сквантовыми точками характеризующиеся увеличением скорости образования ираспадаМ-формы–основногоинтермедиатафотоциклаБР.Исследовановзаимодействие металлических наночастиц с мембранами на примере воздействиясеребряных наночастиц (AgНЧ) на пурпурные мембраны. Обнаружено, что ПМподавляют коагуляцию серебряного золя, необходимую для формирования активныхобластей гигантского комбинационного рассеяния (ГКР). Впервые показано, чтовоздействие AgНЧ подавляет фотоцикл БР в ГКР-активных областях связывания сAgНЧ.
В областях слабого воздействия AgНЧ на БР происходит ускорение фотоциклаи ускорения распада М-формы. Также исследовано влияние AgНЧ на мутантнуюформу бактериородопсинаБР-D96N и показано, что процесс распада М-формызамедляется.Теоретическая и практическая значимость полученных результатов.Разработана модель, позволяющая оценить эффекты влияния наночастиц набиологические структуры и использовать для создания бионаногибридных структур,которыеобладаютоптимизированнымиуправляемымихарактеристиками.Вчастности, возможность регулирования фотоцикла бактериородопсина за счетразличных неорганических структур дает возможность направленно конструироватьнаногибридныесистемы,например,наносенсоры.Гибридныенаноэлементыобеспечат "наноразрешение" для применения в биомолекулярной электронике,оптическом переключении и фотовольтаике за счет преимуществ их размера,эффективности свето- и электро-контролируемых функций, надежной структуры,стабильности и низкой стоимости производства.4В ходе выполнения данной работы была создана уникальная научная установка«Системазондово-оптической3Dкорреляционноймикроскопии»(http://ckp-rf.ru/usu/486825/), данная УНУ создавалась в рамках проекта по соглашению сМинобрнауки РФ № 14.616.21.0042 (RFMEFI61615X0042).
Также, часть работ даннойдиссертации проводили в течение выполнения гос. контракта № 11.G34.31.0050, атакже гос. задания 4.624.2014/К от 17.07.2014. Результаты работы внедрены вучебный процесс ФГБОУ ВО МГАВМиБ-МВА им. К.И. Скрябина для обучениябакалавровимагистровподисциплинам«Избранныеглавыбиохимии»,«Супрамолекулярные биохимические системы в биологии мембран».Основные положения, выносимые на защиту:1. Свойства фоточувствительных мембранных белков бактериородопсина и БРD96N закономерно изменяются в зависимости от условий среды.2.
Параметры фотовольтаического элемента на основе ориентированного слояБР; влияние полимера и электродов на свойства элемента.3. Влияние солюбилизированных полупроводниковых квантовых точек нафотоцикл БР в суспензии и ориентированной бионаногибридной структуре.4. Характеристики фотоциклов белков БР и БР-D96N при взаимодействии снаночастицами серебра.Методология и методы проведенных исследований.В ходе выполнения исследования применялись методы и подходы, хорошозарекомендовавшие себя в ходе предыдущих работ по созданию и исследованиюгиборидных наноструктур.
Основные примененные методы: сканирующая зондоваямикроскопия, в частности атомно-силовая микроскопия в контактной моде,комбинационное и гигантское комбинационное рассеяние, динамическое рассеяниесвета,абсорбционнаяспектроскопия,флуоресцентнаяспектроскопия,электрофоретическая седиментация, инфракрасная спектроскопия, флеш-фотолиз наимпульсномоднолучевомдифференциальномспектрофотометресдвойноймонохроматизацией измеряющего света. Полученные данные обработаны на ПК постандартным методикам с помощью программ глобального фитирования, Origin,GRAMS, математические методы обработки статистических данных.5Личный вклад соискателя.
Все этапы работы, включая разработку методик,проведение экспериментов, обработку и анализ полученных результатов былипроведены лично автором или при его непосредственном участии.Степень достоверности и апробация работы.Достоверность полученных результатов обусловлена тем, что: а) весь объемэкспериментальной работы выполнен на сертифицированном оборудовании, былапоказана воспроизводимость научных результатов (каждое измерение выполнено неменее 3 раз); б) результаты, полученные автором, согласуются с литературнымиданными и данными, представленными в независимых источниках по даннойтематике; в) экспериментальные данные обработаны с применением современныхкомпьютерных программ.Основные материалы диссертации были доложены и обсуждены на:международном семинаре «Nano-Bio Hybrid Materials with Photovoltaic and EnergyTransfer Properties» (Реймс, Франция, 2012); 9 международном симпозиумеаспирантов «Horizons in Molecular Biology» (Геттинген, Германия, 2012); третьеммеждународном симпозиуме «Molecular Photonics» (Санкт-Петербург, Россия, 2012);третьемРоссийско-ГреческомсимпозиумеBionanotox-2012«Biomaterialsandbionanomaterials: recent problems and safety issues» (Греция, 2012); шестоймеждународной конференции по синтетической биологии «SB6.0: The SixthInternational Meeting on Synthetic Biology» (Лондон, Великобритания, 2013);международном мастер-классе «Laser Physics» (Прага, Чехия, 2013); международнойконференции SPIE Nanophotonics V (Брюссель, Бельгия, 2014); международнойконференции «Science of the Future» (Санкт-Петербург, Россия, 2014); 1-ойМеждународнойШколе-конференции«Saint–PetersburgOPEN2014»(Санкт-Петербург, Россия, 2014); Международной научной конференции по биоорганическойхимии, биотехнологии и бионанотехнологии, посвященной 55-летию Институтабиоорганической химии им.
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}
