Диссертация (1151496)
Текст из файла
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждениевысшего образования «Московская государственная академия ветеринарноймедицины и биотехнологии – МВА имени К.И. Скрябина»На правах рукописиСоловьева Дарья ОлеговнаБИОНАНОГИБРИДНЫЕ СТРУКТУРЫ НА ОСНОВЕФОТОЧУВСТВИТЕЛЬНЫХ МЕМБРАННЫХ БЕЛКОВ –АНАЛОГОВ РОДОПСИНОВ ЖИВОТНЫХ03.01.04-биохимия03.01.06 – биотехнология (в том числе бионанотехнологии)Диссертация на соискание ученой степеникандидата биологических наукНаучные руководители:доктор биологических наук,доктор химических наук, профессорЗайцев Сергей Юрьевичдокторфизико-математических наук,Олейников ВладимирАлександровичМосква - 20172ОГЛАВЛЕНИЕВВЕДЕНИЕ ...................................................................................................................... 4ГЛАВА 1.
ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ ................................................................................ 91.1 Системы на основе фрагментов пурпурных мембран и фоточувствительныхмембранных белков - родопсинов ................................................................................. 91.1.1 Структурно-функциональные особенности бактериальных и зрительныхродопсинов ....................................................................................................................... 91.1.2.
Монослои и пленки Ленгмюра-Блоджетт и Ленгмюра-Шефера ................... 121.1.3. Пурпурные мембраны, адсорбированные на черных липидных мембранах илипидных бислоях других типов ................................................................................. 191.1.4. Самоассоциация и послойная сборка пурпурных мембран ............................ 241.1.5. Электрофоретическое осаждение и седиментация пурпурных мембран ...... 281.2. Гибридные нано-биоматериалы на основе пурпурных мембран ...................... 32ГЛАВА 2.
МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ...................................................................... 502.1. ПМ, суспензии с КТ и пленочные структуры ..................................................... 502.2 Получение золя AgНЧ ............................................................................................ 532.3 Контроль геометрических параметров нанообъектов .........................................
532.4 Запись спектров КР и ГКР ...................................................................................... 542.5 Флеш-фотолиз.......................................................................................................... 55ГЛАВА 3. РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ .....................................................
573.1. Взаимодействие пурпурных мембран с различными электродами ипроводящим полимером в фотовольтаической ячейке ............................................. 573.2. Взаимодействие пурпурных мембран с квантовыми точками на границераздела фаз ..................................................................................................................... 643.3. Влияние металлических наночастиц на свойства бактериородопсина:исследования методами комбинационного и гигантского комбинационногорассеяния ........................................................................................................................ 7433.3.1 Влияние модулирующего синего облучения на систему AgНЧ-ПМ ............. 803.3.2 Свето- и темно-адаптированные формы бактериородопсина в системе AgНЧПМ ................................................................................................................................... 813.3.3 Изменение кинетики фотоцикла бактериородопсина, индуцированное AgНЧ.........................................................................................................................................
833.4. Влияние наночастиц Ag на свойства белка БР-D96N: исследования методамикомбинационного и гигантского комбинационного рассеяния ............................... 843.4.1 Исследование белка БР-D96N методом комбинационного рассеяния ........... 853.4.2 Влияние модулирующего синего облучения на систему AgНЧ-D96N .......... 883.4.3 Роль свето-адаптированного состояния БР-D96N в фотоцикле белка ........... 893.4.4 Изменение кинетики фотоцикла белкаБР-D96N, индуцированное AgНЧ .... 91Заключение ....................................................................................................................
93УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ И СОКРАЩЕНИЯ................................................... 94БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК ......................................................................... 964ВВЕДЕНИЕАктуальность. Создание и структурно-функциональное исследованиесупрамолекулярных систем на основе фоточувствительных мембранных белков инаноструктурявляетсяперспективнойиактивноразвиваемойзадачейсовременной биохимии, биотехнологии и физико-химической биологии [11, 63,71,В96].частности,необходимоотметитьхорошоизвестныйфоточувствительный белок бактериородопсин (БР), содержащийся в пурпурныхмембранах (ПМ) галофильных бактерий Halobacterium salinarum и являетсяаналогом зрительных родопсинов животных. Наличие хромоформной части –ретиналя в комплексе с белком опсином позволяет использовать энергию светадля активного перемещения протона через мембрану в результате фотоцикла БР.Для увеличения эффективности передачи световой энергии на белок могутиспользоваться различные наночастицы типа полупроводниковых квантовыхточек(КТ)илиметаллическихнаночастиц.Формированиегибридныхнаноструктур на основе БР (ПМ) с наночастицами или позволяет создавать новыенано-биоматериалы с заданными свойствами для биохимии, биотехнослогии,сенсорики и фотоники.
Однаковлияние разных типов наночастиц набиологические наноструктуры типа БР до сих пор описаны не полностью.Разработка гибридных наноструктур требует модификации свойств белка, котораяпозволяетуправлятьиоптимизироватьэффектывзаимодействияБРснаночастицами, наноструктурированными и полупроводниковыми средами.Детальное исследование эффеков взаимодействия белка с неорганическимиструктурами позволит направленно конструировать бионаногибридные системы.Цельработы:комплексноеисследованиефоточувствительныхмембранных белков - аналогов родопсинов животных - и создание на их основебионаногибридных структур с заданными свойствами.Исходя из этой цели, были поставлены следующие задачи:1.Сравнитьсвойствафоточувствительныхмембранныхбактериородопсина и БР-D96N в различных условиях среды.белков52.
Создать фотовольтаический элемент на основе ориентированного слоя БРи исследовать влияние проводящего полимера и нескольких типов электродов насвойства БР.3. Оценить влияние солюбилизированных полупроводниковых квантовыхточек на фотоцикл БР в суспензии и ориентированной бионаногибриднойструктуре.4. Определить характеристики фотоциклов белков БР и БР-D96N привзаимодействии с наночастицами серебра.Научная новизна. Найдены эффекты влияния квантовых точек нафотоцикл БР в суспензии, охарактеризованы скорости образования и распадаосновного интермедиата фотоцикла БР – М-формы. Определена возможностьрегулированияпараметровфотоциклаБР,предложенасхемауказанныхбиохимических и биофизических процессов.
Впервые получены ориентированныепленки ПМ с квантовыми точками характеризующиеся увеличением скоростиобразования и распада М-формы – основного интермедиата фотоцикла БР.Исследовано взаимодействие металлических наночастиц с мембранами напримере воздействия серебряных наночастиц (AgНЧ) на пурпурные мембраны.Обнаружено, что ПМ подавляют коагуляцию серебряного золя, необходимую дляформирования активных областей гигантского комбинационного рассеяния(ГКР). Впервые показано, что воздействие AgНЧ подавляет фотоцикл БР в ГКРактивных областях связывания с AgНЧ.
В областях слабого воздействия AgНЧ наБР происходит ускорение фотоцикла и ускорения распада М-формы. Такжеисследовано влияние AgНЧ на мутантную форму бактериородопсинаБР-D96N ипоказано, что процесс распада М-формы замедляется.Теоретическая и практическая значимость полученных результатов.Разработана модель позволяющая оценить эффекты влияния наночастиц набиологические структуры и использовать для создания бионаногибридныхструктур,которыехарактеристиками.Вобладаютчастности,оптимизированнымивозможностьуправляемымирегулированияфотоциклабактериородопсина за счет различных неорганических структур дает возможность6направленно конструировать наногибридные системы, например наносенсоры.Гибридные наноэлементы обеспечат "наноразрешение" для применения вбиомолекулярной электронике, оптическом переключении и фотовольтаике засчет преимуществ их размера, эффективности свето- и электро-контролируемыхфункций, надежной структуры, стабильности и низкой стоимости производства.Результаты работы внедрены в учебный процесс ФГБОУ ВО МГАВМиБМВА им.
К.И. Скрябина для обучения бакалавров и магистров по дисциплинам«Избранные главы биохимии», «Супрамолекулярные биохимические системы вбиологии мембран». Часть работ данной диссертации проводили в течениевыполнения гос. контракта № 11.G34.31.0050 в рамках Государственнойподдержки научных исследований, проводимых под руководством ведущихученых в российских образовательных учреждениях высшего профессиональногообразования.Основные положения, выносимые на защиту:1. Свойства фоточувствительных мембранных белков бактериородопсина иБР-D96N закономерно изменяются в зависимости от условий среды.2. Параметры фотовольтаического элемента на основе ориентированногослоя БР; 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: сканирующаязондовая микроскопия, в частности атомно-силовая микроскопия в контактноймоде, комбинационное и гигантское комбинационное рассеяние, динамическоерассеяние света, абсорбционная спектроскопия, флуоресцентная спектроскопия,электрофоретическая седиментация, инфракрасная спектроскопия, флеш-фотолиз7на импульсном однолучевом дифференциальном спектрофотометре с двойноймонохроматизацией измеряющего света.
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}
