Спектрально-конформативные корреляции в спектроскопии комбинационного рассеяния белков и пептидов в применении к изучению влияния внешних воздействий на их структуру тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.17 ВАК РФ

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА I. НЕРЕЗОНАНСНАЯ СПЕКТРОСКОПИЯ КОМБИНАЦИОННОГО

РАССЕЯНИЯ БЕЛКОВ И ПЕПТИДОВ. СОВРЕМЕННОЕ

СОСТОЯНИЕ.

1.1. Колебания полипептидной цепи б ежовых молекул.

1.2. Колебания боковых цепей.

1.3. Изучение цространственной структуры белковых молекул в различных агрегатных состояниях объекта.

ГЛАВА 2. МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ.

ГЛАВА 3. КОЛЕБАНИЯ БОКОВЫХ ЦЕПЕЙ БЕЛКОВЫХ МОЛЕКУЛ. ЗАКОНОМЕРНОСТИ ИЗМЕНЕНИЯ КОЛЕБАНИЙ ДЖУЛЬФВДНЫХ

МОСТИКОВ В ЗАВИСИМОСТИ ОТ Ж7КЩФОРМАЦИИ

3.1. Расчеты нормальных колебаний.

3.2. Экспериментальное изучение модельных соединений и белков, в области колебаний дисуль-фидных мостиков.

ГЛАВА 4. ПРИМЕНЕНИЕ СПЕКТРОСКОПИИ КР ДЛЯ ИЗУЧЕНИЯ ПЕПТИДОВ И БЕЛКОВ.

4.1. Анализ спектров КР апамина.

4.2. Изучение кальций-связывавдих белков на примере кальмодулина и фосфолипаз Ag из различных источников.

ГЛАВА 5. ПРИМЕНЕНИЕ СПЕКТРОСКОПИИ КР ДЛЯ ИЗУЧЕНИЯ ГАММА

ОБЛУЧЕННЫХ РАСТВОРОВ ИНСУЛИНА И АЛЬБУМИНА

ВЫВОДЫ.

Одной из важных проблем химической физики является изучение пространственного строения молекул и его влияния на механизмы и скорости процессов с их участием. В ряду различных физико-химических методов исследования макромолекул, важнейшими из которых, в частности, являются молекулы пептидно-белковой природы, лазерная спектроскопия комбинационного рассеяния (КР) зарекомендовала себя за последнее время как один из наиболее информативных оптических методов. В настоящее время спектроскопия КР переживает бурное развитие, связанное как с расширением и усложнением типов изучаемых объектов и систем, так и с развитием новых методических подходов и технических усовершенствований в нерезонансных и резонансных методах спектроскопии КР света. Одной из отличительных черт этого метода, обеспечивших его применимость и большую значимость, является возможность получения и сопоставления спектров в различных агрегатных состояниях вещества: растворах, порошках, кристаллах и т.д. в том числе, что принципиально важно для биологических систем, в интактном состоянии. Это преимущество особенно важно при изучении пространственной структуры белков и пептидов, ее сопоставлении в растворах и кристаллах, при исследовании влияния воды и растворенных веществ на конформации этих объектов. Достоинством метода при изучении белков и пептидов является и то, что в их спектрах КР сочетается информация о пространственной упаковке полипептидной цепи и зачастую уникальные сведения о состоянии и контактах ряда боковых цепей отдельных аминокислотных остатков. Особо следует отметить в этом отношении колебания серусодержащих аминокислотных остатков и дисульфидных мостиков, важную информацию о конфигурации которых можно было получить только в кристаллическом состоянии образца на основе данных рентгеноструктурного анализа. Это само за себя говорит о том, что такая информация может быть получена не всегда и с большим трудом. Причем решение вопросов о количестве с еру со держащих групп, их состоянии и превращениях в процессе функционирования молекул или в интактном состоянии сложных систем до сих пор является сложной цроблемой. Множество различных химических методов определения серусодержащих групп наделено тем принципиальным недостатком, что они связаны с необходимостью реакционного вмешательства. Развитие метода КР-спектроскопии с использованием его возможностей и преимуществ для этих целей становится особо актуальным и сулит заманчивые перспективы. В настоящее время, спектроскопия КР белков и пептидов является мало разработанной в методическом отношении и в плане интерпретации спектров по сравнению с другими традиционными методами оптической спектроскопии, такими как флуоресценция, поглощение, круговой дихроизм и др. Информация, получаемая из анализа спектров КР на основе современных спектрально-структурных корреляций имеет, главным образом, качественный характер, причем не всегда данные авторов различных методических работ (посвященных, в частности, анализу спектров серусодержащих остатков) находятся в согласии, имеется ряд нерешенных вопросов, связанных с возможностью получения количественной информации. В этой связи особую актуальность цриобретают работы, направленные на повышение информативности анализа спектров КР белков и пептидов и расширение возможностей применения метода.

Изучение на основе спектров КР особенностей пространственной структуры белковых молекул в сопоставлении с активностью и их изменений под влиянием различных факторов среды или физических воздействий (УФ-свет, ионизирующие излучения) представляет интеpec не только в фундаментальном плане (так как дает информацию для формирования представлений о структзфно-функциональных связях), но и актуально рядом своих прикладных аспектов. Так, большой интерес вызывает вопрос о радиационной модификации структуры молекул белков в растворах, важный как для радиобиологии, так и для некоторых отраслей промышленности, использувдих излучения. В частности, в последнее время появились обоснованные перспективы использования в ближайшие годы в производстве лекарственных препаратов нового метода стерилизации, основанного на облучении замороженных растворов. Спектры КР отражают целостность конформа-ции полипептидных цепей б ежовых молекул, в значительной мере определяющих активность лекарственной формы на их основе, и могут дать детальную информацию о других наиболее уязвимых элементах структуры этих соединений.

В соответствии с задачами настоящей работы был осуществлен и выбор объектов исследования. Среди различных молекул бежово-пептидной природы, структура и функции которых, в настоящее время, являются цредметом интенсивных исследований и данные спектроскопии КР, в соответствии с используемым в нашей работе подходом, представляют значительный интерео, предпочтение было отдано тем молекулам, физико-химические свойства которых наиболее благоприятствовали развитию и применению спектрально-структурных корреляций.