Исследование процессов биолюминесценции Ca2+-регулируемого фотопротеина обелина

• Автор: Антипина, Любовь Юрьевна
• Шифр специальности: 01.04.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2010
• Место защиты: Красноярск
• Количество страниц: 103 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. ХАРАКТЕРИСТИКИ ОБЪЕКТА ИССЛЕДОВАНИЯ

1.1. Открытие биолюминесцентных белков

1.2. Свойства целентеразина

1.3. Са2+-регулируемый фотопротеин обелпн

1.4. Механизмы биолюминесцентной реакции

1.5. Влияние строения активного центра на люминесценцию фотопротеинов

1.6. С а2 -регулируемый целентеразин-связывающий белок

1.7. Постановка задачи 17 ГЛАВА 2. КВАНТОВО - ХИМИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

2.1. Метод Хартрп-Фока-Рутаана

2.2. Атомные функции и базисные наборы
2.3. Полуэмпирические методы расчета
2.4. Электронная корреляция
2.4.1. Конфигурационное взаимодействие
2.4.2. Теория возмущения Мёллера-Плессета
2.4.3. Методы теории функционала плотности
2.4.3. Программы и оборудование
ГЛАВА 3. ИССЛЕДОВАНИЕ СТРОЕНИЯ СЬЯ С УЧЕТОМ АМИНОКИСЛОТНОГО ОКРУЖЕНИЯ И ЭЛЕКТРОННЫХ КОРРЕЛЯЦИЙ
3.1. Особенности процесса формирования 2-гидропероксицелентеразина
3.2. Изомерные формы целентеразина
3.2.1. Строение целентеразина и его изомеров
3.2.2 Атомная и электронная структура, сравнение структур, рассчитанных в приближении Хартри-Фока и с учетом электронных корреляций
3.3. Спектральные характеристики изомерных форм целентеразина
3.4. Механизм формирования CLZ(2H)
3.4.1. Таутомерный механизм
3.4.2. Анионный механизм
ГЛАВА 4. ВЛИЯНИЕ ВАН-ДЕР-ВААЛЬСОВОГО ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ НА ПРОЦЕСС ОБРАЗОВАНИЯ НР-СГ/, И МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССА АКТИВАЦИИ СЬ7 5
4.1. Образование кластера СЬХ—Ог
4.2. Влияние на устойчивость комплекса замены аминокислотного остатка Туг 13 8 на фенилаланин 5 9 ГЛАВА 5. ИЗУЧЕНИЕ ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ, ПРОИСХОДЯЩИХ ПРИ ФЛУОРЕСЦЕНЦИИ ФОТОПРОТЕИНОВ
5.1. Кластерная модель расчетов
5.1.1. Выбор метода расчета
5.1.2. Спектральные характеристики целентерамида
5.2. Атомная структура
5.3. Моделирование процесса флуоресценции
5.4. Влияние аминокислот на длину волны целентерамида
ВЫВОДЫ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
Приложения

ВВЕДЕНИЕ
Несмотря, на то, что> биолюминесценция была открыта более 100 лет назад, интерес исследователей к изучению этого явления, не ослабевает. Прежде всего, это связано с тем, что в настоящее время биолюминесцентные белки являются основой многих широко используемых методов анализа. Методы с применением биолюминесцентных белков позволяют измерять вещества ниже 10" моля. Биолюминесцентные методы широко используются в клеточной биологии и экологии для мониторинга внутриклеточных процессов и загрязнения окружающей среды, а также в медицинской диагностике и исследованиях онкологических заболеваний. Спектр применения биолюминесцентных методов с каждым, годом растет, так как постоянно возникают все новые и новые области их приложения.
Значительный прогресс в понимании механизма биолюминесценции и роли отдельных аминокислот белка в этом процессе был достигнут после определения пространственных структур Са2+-регулируемьтх фотопротеинов. Однако пространственная структура белка обеспечивает информацию только о статическом состоянии белковой молекулы и аминокислот активного центра. Какие изменения происходят непосредственно в ходе реакции, остается неизвестным. Восполнить этот пробел позволяют современные квантово-химические методы расчетов, которые в настоящее время широко применяются для решения вопросов кинетики реакций, формирования переходных и промежуточных комплексов и продуктов реакции, и что особенно важно, возбужденных состояний.
Квантово-химические расчеты в настоящее время используются в
качестве одного из физико-химических методов исследования для получения
данных, необходимых для установления механизмов сложных реакций. В
настоящее время разработаны достаточно эффективные полуэмпирические и
неэмпирические варианты метода молекулярных орбиталей (МО), которые

Второй шаг образования аниона целентеразина - переход электрона с атома N(7) на С(2) атом. Энергетический барьер данного процесса - 1,5 кДж/моль.
Третьим шагом, согласно схеме Хирано (рис. 9) проводилось моделирование процесса присоединения молекулы кислорода к карбаниону. В соответствии с квантово-химическими расчетами, если молекулярный кислород находится вблизи атома С(2), на котором находится заряд -1, то при оптимизации геометрии данного кластера происходит циклизация, с последующим образованием структуры соответствующей конечным продуктам реакции -— CLM и С02.
Примерный механизм реакции аниона целентеразина с молекулой кислорода представлен на рисунке 11.

Рис. 11-- Механизм поведения целентеразина в щелочной среде
Расчеты были проведены в присутствии молекул тирозина и/или гистидина, расположенными относительно молекулы целентеразина в соответствии с кристаллической структурой обелила (РОВ код 1С>У0). Также проводились расчёты, когда аминокислоты ставилась таким образом, что расстояние между водородом аминокислоты и кислородом равнялось 1,5-2 А. Также расчеты выполнялись в присутствии молекулы воды возле N(1) атома, чтобы проверить влияние полярных молекул. Первые два шага реакции рассчитывались в триплетном состоянии из-за присутствия молекулярного

Hîs-П—.L pl0 His-n
V |3 Ч0=г
s (jS-R, O^j jiS-R)

'N^ к/ 'N r/ 'n' r,