Рассеяние света и нейтронов при фазовых превращениях лизоцима

• Автор: Сванидзе, Анна Владимировна
• Шифр специальности: 01.04.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2007
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 145 с. : ил.

1 Рост и морфология кристаллов лизоцима

1.1 Структура и рост тетрагональных кристаллов лизоцима

1.2 Методика роста дейтерированных кристаллов лизоцима

1.3 Оптимизация условий роста дейтерированных тетрагональных кристаллов лизоцима

1.4 Морфология дейтерированных тетрагональных кристаллов лизоцима

2 Фазовый переход в кристаллах лизоцима

2.1 О возможности существования фазового перехода в кристаллах

лизоцима

2.2 Акустические свойства тетрагональных кристаллов лизоцима

2.3 Мандельштам-бриллюэновское рассеяние света в кристаллах

2.4 Описание экспериментальной установки по МБР света и деталей эксперимента

2.5 МБР света в тетрагональном кристалле лизоцима
2.6 Аномалии температурных зависимостей скорости и интегральной интенсивности акустических фононов
3 Изучение низкочастотной динамики лизоцима при
денатурации с помощью МБР света
3.1 Денатурация лизоцима при повышении температуры и при
воздействии хаотропными агентами
3.2 МБР света в жидкостях
3.3 Детали эксперимента
3.4 Эволюция спектров МБР в растворе лизоцима при тепловой денатурации
3.5 Эволюция спектров МБР при денатурации лизоцима 6М

гуанидингидрохлоридом
4 Малоугловое рассеяние нейтронов в лизоциме при тепловой денатурации
4.1 Малоуглового рассеяния нейтронов в белковых растворах
4.2 Фрактальность белков
4.3 Малоугловое рассеяния нейтронов, основные теоретические
представления
4.4 Методика измерений и обработка экспериментальных результатов
4.5 Результаты и обсуждения
4.5.1 Температурное поведение фрактальной размерности
4.5.2 Вычисление и анализ функции распределения по расстояниям
4.5.3 Температурное поведение радиуса инерции лизоцима
5 Неупругое рассеяние нейтронов в лизоциме
5.1 Особенности колебательного спектра белков
5.2 Методика измерений
5.3 Функция плотности колебательных состояний лизоцима и ее
температурная эволюция
5.4 Влияние изотопического эффекта на динамику лизоцима
Заключение

Актуальность темы. Изучение фазовых переходов является основным направлением исследований в физике твердого тела на протяжении последних нескольких десятилетий. Успехи развития физики конденсированных сред привели к возможности изучения более сложных, разупорядоченных, самоорганизующихся систем, таких как биополимеры. В последнее время все большее внимание уделяется изучению фазовых превращений ДНК, белков, и других биополимеров, которые могут приводить к изменению их активности и функции. При этом продуктивным оказывается применение широкого арсенала современных методов исследований твердых тел и кристаллов к изучению биологических объектов.
Настоящая работа посвящена исследованию поведения структуры и динамики белков при фазовых переходах и фазовых превращениях. Известно, что динамика биополимеров в диапазоне частот от 1 до 1000 ГГц обычно отражает локальные конформационные изменения, т.е. прыжки атомов от одной конфигурации к другой, и коллективные возбуждения. Динамика биополимеров в этом диапазоне частот имеет много общего с динамикой стекол, переохлажденных жидкостей и других конденсированных сред. Например, в колебательном спектре белков обнаружены бозонный пик, быстрые ангармонические движения, подобные быстрой пикосекундной релаксации в стеклах и др. Более того, делаются попытки определить температуру динамического (или стекольного) фазового перехода Тё в ряде биополимеров в низкотемпературной области [1]. Другим примером фазовых превращений является переход ДНК из А в В форму при гидратации. При этом фазовом превращении принципиальными оказались исследования низкочастотной динамики ДНК - в экспериментах по неупругому рассеянию света была обнаружена мягкая оптическая мода [2]. Это показывает, что при анализе фазовых превращений биополимеров может быть успешно

Глава 3 Изучение низкочастотной динамики лизоцима при денатурации с помощью МБР света
3.1 Денатурация лизоцима при повышении температуры и при воздействии хаотропными агентами
Первые две главы были посвящены исследованиям структуры и упругих свойств тетрагональных кристаллов лизоцима. Изучение температурной эволюции акустических волн в кристаллах позволило достоверно установить факт существования фазового перехода в окрестности 306 К в таких кристаллах. Естественным является вопрос: что может быть причиной данного фазового перехода и не связан ли он с фазовыми превращениями лизоцима? Это вопрос являлся поводом для детального изучения МБР света при денатурации лизоцима поскольку в литературе не найдено результатов подобных исследований. Денатурация - это разрушение нативной пространственной структуры молекулы белка, которое приводит к потере его биологической активности. Белок может денатурировать при изменении температуры, давления, pH, воздействии на него хаотропными агентами (мочевиной или гуанидингидрохлоридом (ОбпНС1)) и т.д. Денатурация и ренатурация (процесс, обратный денатурации) глобулярных белков являются объектами интенсивных исследований, так как изучение этих явлений может пролить свет на проблему самоорганизации белка. Кроме того, разворачивание белковой молекулы, а затем восстановление ее нативной структуры играет важную роль и в живой клетке, например, при транспорте белков через мембраны.
Что же происходит с белком при тепловой денатурации? По результатам многочисленных исследований с помощью инфракрасной спектроскопии [51-