Молекулярная динамика белков и полипептидов. Исследование методом релаксационной и обменной ЯМР-спектроскопии

• Автор: Крушельницкий, Алексей Германович
• Шифр специальности: 01.04.07
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2006
• Место защиты: Казань
• Количество страниц: 247 с. : ил.

ГЛАВА 1. ЯМР-МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ ДИНАМИКИ БЕЛКОВ И ПРИМЕРЫ ИХ ПРИМЕНЕНИЯ (литературный обзор)
1.1. Природные зонды, дающие информацию о молекулярной динамике посредством ядерного магнитного резонанса
1.2. Форма линии спектра ЯМР твердого тела, обусловленная анизотропией химического сдвига
1.3. Вращение образца под магическим углом
1.4. Двумерные обменные ЯМР-эксперименты
1.5. Одномерные обменные ЯМР-эксперименты
1.6. ЯМР-релаксация
1.7. Корреляционная функция молекулярного движения и безмодельный подход
1.8. ЯМР и химический обмен в белковых растворах
1.9. Особенности проведения ЯМР-экспериментов на различных магнитных ядрах
1.10. Конформационная динамика белков
1.10.1. Белки в растворе
1.10.2. Белки в твердом состоянии
1.10.3. Обобщающие замечания
ГЛАВА 2. БРОУНОВСКАЯ ДИНАМИКА И МЕЖМОЛЕКУЛЯРНЫЕ ЭЛЕКТРОСТАТИЧЕСКИЕ
ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ БЕЛКОВ В РАСТВОРЕ
2.1. Качественная модель межмолекулярных
электростатических взаимодействий
2.2. ЯМР-релаксационные эксперименты на протонах белков
в растворах тяжелой воды
2.2.1. Методы измерения и анализа времен релаксации
2.2.2. Результаты экспериментов и их обсуждение
2.3. Анализ дисперсий времен релаксации воды в растворах
белков
2.4. Диэлектрические эксперименты в растворах миоглобина
2.5. Теоретические оценки энергии межмолекулярного электростатического взаимодействия белков и компьютерное моделирование броуновской динамики электрических диполей

2.6. Заключение ко второй главе
ГЛАВА 3. ИССЛЕДОВАНИЕ ВНУТРЕННИХ КОНФОРМАЦИОННЫХ ДВИЖЕНИЙ БЕЛКОВ И ПОЛИПЕПТИДОВ В ТВЕРДОМ СОСТОЯНИИ
3.1. Расширение частотного диапазона твердотельного ЯМРэксперимента по релаксации во вращающейся системе координат для случая гетероядерной дипольной релаксации
3.1.1. Использование отстройки от резонанса частоты поля спин-лока
3.1.2. Использование дипольной развязки от протонов во время действия спин-лока
3.2. Сравнение внутренней динамики белков в микрокристаллическом и гидратированном порошкообразном состояниях
3.2.1. Постановка задачи
3.2.2. Условия эксперимента
3.2.3. Результаты и обсуждение
3.3. Исследование динамики биополимеров с помощью ЯМРрслаксации на ядрах 'Н и 13С естественного содержания
3.3.1. Полилизин - релаксация на ядрах13 С естественного содержания
3.3.1.1. Условия эксперимента и методы анализа
3.3.1.2. Динамика боковых цепей
3.3.1.3. Динамика основной цепи
3.3.1.4. Выводы
3.3.2. Сравнительный анализ динамики полилизина и лизоцима по данным релаксации на ядрах 13С
естественного содержания
3.3.2.1. Результаты
3.3.2.2. Обсуждение
3.3.3. Полилизин - сравнительный анализ ЯМР-релаксациинаядрах'Н и13 С
3.3.3.1. Преимущества и особенности сравнительного анализа ЯМР-релаксации на ядрах !Н и !3С в биополимерах
3.3.3.2. Условия эксперимента и методы анализа
3.3.3.3. Результаты и обсуждение

3.4. Применение твердотельной обменной ЯМР-спектроскопии для исследования низкочастотной внутренней динамики белков
3.4.1. Исследование динамики основной цепи барстара и полиглицина с помощью последовательности /г-0Д£ОД
3.4.1.1. Условия эксперимента и результаты
3.4.1.2. Спиновая диффузия
3.4.1.3. Молекулярное движение основной цепи барстара
3.4.2. Совместный анализ обменных и релаксационных ЯМР-данных - метод БЯЕОА
3.4.2.1. Условия эксперимента
3.4.2.2. Математическое описание метода БЯКОА
3.4.2.3. Результаты и обсуждение
3.4.3. Эффект зависимости скорости спиновой диффузии между ядрами15N от частоты БМУ
Основные выводы и результаты
Благодарности
Ссылки

быстрого обмена между двумя состояниями ур-е (1.65) можно переписать в следующем виде [41,42]:
/?, =Л,соз2#+8т2#
Яш + р(-р)Аб)2~ Х^-
1+КЛг)
(1.67)
где параметры /?2*и, р и Дш имеют тот же смысл, что и в ур-и (1.64). Из анализа дисперсий 7?,р(<У|е) можно определить те же самые параметры, что и в эксперименте КПМГ. Разница между этими двумя экспериментами заключается в том, что последовательность КПМГ более удобна для исследования химобмена со временами корреляции в миллисекундном диапазоне, а измерения Д1р - в микросекундном.
В последние несколько лет появились методы, позволяющие регистрировать не просто изменения изотропного химсдвига, а коррелированные изменения химсдвигов двух близко расположенных магнитных ядер [43,44]. Эти эксперименты позволяют определить протяженность участков белка, подверженных одному и тому же медленному движению,
Тем не менее, несмотря на интересные методические разработки, всем ЯМР-методам, регистрирующим изменение изотропного химического сдвига, присущ один весьма существенный недостаток, который невозможно исправить в обозримом будущем. Этот недостаток заключается в том, что величина химического сдвига, как и амплитуда его изменения, зависит от очень большого числа структурных и химических свойств исследуемой макромолекулы. До настоящего времени не создано надежных алгоритмов расчета химического сдвига по структурным данным, и уж тем более не решена обратная задача. Соответственно, определяемое из эксперимента изменение химсдвига в принципе не может дать никакой информации об амплитудных или геометрических характеристиках медленных молекулярных движений. Более того, непосредственно из эксперимента невозможно определить, подвержено ли движению само магнитное ядро, за которым наблюдает исследователь, или окружение этого ядра (например, бензольное кольцо ближайшей ароматической группы), что также может вызывать изменение химсдвига. Хотя все эти недостатки подразумеваются сами собой, тем не менее, данные эксперименты