Разработка методов быстрой классификации белков по данным малоуглового рассеяния и анализ строения белковых комплексов в растворе

• Автор: Соколова, Анна Владимировна
• Шифр специальности: 01.04.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2004
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 149 с.

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. Обзор литературы

1.1 Традиционные методы анализа кривых рентгеновского малоуглового рассеяния

1.1.1 Определение структурных инвариантов

1.1.2 Расчет структурных характеристик сильно вытянутых частиц .

1.2 Информационное содержание данных малоуглового рассеяния

1.3 Методы восстановления формы частиц при отсутствии дополнительной информации

1.4 Расчет кривых малоуглового рассеяния частицами с известной кристаллографической структурой

1.5 Анализ структуры белков и комплексов. Метод молекулярной тектоники

1.6 Кривые малоуглового рассеяния смесями: исследование формы и количества компонент
1.7 Новые задачи рентгеновского малоуглового рассеяния
ГЛАВА 2. Получение, обработка и интерпретация данных рентгеновского малоуглового рассеяния
2.1 Сбор данных синхротронного рассеяния: установка ХЗЗ кольца DORIS III (DESY)
2.2 Первичная обработка данных
2.3 Анализ и интерпретация данных. Программа PRIMUS.
Система ATSAS 2.
ГЛАВА 3. База данных для быстрой классификации белков по данным рентгеновского малоуглового рассеяния
3.1 Атомные модели и критерии сравнения кривых
3.2 Малоугловая часть малоугловых данных и аналоги по внешней форме

3.3 Среднеугловая часть кривой и аналоги по доменной архитектуре . ,.
3.4 Алгоритм и пользовательский интерфейс разработанной базы данных

3.5 Примеры использования базы данных
ГЛАВА 4. Определение структуры вертексного комплекса бактериофага
РГШ1 в растворе
4.1 Бактериофаг РИО 1 как структурный аналог аденовируса
4.2 Экспериментальные данные
4.3 Учет дополнительной информации
4.4 Построение моделей
ГЛАВА 5. Исследование процесса олигомеризации промежуточного
филамснта виментина в различных внешних условиях
5.1 Промежуточные филаменты: компонента цитоскелета
5.2 Экспериментальные данные и алгоритм их обработки
5.3 Построение моделей олигомеров виментина
5.4 Олигомеризация виментина в различных внешних условиях
Заключение
Библиография

ВВЕДЕНИЕ
Актуальность темы. История современной физики показывает, что рентгеновское излучение является эффективным средством для физической, химической, биологической и структурной характеризации вещества. Например, рентгеновская флюоресценция широко используется для качественного и количественного анализа вещества, рентгеновская фотоэлектронная спектроскопия может использоваться для изучения электронной структуры вещества. Рентгеновская кристаллография позволяет определять трехмерные структуры на атомном разрешении, а различные методики малоуглового рентгеновского рассеяния дают структурную информацию для аморфных материалов с разной степенью разрешения. Малоугловое рентгеновское рассеяние (МУР), представляющее собой центральную часть дифракционной картины, также позволяет исследовать вещества самой разнообразной структуры, в которых характерные размеры неоднородностей электронной плотности лежат в диапазоне 1-ьЮ3 нм. Чем больше размер рассеивающего объекта, тем в меньшем угловом интервале сосредоточено рассеянное излучение, и рассеяние на малые углы (меньше нескольких градусов) несет информацию о ’’крупномасштабном” (по отношению к длине волны излучения X) рассеивающем ансамбле. В структурном анализе вещества с помощью рентгеновского и нейтронного рассеяния X ~ 0.1 -г 1 нм, что по порядку величины совпадает с межатомными расстояниями. Таким образом, МУР дает информацию о надатомной структуре вещества.
Метод малоуглового рассеяния применяется в изучении объектов разнообразных классов: металлов и металлических сплавов, синтетических полимеров в растворе и сухом виде, эмульсий, пористых материалов, наночастиц и биологических макромолекул в растворе. Первые эксперименты с использованием МУР проводились уже в 1930х годах, когда появились первые фундаментальные работы, посвященные теоретическим

строить по данным МУР. Сравнение между экспериментальными кривыми и кривыми, восстановленными из кристаллографических структур, широко используется для проверки сходства структур в кристалле и растворе [40] и для предсказания четвертичных структур [4, 41, 42]. Кроме того, точный расчет амплитуд рассеяния отдельными доменами в растворе позволяет определять их взаимное расположение в многодоменных частицах [5, 24, 25,
Важным результатом, полученным с помощью малоуглового рентгеновского и нейтронного рассеяния, является доказательство наличия гидратной оболочки, с плотностью, превышающей плотность растворителя, которой окружены молекулы белка в растворе [45]. Таким образом, макромолекула в растворе может быть схематически представлена как частица с рассеивающей плотностью ра(г), окруженная растворителем со средней рассеивающей плотностью ро. Гидратную оболочку приближенно можно рассматривать как пограничный слой эффективной толщины Ар
плотности рь, которая может отличаться от ро [40, 45]. Поскольку рассеивают идентичные частицы, ориентированные хаотически, свой вклад вносят все ориентации, и картина рассеяния оказывается сферически симметричной. Таким образом, интенсивность малоуглового рассеяния записывается в виде
где Аа(з) - амплитуда рассеяния частицей в вакууме, Ас(ъ) и Аь($) - амплитуды рассеяния, соответственно, исключенным объемом и пограничным слоем с единичными плотностями, 6р= рь-ро, и < > п обозначает усреднение по всем ориентациям частицы (Ц есть телесный угол в обратном пространстве,
О)}. Сферическое усреднение в (1.52) существенно упрощается при использовании мультипольного разложения [20, 46, 47].
Исключенный объем может быть представлен суперпозицией гипотетических атомов растворителя с формфакторами £,($), центры которых
43,44].
[40]:
(1.52)