Динамические свойства лизоцима и некоторых других глобулярных белков : Данные метода рэлеевского рассеяния мессбауэровского излучения

• Автор: Ещенко, Глеб Владиславович
• Шифр специальности: 01.04.17
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 1999
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 133 с. : ил

Обзор литературы

Глава 1. Исследование динамики вещества в конденсированной фазе Часть 1. Рэлеевское рассеяние мессбауэровского излучения (РРМИ)

1.1 Классификация процессов рассеяния

1.2 Рассеяние медленных нейтронов, синхротронного излучения, рентгеновских и 9 мессбауэровских гамма-квантов

1.3 Исследование внутренних движений конденсированного вещества методом 11 РРМИ

1.3.1 Теоретические основы РРМИ

1.3.2 Экспериментальное исследование динамики вещества методом РРМИ

Глава 2. Исследование внутримолекулярной динамики белков и их гидратации

2.1 Мессбауэровская абсорбционная спектроскопия

2.2 Дифракция рентгеновских лучей

2.2.1 Мало- и среднеугловое рассеяние

2.3 Рассеяние нейтронов (PH)
2.4 Рэлеевское рассеяние мессбауэровского излучения
Глава 3. Аппаратура и методика измерений
3.1 Спектрометр РРМИ
Глава 4. Сравнение динамических свойств различных глобулярных белков и
толиглутаминовой кислоты в состоянии а- спирали и клубка. Данные Рэлеевского эассеяния Мессбауэровского излучения
Глава 5. Изучение процесса гидратации лизоцима и миоглобина с помощью
эолынеуглового рентгеновского рассеяния
Глава 6. Изучение влияния гидратации на динамику лизоцима методом
согерентного рэлеевского рассеяния мессбауэровского излучения
5.1 Структура и функция лизоцима
1.2 Условия эксперимента
1.3 Результаты измерений и их обработка
Зыводы
1риложения
Дитируемая литература
Изучение динамического поведения биополимеров привлекает большое внимание многих исследовательских групп, работающих в области физики и химии биологических систем. Этот тнтерес связан с тем, что попытки объяснения многих элементарных процессов (фотосинтез, каталитическая активность ферментов и т.д.) только лишь с точки зрения пространственной структуры и стабилизации биополимеров не привели к ясному их пониманию [1]. В настоящее зремя считается установленным, что конформационные превращения молекул биополимеров шияют на их функциональные свойства. Так, например, согласно многим моделям ферментативного катализа и процесса переноса электрона функциональная активность белков гепосредственно связана с их динамическими свойствами [1-6]. Внутриглобулярная динамика зграет важную роль в функционировании даже простейших небольших по размеру белков. Запример, кислород должен попасть в активный центр миоглобина, который находится внутри /голекулы. Однако в структуре молекулы этого белка не существует специального канала для фохождения кислорода. Активность миоглобина обеспечивается флуктуационными тепловыми (вижениями атомных групп молекулы, которые обеспечивают диффундирование (дрейф) шелорода к активному центру. Для понимания функционирования белков, важно выяснить, :акие именно группы белковой молекулы движутся и с какой амплитудой, а также времена :орреляции их движений. Поэтому, изучение внутриглобулярной динамики является ктуальным вопросом современной биофизики. Белки функционируют в водном окружении, ода принимает активное участие в формировании нативной структуры и нативной динамики олка. Поэтому, важным является вопрос о динамике связанной с белком воды. В связи с этим едется интенсивное исследование динамики белков различными физическими методами, таких ак водородный обмен [7], метод спиновых меток [8], гамма - резонансная спектроскопия 10-13], рентгенодинамический анализ (РДА) [14, 137], рассеяние нейтронов (PH) [9. 15, 125] и .д. Прямые методы исследования флуктуаций структуры, такие как гамма - резонансная пектроскопия, метод спиновых меток, ЯМР [21, 14], люминесценция, дают, по-существу, анные о локальных движениях в биополимерах. Методы РДА, PH, и мессбауэровской бсорбционной спектроскопии (МАС) позволяют не только качественно, но и количественно писывать динамические свойства биополимеров с помощью корреляционных функций Ван юва, в которых содержится вся структурная и динамическая информация об изучаемой

системе [17, 18]. В методе МАС возможно измерение энергии у-лучей с точностью до АЕ/Е-1СГ15, однако, этот метод не позволяет варьировать переданный у-квантом системе импульс. В методе рентгеноструктурного анализа легко варьируется переданный импульс, но практически полностью утрачивается энергетическое разрешение вследствие большой ширины эентгеновской линии по сравнению с характерными изменениями энергии рассеянных системой фотонов [19]. Метод рэлеевского рассеяния мессбауэровского излучения (РРМИ) эбладает достоинствами как МАС так и рентгеноструктурного анализа. Использование в методе ЭРМИ комбинации мессбауэровского источника и детектора позволяет обуславливает шергетическое разрешение такое же, как и в МАС. Это на несколько порядков выше постигнутого разрешения даже для прецизионных нейтронных спектрометров (~1СГ эв), не юворя уже о РДА (1 эв). Такое энергетическое разрешение метода позволяет регистрировать эелковые движения с временами корреляции ~ 1(Г6 -1СГ9 сек по уширению линии шергетического спектра или движений с временем корреляции < 1СГ9 сек по уменьшению доли щругого рассеяния. В то же время в РРМИ имеется возможность изменения угла приема )ассеянного излучения (переданного импульса), в том числе до сравнительно малых углов. Это юзволяет получать данные о подвижности в пределах значительно больших областях, чем в НАС, то есть о движениях с большой амплитудой. Еще одно преимущество РРМИ перед МАС юстоит в том, что рассеивающий образец может и не содержать мессбауэровских ядер. Этот [>акт, как и то, что в РРМИ возможны измерения при более высоких температурах и степенях идратации делает РРМИ универсальным методом исследования динамики атомов в юнденсированной фазе [19, 20]. Сравнительно долгое время результаты в РРМИ получали с юпользованием «некогерентного» варианта метода, то есть с применением мягких условий юллимации [22, 13]. Такой подход позволяет значительно увеличить набираемую статистику, а ■акже в этом случае значительно проще интерпретация экспериментальных данных. Не так (авно динамику белков стали изучать с помощью «когерентного» варианта метода, т.е. с [спользованием жестких условий коллимации [23, 24, 25]. С помощью «когерентного» варианта гетода, в принципе, возможно определить форму м размеры движущихся сегментов в глобуле. )днако, когерентные эффекты значительно труднее для интерпретации. Еще одна [ринципиальная трудность состоит в том, что белки нормально функционируют лишь в водном кружении или в растворителе, содержащем воду. Поэтому изучение динамики белков ■риводит к изучению динамики двух- или трехкомпонентных систем.

Рис. 2.8. Заполненные и пустые кружки - общая и упругая интенсивности для кристалла МЬ. Квадраты - рентгеновский эксперимент. Крестики - неупругая интенсивность РРМИ.

Рис. 2.9. Заполненные и пустые кружки - общая и упругая интенсивности для беоху МЬ. Квадраты - рентгеновский эксперимент. Крестики - неупругая интенсивность РРМИ.