Влияние растворителя на спектральные свойства коллагена и никотинамидадениндинуклеотида

• Автор: Конькова, Елена Петровна
• Шифр специальности: 01.04.17
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2012
• Место защиты: Волгоград
• Количество страниц: 142 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. ОБЪЕКТ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

1.1 Объект исследования - биоткань

1.1.1 Структурный белок биоткани коллаген

1.12 Естественный растворитель биоткани вода

1.13 Коферменты биоткани николинамидадениндцнуклеошд и флавинадениндинуклеотид. 10 12 Метод исследования - численный эксперимент

12.1 Расчет электронного спектра многоатомной молекулы

122 Расчет колебательного спектра многоатомной молекулы

123 Пофрагментный расчет спектров многоатомной молекулы

ГЛАВА 2. СПЕКТР ПОГЛОЩЕНИЯ КОЛЛАГЕНА В ПРИСУТСТВИИ ВОДЫ

2.1 Расчет электронного спектра коллагена аминокислотными остатками
22 Спектрально значимые остатки
22.1 Оценка конфигурационного уширения уровней
222 Зависимости дипольных моментов от концентрации раствора
23 Сравнение с результатами натурных экспериментов
2.4 Выводы
ГЛАВА 3. СПЕКТР ПОГЛОЩЕНИЯ ВОССТАНОВЛЕННОЙ ФОРМЫ НИКОТИНАМИДАДЕНИНДИНУКЛЕОТИДА В ПРИСУТСТВИИ ВОДЫ
3.1 Субъединицы НАДН: аденин и восстановленный никотинамид
32 Роль локальных флуктуаций молекул растворителя в переносе энергии возбуждения
33 Сравнение с результатами натурных экспериментов
3.4 Выводы
ГЛАВА 4. ФЛУОРЕСЦЕНТНАЯ ДИАГНОСТИКА БИОТКАНИ ПО ОТНОШЕНИЮ ИСТИННЫХ ВКЛАДОВ КОЛЛАГЕНА, НАДН И ФАД
4.1 Практические аспекты флуоресцентных измерений
42 Расчет истинных контуров флуоресценции и вкладов коллагена, НАДН и ФАД
43 Количественный анализ натурных спектров флуоресценции биоткани по истинным вкладам
4.4 Выводы
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ЛИТЕРАТУРА
ВВЕДЕНИЕ
Актуальность. Развитие патологического процесса сопровождается [1] изменением содержания всегда присутствующих в биоткани флуорохромов: коллагена, восстановленной формы никотинамидадениндинуклеотида (НАДН) и окисленной формы флавинадениндинуклеотида (ФАД). Коллаген является структурным белком биоткани. Коферменты никотинадениндинуклеотид и флавинадениндинуклеотид участвуют в обеспечении клетки энергией. Все клеточные процессы протекают в присутствии воды, естественного растворителя биоткани.
Диагностика заболеваний биоткани основывается на гистологическом или спектроскопическом исследовании. Гистологическое исследование предусматривает взятие образца in vitro. Методики препарирования биоткани, фиксации образца в измерительном приборе и др. приводят [2] к существенному искажению данных. Искажение данных спектроскопического исследования также обусловливается рядом причин. Вот только некоторые из них:
1. испускаемые различными участками образца излучения дают [3] неодинаковый вклад в сигнал детектора при различной геометрии эксперимента и вследствие неоднородностей в образце;
2. чувствительность волоконно-оптических датчиков не одинакова [4] в объеме образца;
3. область детектирования включает в себя кровеносные сосуды, а процесс агрегации эритроцитов приводит [5] к значительному изменению оптических характеристик крови;
4. публикуемые значения оптических параметров биоткани имеют [4, 6—9] существенные расхождения, поскольку техника и технологии определения оптических параметров продолжают [3, 10-18] совершенствоваться.
Отдельно отметим, что на сегодняшний день отсутствует полноценная система метрологического обеспечения, как спектральных приборов, так и
ВВЕДЕНИЕ
методик измерений. В связи с этим, различия в показаниях приборов и погрешности измерений находятся [19, 20] на уровне не менее 50% от измеряемой величины.
С другой стороны, самостоятельным и всесторонне используемым на практике методом исследования является численный эксперимент. Исследование спектральных свойств упомянутых выше флуорохромов в воде, чье содержание меняется в процессе жизнедеятельности клеток, имеет фундаментальное значение, являясь частью общей проблемы биологического действия слабых физико-химических факторов. В силу специфики, на сегодняшний день, именно квантовохимические расчеты играют [21] определяющую роль при исследовании влияния среды на молекулу. В свою очередь, возможность реализации расчетов на персональном компьютере делает их массовыми, что позволяет существенно повысить достоверность натурных спектроскопических исследований.
Эти факты выдвигают данную работу в категорию наиболее актуальных. Цель работы - исследование влияния флуктуаций молекул воды на УФ-видимые спектры коллагена и никотинамидадениндинуклеотида.
Научная новизна:
1. Конфигурационное уширение первого синглетного перехода у фенилаланила (~20нм), пролила (~30нм) и гистидила (~40нм) проявляется слабее, чем у глицила (~100нм), глутамила (~100нм) и метионила (~120нм).
2. Увеличение полярности фенилаланила, пролила, гистидила, глицила, глутамила и метионила приводит к батохромным сдвигам их первых синглетных преходов.
3. В результате понижения порядка связи с атомом азота пиридинильного кольца у никотинамида исчезает поглощение в области 260нм и появляется поглощение в области 340нм.

ГЛАВА 2. СПЕКТР ПОГЛОЩЕНИЯ КОЛЛАГЕНА В ПРИСУТС1 ВИИ ВОДЫ
параметризация для воспроизведения оптических переходов в ультрафиолетовой и видимой области) были рассчитаны вероятности и длины волн первых синглет-синглетных электронных переходов одиночных остатков. Таким образом, учитывалось конфигурационное “взаимодействие” на конфигурациях, однократно возбужденных по отношению к конфигурации основного состояния. Погрешности расчета энергий первых переходов составляют несколько десятых электрон-вольта.
При учете кратности повторения в макромолекуле коллагена аминокислотные остатки, ответственные за наиболее вероятные первые синглет-синглетные электронные переходы, в значительной степени определяют спектральные свойства коллагена в ультрафиолетовой и видимой области.
На рис. 2.1.3 представлены результаты пофрагментных квантовохимических расчетов в неэмпирическом приближении электронного спектра поглощения макромолекулы коллагена триплетами аминокислотных остатков и остатками с учетом кратности их повторения в макромолекуле. Здесь необходимо отметить, что рассматривалась первичная структура белка, определяемая последовательностью аминокислотных остатков. В случае расчета электронного спектра поглощения макромолекулы коллагена остатками с учетом кратности их повторения в макромолекуле, влияние колебательных степеней свободы (инфракрасный диапазон) каждого аминокислотного остатка на свои переходы (оптический диапазон) косвенно учитывалось в ходе оптимизации геометрии остатков. В случае расчета триплетами остатков, учитывается также влияние колебательных степеней свободы соседних остатков.