Конформационные переходы в сложных полиэлектролитных системах

• Автор: Кротова, Мария Константиновна
• Шифр специальности: 02.00.06
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2011
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 107 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ:
ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА 1. Литературный обзор
1Л. Конформационные свойства полиэлектролитных макромолекул
1.2. Интерполимерные полиэлектролитные комплексы
1.3. Компактизация ДНК. Эффект молекулярного вытеснения
ГЛАВА 2. Интерполимерные полиэлектролитные комплексы. Влияние низкомолекулярной соли
2.1. Модель
2.2. Результаты вычислений
2.3. Вычисление видимых размеров частиц
2.4. Экспериментальные данные
ГЛАВА 3. Компактизация ДНК в растворах отрицательно заряженных белков
3.1 Свойства бычьего сывороточного альбумина
3.2. Теоретическая часть. Модель компактизации заряженной
макромолекулы в растворе сильно заряженных частиц
3.3. Результаты вычислений
3.4. Экспериментальные данные
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

ВВЕДЕНИЕ
Полиэлектролиты - это макромолекулы, несущие в своей последовательности некоторую долю ионогенных групп. В полярных растворителях иноногенные группы диссоциируют, образуется заряженная полимерная цепь (макроион) и низкомолекулярные контрионы. Полиэлектролитами являются природные макромолекулы (к примеру, ДНК, белки), природные модифицированные макромолекулы (например, хитозан, целлюлоза) и синтетические полимеры (полиакриловая и полиметакриловая кислоты, сульфированный полистирол и т.д.). Полиэлектролиты могут содержать только одноименно отрицательно (полианионы) или положительно (поликатионы) заряженные группы или нести звенья с зарядами обоих знаков (полиамфолиты). Наличие зарядов, с одной стороны, и высокая степень полимеризации, с другой, обусловливают то, что полиэлектролиты обладают уникальными, не характерными как для незаряженных макромолекул, так и для низкомолекулярных электролитов, свойствами. Полиэлектролитные макромолекулы, как правило, хорошо растворяются в экологически чистом растворителе воде, их конформация весьма чувствительна к изменению свойств растворителя и внешней среды, полиэлектролитные макромолекулы обладают высокими способностями к внутри- и межмолекулярной самоорганизации. По-видимому, во многом благодаря этому комплексу свойств природные полиэлектролитные макромолекулы функционируют в живой природе, а их модификации и синтетические аналоги находят широкое применение в различных областях промышленности. Важность глубокого понимания поведения полиэлектролитных макромолекул для многих областей науки и промышленности (к примеру, таких как молекулярная биология, биотехнология, косметология, фармацевтика, пищевая промышленность,

нефтедобыча и т.д.) обусловила пристальный непрекращающийся интерес к изучению полиэлектролитов с самого начала развития полимерной науки и до настоящего времени. Однако, несмотря на большой объем исследований и совокупность полученных результатов, многие из важных полиэлектролитных систем остаются непонятыми.
Данная работа посвящена исследованию двух таких систем. Это интерполимерные комплексы, состоящие из макромолекул с различным сродством к растворителю, и комплексы ДНК и отрицательно заряженных белков.
Цель работы.
Исследование структуры интерполимерных полиэлектролитных комплексов, состоящих из макромолекул с различным сродством к растворителю, и построение теории компактизации ДНК в присутствии сильно заряженного белка, несущего одноименный с ДНК отрицательный заряд.
Научная новизна результатов.
• Впервые исследованы интерполимерные полиэлектролитные комплексы, состоящие из противоположно заряженных макроионов с различным сродством к растворителю, в растворах, содержащих низкомолекулярную соль.
• Впервые показано, что увеличение размеров интерполимерных полиэлектролитных комплексов при введении низкомолекулярной соли может быть вызвано увеличением размеров самого комплекса, а не ростом числа цепей, входящих в него.

1.3. Компактизация ДНК. Эффект молекулярного вытеснения.
В 1971 году американский ученый J1. Лерман обнаружил, что скорость седиментации ДНК в сильно разбавленных растворах резко увеличивается, когда концентрации полиэтиленгликоля и NaCl превышают некие критические значения [84-85]. Этот факт был связан с конденсацией макромолекул ДНК в растворах, содержащих достаточное количество полимера и соли, а само явление было названо у/ - компактизацией ДНК ( у/ («psi») - аббревиатура от английского - polymer and salt-induced).
С тех пор и вплоть до настоящего времени явление (//-компактизации ДНК интенсивно исследуется, что в первую очередь вызвано интересом со стороны молекулярной биологии. Действительно, известно, что в разбавленном растворе, например, ДНК бактериофага Т4 имеет радиус инерции порядка 1000 нм и занимает объем порядка 4-109 нм3, тогда как ее радиус инерции внутри головки бактериофага около 50 нм, а занимаемый объем равен 5-105 нм3 [86]. Разумно предположить (это предположение было впервые высказано в работе [86]), что компактизация ДНК в клетке обусловлена созданием физико-химических условий, которые обеспечивают компактизацию ДНК. Клетки всех живых организмов содержат огромное число биомакромолекул, низкомолекулярных ионов соли, а также других растворимых и нерастворимых компонентов с очень высокой
концентрацией. Это приводит к явлению, называемому эффекту молекулярного вытеснения (эффекту молекулярного краудинга). Молекулярное вытеснение влияет на химическое и биохимическое равновесия, а также на структуру биомакромолекул [87-89].
Для того, что исследовать влияние молекулярного вытеснения на конформацию ДНК в растворитель вводятся различные макромолекулы и изучается зависимость конформации ДНК от их концентрации. Это