Модификация структуры гидратной оболочки полипептидов апротонными органическими растворителями: исследование методами ИК-спектроскопии и квантово-химических расчетов

• Автор: Макшакова, Ольга Николаевна
• Шифр специальности: 03.01.02
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2010
• Место защиты: Казань
• Количество страниц: 217 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
СОДЕРЖАНИЕ

ПЕРЕЧЕНЬ СОКРАЩЕНИЙ В ТЕКСТЕ

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ БЕЛКОВ И ПОЛИПЕПТИДОВ С

ВОДОЙ И ВОДНО-ОРГАНИЧЕСКИМИ РАСТВОРИТЕЛЯМИ

1.1 .Взаимодействие белка с чистой водой

1.1.1. Гидратная оболочка белка

1.1.2. Центры сорбции воды на белках и пептидах

1.1.3. Структура воды в белках и модельных соединениях по

данным ИК-спектроскопии
1.2.Структура жидких водно-органических смесей
1.2.1. Водно-ацетонитрильные смеси
1.2.2. Водно-диоксановые смеси
1.2.3. Структура воды в водно-органических смесях по ИК-спектрам
1.3. Взаимодействие белка с водой в присутствии третьего компонента
1.3.1. Влияние косольвентов на структуру воды и стабильность белков в растворе
1.3.2. Растворимость и структура биополимеров в безводных органических растворителях
1.3.3. Влияние водно-органических растворов на структуру и функции биополимеров
1.3.4. Взаимодействие белков с водно-органическими растворителями по данным рентгеноструктурного анализа и моделирования молекулярной динамики
1.3.5. Взаимодействие белков с водно-органическими растворителями по данным ИК-спектроскопии

ГЛАВА 2. ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
2 Л. Постановка задачи диссертации и выбор объектов исследования
2.2. ИК-спектроскопия
2.2.1. Основные принципы ИК-спектроскопии в приложении к исследованию белков и полипептидов
2.2.2. Отнесение полос в спектре
2.2.3. Приготовление образцов
2.2.4. Регистрация спектров пленок полипептидов
2.2.5. Математическая обработка спектров
2.3. Методы расчета
2.3.1. Расчет комплексов полипептид - молекула растворителя
ГЛАВА 3. ВЫБОР МОДЕЛИ И МЕТОДОВ РАСЧЕТА ДЛЯ ОПИСАНИЯ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ МОЛЕКУЛ РАСТВОРИТЕЛЯ С ПЛЕНКАМИ ПОЛИПЕПТИДОВ
3.1. Модель а-спирали
3.1.1. Геометрия спирального поли-Ь-аланина в вакууме, выбор метода расчета
3.1.2. Г еометрия и энергия образования комплекса спирального поли-Е-аланина с молекулой воды в вакууме, выбор метода ■
расчета
3.1.3. ИК-спектры спирального поли-Ь-аланина в вакууме, выбор метода расчета
3.1.4. ИК-спектры спиральных поли-Ь-глутаминовой кислоты в нейтральной форме и поли-у-бензил-Ь-глутамата в вакууме, сравнение с экспериментальными спектрами полипептидных
пленок
3.2. Модель р-структуры
3.3. Модель неупорядоченной структуры

ГЛАВА 4. СТРУКТУРА ГИДРАТНОЙ ОБОЛОЧКИ ПОЛИПЕПТИДОВ
И ЕЕ МОДИФИКАЦИЯ ДИОКСАНОМ И АЦЕТОНИТРИЛОМ
4.1. Гидратация полипептидов парами чистой воды
4 Л Л. Поли-БЬ-аланин
4.1Л Л. Спектры гидратной воды РА
4 Л Л .2. Спектры РА в области поглощения пептидных групп
4 Л Л .3. Моделирование спектров гидратной воды РА
4 Л Л .4. Количественные оценки гидратной воды РА
4.1.2. Поли-Ь-глутаминовая кислота в нейтральной форме
4.1.2Л. Спектры гидратной воды PGA в спиральной
конформации
4Л .2.2. Спектры PGA в области поглощения пептидных и карбоксильных групп
4.1.2.3. Моделирование спектров гидратной воды PGA
4.1.2.4. Спектры гидратной воды PGA в Р-конформации
4.1.2.5. Количественные оценки гидратной воды PGA
4.1.3. Поли-Ь-глутаминовая кислота в ионизованной форме и поли-L-лизин
4.1.3.1. Спектры гидратной воды Na-PGA и PL и количественные оценки гидратной воды
4.1.3.2. Спектры Na-PGA в области поглощения пептидных и карбоксильных групп
4.1.4. Поли-у-бензил-Ь-глутамат
4.1.4.1. Спектры гидратной воды PBG
4.1.4.2. Спектры PBG в области поглощения пептидных и карбонильных групп
4.1.4.3. Моделирование спектров гидратной воды PBG
4.1.4.4. Количественные оценки гидратной воды PBG
4.2. Гидратация полипептидов парами водно-диоксановых смесей

центральной молекулой через параллельные диполь-дипольные взаимодействия, формируя зигзагообразные кластеры по 4 - 6 молекул. Мономерных молекул в жидком AN крайне мало. Расстояние между первыми соседними молекулами 3.45 А, молекулы смещены на 1.47 А вдоль оси С-С [Takamuku et al., 1998 и ссылки в работе].
Рад авторов [Fawcett et al, 1993; Takamuku et al., 1998; Max and Chapados,
2002] отмечает, что ацетонитрил в разбавленных водных растворах и в органических растворителях, как правило, сохраняет кластерную структуру. В ИК-спектре смесей вода-AN [Takamuku et al., 1998] в области валентных CAN колебаний наряду с компонентой при 2254 см"1 появляется Лореицова компонента при 2259 см"1, которую приписывают поглощению молекул ацетонитрила, связанных с водой. Первую компоненту приписывают поглощению самоассоциированных молекул AN. В работе [Jamroz et al., 1993] поведен анализ изменения полосы валентных C=N колебаний в ИК-спектрах водных растворов дейтерированного ацетонитрила. Отмечают, что происходит плавная перекачка интенсивностей между двумя компонентами, которые относят к самоассоциированным и ассоциированным с водой молекулам ацетонитрила по мере изменения мольной доли воды. Причем таким образом; что всегда присутствуют интенсивности на обеих позициях. Что отражает наличие самоассоциированных форм во всем мольнодолевом диапазоне. Эти выводы подтверждаются моделированием молекулярной динамики [Bako et al., 2005]. Кластеры полностью разрушаются только в очень сильных кислотах, таких как трифторуксусная кислота, или сильных основаниях.
Fawcett W.R. et al. [1993] обнаружили, что более сильные кислоты Льюиса, чем ацетонитрил, которые взаимодействуют через водородные связи с донором электронов атомом азота ацетонитрила, сдвигают полосу валентных колебаний CAN в высокочастотную область, а более сильные основания Льюиса, чем ацетонитрил, взаимодействующие через свою электроотрицательную группу с положительным концом молекулярного диполя ацетонитрила, локализованном