Эффекты кластеризации глобулярных белков в растворах

• Автор: Рожков, Сергей Павлович
• Шифр специальности: 03.01.02
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2010
• Место защиты: Петрозаводск
• Количество страниц: 271 с. : ил.

Оглавление
ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ БЕЛОК-БЕЛОК И БЕЛОК-РАСТВОРИТЕЛЬ

1.1.1. Возможная природа сил взаимодействия

1.1.2. Теория ДЛФО и взаимодействие белок- белок

1.1.3. Взаимодействие белок-белок и большие кластеры - микрофазы

1.1.4. Взаимодействие и малые белковые кластеры - олигомеры

1.2.1. Структурные особенности воды как растворителя

1.2.2. Модельные представления структурных свойств воды

1.2.3. Структура воды и гидратация биополимеров

1.2.4. Концепция когезионной прочности воды в механизме взаимодействия белок-растворитель
1.2.5. Осмотическое давление и второй вириальный коэффициент как характеристики взаимодействия
1.2.6. Концепция расклинивающего давления и осмотические силы
1.2.7. Взаимодействие белков с ионами электролита и эффекты предпочтительной гидратации
1.3. Структурные особенности сывороточного альбумина
Заключение
ГЛАВА 2. ПРИМЕНЕНИЕ МЕТОДА СПИНОВЫХ МЕТОК ДЛЯ ИЗУЧЕНИЯ ЭФФЕКТОВ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ
БЕЛОК-РАСТВОРИТЕЛЬ, БЕЛОК-БЕЛОК
2.1. Общие положения метода
2.1.1. Задачи, решаемые методом спиновых меток
2.1.2. Методы расчета времен корреляции белков
2.1.2.1. Модели движения нитроксильных радикалов и анализ ширины линии

2.1.2.2. Влияние электролита на суммарную частоту вращения метки в структуре белка
2.1.2.3. Расчет времен корреляции диффузии метки в случае нежестко связанных меток
2.1.2.4. Модель быстрого анизотропного волчка 5
2.1.2.5. Модель изотропного скачкообразного движения метки
2.2. Анализ результатов, полученных в рамках существующих моделей
2.2.1. Интерпретация спектров ЭПР модифицированных белков
2.2.2. Анализ спектров ЭПР при регулируемом замораживании растворов белков
2.2.3. Сравнение данных, рассчитанных по разным моделям движения метки
2.2.4. Интерпретация данных, полученных по методу раздельного определения времен корреляции методом вязкостных изотерм
2.2.4.1. Параметр, характеризующий эффективный объем вращения
2.2.4.2. Взаимодействие между белками разных типов, обнаруживаемое по изменению их эффективного объема вращения
2.2.4.3. Параметр, характеризующий собственное вращение радикала
Заключение и краткие выводы к Главе 2
ГЛАВА 3. РАЗРАБОТКА НОВЫХ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ПОДХОДОВ ДЛЯ ИЗУЧЕНИЯ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ БЕЛОК-РАСТВОРИТЕЛЬ МЕТОДОМ СПИНОВОЙ МЕТКИ
3.1. Определение поверхностного расклинивающего давления в водно-белковой матрице белка и его изменений в присутствии осмолитов.
3.1.1. Модель равновесных состояний и измеряемые параметры спектров ЭПР
3.1.2. Обоснование применимости термина «расклинивающее давление» к водно- белковой матрице
3.1.3. Влияние концентрации белка на взаимодействие его с растворителем
3.1.4. Взаимодействие белок-растворитель в присутствии глицерина и мочевины
3.1.5. Взаимодействие белок- растворитель в присутствии сахарозы

3.1.6. Влияние полиэтиленгликолей на состояние водно-белковой матрицы САЧ-СМ
3.1.7. Влияние осмолитов на растворимость белка
3.2. Определение удельной поверхностной энергии водно-белковой матрицы методом вязкостных изотерм
3.2.1. Теоретические предпосылки метода
3.2.2. Экспериментальная проверка метода .
3.2.3. Способ регистрации фазовых переходов в водно- белковой матрице 104 Краткие выводы к Г лаве З
ГЛАВА 4. ТЕРМОДИНАМИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ ФАЗОВОГО СОСТОЯНИЯ СИСТЕМЫ ВОДА - БЕЛОК- СОЛЬ 10
4.1. Проблема термодинамической устойчивости растворов макромолекул к агрегации
4.2. Белковые кластеры как зародыши «скрытой» фазы и механизм их образования
4.3. Анализ термодинамической устойчивости модельной псевдо-трехкомпонептной системы вода-белок-соль
4.3.1. Изотермы изменения химического потенциала воды от концентрации белка
4.3.2. Анализ фазовой диаграммы в представлении о структурированности

4.3.3. Спинодаль и бинодаль фазовой диаграммы
4.3.4. Получение уравнений спинодали и ее характеристических точек
4.3.5. Представление границы устойчивости в координатах изменения химического потенциала воды Ці от концентрации белка т2
4.3.6. Характеристика фазовой диаграммы критического состава в координатах {т2, ш3}
4.3.7. Фазовая диаграмма растворимости и фазовые переходы в системе вода-белок-соль -
4.3.8. Фазовая диаграмма зависимости критического состава от температуры

структуры, степень агрегации, кинетику каталитических реакций. Это обусловлено тем, что исключенный объем имеет энергетические показатели равные или даже большие электростатических и гидрофобных. С ростом степени- заполнения объема компактные квазисферические конформации белка становятся более предпочтительными, процессы самоассоциации усиливаются, скорость каталитической реакции может уменьшаться, возрастать и проходить экстремум, т.е. становиться существенно нелинейной. При этом большие по размеру макромолекулы оказывают- меньший эффект па структуру и самоассоциацию меньших молекул и наоборот. Кроме того, на основе статистикотермодинамической теории предсказано (Zhow and Hall, 1996), что в присутствии в растворе молекул другого типа, гораздо меньших по размеру, чем молекулы белка, структура белка дестабилизируется.. В присутствии молекул больших, чем белок, структура белка стабилизируется1, во всех случаях. Молекулы промежуточных размеров стабилизируют белок при малых концешрациях и дестабилизируют при больших. В некоторых случаях эффект исключенного объема в системе многих тел приводит к возникновению потенциала притяжения между частицами, известного как механизм дсплеций (Chu and Wasan, 1996; Chu et.al., 1995). Смысл его состоит в том, что дислокация частиц (например, молекул полиэтиленгликоля) в промежутке между молекулами белка ведет к увеличению объема, недоступного для трансляционной подвижности макромолекул. Вызываемое этим уменьшение энтропии системы способствует взаимодействию молекул белка и даже выделению их в отдельную фазу (преципитация) (Budayova et.al., 1999; Shulgin and Ruckenstein, 2006).
Наибольшую известность имеет аналитическая интерпретация второго вириального коэффициента в терминологии Скэтчарда, которая представляется как (Нейрат. Бэйли. 1956; Edsall et.al., 1950):
В2 =1/2(а22 -а23~/а3з - 1/пъ) ~ Z~/2m3 + р22 - р2з2птз/(2+рззтз) (1-6)

а22 = 51па2/Эт2 = 1/т2 + Z22/2m3s + р
akj = 91nak/ômj =31naj/3mk =S(vjiVki)/mi + Pjk (1.7)
a23 = -Z22m2/2m32e +p23 ; a33 = 2/m3s + P33 ; s = 1 - (Z2m2/2m3)