Физические аспекты взаимодействия полихлорированных дибензо-п-диоксинов с клеточным фосфатидилэтаноламином

• Автор: Байгулова, Ольга Витальевна
• Шифр специальности: 02.00.04
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2003
• Место защиты: Уфа
• Количество страниц: 165 с. : ил. + Прил. (с.167-299:табл.)

СОДЕРЖАНИЕ
Введение

Глава 1. Литературный обзор

1.1. Биологическая мембрана

1.1.1. Состав и функции биологической мембраны

1Л.2. Классификация и роль липидных молекул в составе мембраны

1Л .3. Организация фосфолипидов в бислое

1.1.3.1. Жидкокристаллическая структура фосфолипидов

1.1.3.2. Положение полярных головок в бислое

1.1.3.3. Положение углеводородных цепочек в бислое

1.1.4. Пространственная структура и подвижность фосфолипид ных молекул

1.1.4.1. Пространственная структура и подвижность глицеринового позвоночника
1.1.4.2. Пространственная структура и подвижность полярных головок фосфолипидов
1.1.4.3. Пространственная структура и подвижность углеводородных цепочек
1.2. Диоксины
1.2.1. Возникновение, развитие и современное состояние диоксиновой проблемы
1.2.2. Основные характеристики диоксинов, определяющие их поведение в окружающей среде и взаимодействие с биологическими системами
1.2.2.1. Изомерный состав и геометрические особенности
1.2.2.2. Физикохимические свойства и структурные особенности
1.2.3. Особенности поведения в окружающей среде и взаимодействия с биологическими системами
1.2.3.1. Окружающая среда
1.2.3.2. Взаимодействие с биологическими системами
1.2.3.3. Токсичность
1.2.3.4. Концепция рецепторного механизма взаимодействия ксенобиотиков с биологическими системами
1.2.3.5. Роль ЛИрецептора в проявлении токсичности
1.2.3.6. Цитохром Р0
1.2.4. Экспериментальные и теоретические исследования диоксинов
1.2.4.1. Данные ЯМРспектроскопии
1.2.4.2. Данные исследований, проведенных с использованием квантовохимических методов
1.2.4.3. Механизмы взаимодействия с биомембранами
1.3. Межмолекулярные взаимодействия в биологических системах
Глава 2. Методы исследования
2.1. Расчетные методы
ф 2.2. Обоснование выбора метода исследования
2.3. Основные приближения квантовохимических методов расчета электронной структуры молекул
2.3.1. Преимущества и недостатки неэмпирического и полуэмпирического квантовомеханических подходов
2.4. Полуэмнирические приближения и допущения
2.5. Обзор полуэмгшрических методов расчета
2.5.1. Обоснование выбора квантовохимического полуэмлирического метода МЫОО для проведения исследований
2.6. Основные этапы работы программ для полуэмпиричсских расчетов
2.7. Степень надежности и достоверности результатов квантовохимических расчетов
2.8. Индексы реакционной способности биоактивных молекул
2.8.1. Роль электростатического потенциала в межмолекулярных взаимодействиях
Глава 3. Расчеты структурных и электронных параметров комплексов диоксин фосфатидилэтаноламин
3.1. Методика проведения квантовохимических расчетов
3.2. Расчеты структурных параметров и электронных свойств молекул фосфатидилэтаноламина и диоксинов при образовании
лкомплексов
3.2.1. Взаимодействие диоксинов с одной молекулой фосфатидилэтаноламина на одном из крайних диоксиновых колец
3.2.2. Взаимодействие диоксинов одновременно с двумя молекулами фосфатидилэтаноламина на крайних диоксиновых кольцах с одной стороны относительно плоскости диоксиновой молекулы
3.2.2.1. Исследование минимумов энергии
3.2.2.2. Исследование отрыва атома Н2 от ЫН3группы ФЭ
3.3. Электростатические потенциалы диоксиновых молекул
Выводы
Список литературы


Расчет энергии упаковки с учетом и электростатического и вандерваальсового межмолекулярных взаимодействий показывает, что Р . Г диполь должен быть ориентирован параллельно плоскости двумерной решетки ламеллярной плоскости. Наличие в углеводородных цепях кинков изломов цепей изза присутствия двойных связей, двойных циссвязей и других конформационных особенностей имеет важные последствия для упаковки липидов в бислос. При этом стерические требования к упаковке углеводородных цепей и полярных головок такие же, как и в липидных кристаллах. В жидкокристаллической фазе появление в цепи гошконформеров увеличивает эффективное поперечное сечение цепей следовательно, в этой фазе углеводородные цепи не наклонены к плоскости бислоя. С химической точки зрения две углеводородные цепи липида эквивалентны. Начала обеих жирнокислотных цепей имеют различные средние ориен тации по отношению к поверхности бислоя, т. С1 Ьучасток л2 цепи ориентирован параллельно поверхности мембраны, а остаток цепи изгибается почти на и становится перпендикулярным поверхности бислоя и параллельным бп1 цепи 4. В работе 6 были проведены вычисления, и они также определили, что начальный участок 8П2 цепи расположен параллельно поверхности бислоя и затем изгибается и становится параллельным 5Я цепи. Результаты перечисленных исследований демонстрируют неожиданную ориентацию начал двух жирнокислотных цепей, типичную и для модельных, и для биологических мембран независимо от их физического состояния. Важность проведения структурного анализа обусловлена необходимостью объяснения и предсказания реакционной способности молекул в зависимости от их пространственного строения . Согласно современным представлениям, особую роль играют структурные изменения биомолекул при образовании комплексов с БАС . Структурный анализ, наряду с представлениями об электронных взаимодействиях, позволяет связать воедино пространственную структу ру, реакционную способность и физические параметры молекул . Липидные молекулы являются молекулярными кристаллами, и упорядоченное размещение молекул, соответствующее минимуму энергии, определяется одновременным действием водородных связей, электростатических и вандерваапьсовых сил между различными частями молекул . Изучая пространственную структуру и подвижность фосфолипидов, отдельно останавливаются на структуре и подвижности глицеринового позвоночника, полярных головок и углеводородных цепей. Проблема подвижности в фосфолипидных молекулах была исследована с помощью 2НЯМР на примере ФХ 9. Глицериновый позвоночник имеет короткое время релаксации, что означает, что эта часть молекулы двигается медленно. С другой стороны, большое время релаксации метальных групп любого конца фосфолипидпой молекулы определяет очень быстрое внутреннее вращение метальных роторов. Времена релаксации двух метиленовых участков полярной головки похожи. Времена релаксации жирнокислотных цепей более или менее постоянны на первой половине этих цепей, а затем к центру бислоя, т. Подвижностью могут обладать не только отдельные участки фосфолипидпой молекулы, но и вся молекула в целом. Так, она может вращаться вокруг продольной оси вращение твердого тела, а сама ось может ирецессировать относительно своего среднего положения 4. Подвижность и другие свойства липидных молекул прямым образом связаны с проблемой липидбелковых взаимодействий. Во многих случаях изза разнообразия природы этих взаимодействий молекулы фосфолипидов, непосредственно контактирующие с белком, приобретают особые свойства например, меньшую подвижность, измененную упорядоченность. В работах 8, 9, 3, 3, 0 была рассчитана потенциальная энергия с использованием квантовохимических и классических потенциальных функций КПФ, и полученные данные отражают два семейства конформаций ДЛЯ р И у цепочек с соответствующими углами И см. Они помечены в табл. А и В. Полярная голова в фосфолипиде также может находиться в состояниях Р и Б, характеризующихся конформациями , и с соответствующей ОР связью в фосфатной группе. II. Следовательно, существует четыре возможные конформации фрагмента глицеринового позвоночника в фосфолипиде АР, А8, ВР, В8.