Поверхности потенциальной энергии и спектры хромофора зеленого флуоресцентного белка: от газовой фазы до белковой матрицы

• Автор: Поляков, Игорь Вадимович
• Шифр специальности: 02.00.17
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2011
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 95 с. : ил.

Введение.

1. Литературный обзор

1.1. Структура и спектральные характеристики ОРР.

1.2. Экспериментальные исследования хромофора ОРР в газовой фазе и водной среде.

1.3. Квантовохимическое моделирование возбужденного состояния хромофора ОРР в газовой фазе и водной среде.
1.4. Квантовохимическое моделирование возбужденного состояния хромофора ОРР в белковой матрице.

1.5. Комбинированные методы квантвой и молекулярной механики КМММ

1.6. Квантовохимические методы расчта электронных спектров

2. Моделирование поверхностей потенциальной энергии и оптических спектров хромофора вРР в газовой фазе.
2.1. Исследование поверхности возбужденного состояния Б1 хромофора ОРР в газовой фазе

2.2. Моделирование спектров хромофора вРР в газовой фазе

3. Исследование реакции цистранс изомеризации хромофора вРР в газовой фазе и в водном окружении.
3.1. Моделирование цистранс изомеризации хромофора ОРР в газовой фазе
3.2. Исследование цистранс изомеризации хромофора ОРР в водном растворе
4. Спектральные свойства хромофора РР в белковой матрице.
4.1. Моделирование структуры и спектров белка дикого типа.
4.2. Исследование влияния мутации 5Т на структуру и спектры ОРР.
Список литерагуры.
Введение


Эти данные необходимы для интерпретации и уточнения результатов выполненных экспериментальных наблюдений и предсказаний свойств новых систем, включая и более эффективные в приложениях варианты цветных белков. Рассчитать фрагменты поверхностей потенциальной энергии основного и возбужденных состояний и оценить теоретически положения полос в спектрах хромофора ОРР в различных протонированных формах в газовой фазе. Построить путь цистранс изомеризации хромофора ОРР в основном состоянии в водном растворе. Предложить уточненные трехмерные модели структур ОИР на основе расчетов методами КМММ. На основании рассчитанных поверхностей потенциальной энергии основного Бо, возбужденного 8 состояний в газовой фазе и в белковой матрице объяснить спектральные свойства хромофора ОРР. Предсказать влияние точечных мутаций на спектр ОРР в белковой матрице. Методами квантовой химии высокого уровня точности в рамках единой расчетной схемы рассмотрены все формы хромофора ОРР. Уточнена интерпретация спектра анионной формы хромофора ОРР в газовой фазе. Показано, что энергия ионизации аниона хромофора ОРР в газовой фазе меньше, чем энергия оптически разрешенного перехода 7г7г. В рамках континуальной и дискретной моделей растворителя исследована цистранс изомеризация хромофора ОРР в воде. На основании расчетов комбинированными методами квантовой механики молекулярной механики КМММ построены трехмерные модели ОРР. По результатам расчетов методом КМММ фрагментов поверхностей потенцильной энергии основного и возбужденного состояний модельных белковых систем сопоставлены теоретические и экспериментальные сиекфы поглощения и флуоресценции ОРР для наиболее важных форм белка. Предложена новая интерпретация превращений ОРР при фотовозбуждении. Научная и практическая значимость данной работы заключается в том, что полученные результаты позволяют детализировать механизмы фотохимических реакций хромофора зелного флуоресцентного белка в газовой фазе, растворах и белковой матрице. Результаты данной работы могут быть применены для прогнозирования свойств новых перспективных вариантов флуоресцентных белков. Апробация работы и публикации. Материалы диссертации были представлены на международной конференции Ломоносов Москва, , Международной конференции Преобразование энергии света при фотосинтезе Пущино , VIII, IX и X ежегодных международных молодежных конференциях Биохимическая физика ИБХФ РАНВУЗы Москва , , , Симпозиумах Современная химическая физика Туапсе , , 7й Всероссийской конференции Молекулярное моделирование Москва, , 2й и 3й Международных конференциях Суперкомпьютерные системы и их применение Минск , . Результаты опубликованы в печатных изданиях, в том числе в 7 статьях в рецензируемых научных журналах, входящих в перечень журналов ВАК РФ и в тезисах докладов на конференциях. Структура диссертации. Диссертация состоит из введения, 4 глав, выводов и списка цитируемой литературы из наименований. Работа изложена на страницах машинописного текста, включает рисунков и таблиц. Данная глава включает в себя анализ научных работ, посвященных экспериментальному и теоретическому изучению структуры и спектров хромофора в газовой фазе, водном растворе и белке, а также описание современных методов моделирования строения и свойств биомолекулярных систем. Зелный флуоресцентный белок был впервые выделен в году из медузы Vii рис. ДНК кодирующей этот белок 1. Рис. Медуза Vii. Хотя были получены мутанты с голубой, синей и желтозслной флуоресценцией, ни для одного из них максимум полосы испускания не превышал 9 нм 2. Открытие новых ОРРподобных белков из кораллов рода АшИогоа значительно расширило набор цветов рис. Ь
Рис. Разнообразие флуоресцентных белков. По структуре СБР представляет собой полый цилиндр 3бочонок, внешняя сторона которого образована одиннадцатью антипараллельными 3лисгами. Диаметр такого цилиндра составляет приблизительно А, а высота А. Хромофор находится внутри этой структуры и связан аспиральными участками, проходящими вдоль оси бочонка. Короткие фрагменты схспиралсй и петли образуют крышки, закрывающие цилиндр сверху и снизу рис. Рис. Бочонок СБР по кристаллической структуре с кодом ЮБЬ РОВ 5.