Большеугловое диффузное рассеяние: развитие теории метода и его применение к определению взаимной ориентации доменов в белках

• Автор: Павлов, Михаил Юрьевич
• Шифр специальности: 03.00.02
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 1984
• Место защиты: Пущино
• Количество страниц: 223 c. : ил

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ .

ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР.

ЧАСТЬ I. СОВРЕМЕННЫЕ МЕТОДЫ ИНТЕРПРЕТАЦИИ КРИВЫХ

ДИФФУЗНОГО РЕНТГЕНОВСКОГО И НЕЙРОННОГО РАССЕЯНИЯ БИОПОЛИМЕРОВ В РАСТВОРЕ.

1.1. Метода решения обратной задачи диффузного, рентгеновского и нейтронного рассеяния .

1.1.1. Метод сферических гармоник

Штурманна.

1.1.2. Анализ разрешимости обратной задачи. .

1.1.3. Решение обратной задачи в работах Штурманна

1.1.4. Метод Свергуна, Фейгина и Щедрина . .

1.2. Метода структурной интерпретации кривых рассеяния, основанные на решении прямой задачи большеутлового диффузного рассеяния .
1.2.1. Вывод основных соотношений для учета влияния растворителя.
1.2.2. Метод Лэнгриджа и метод шаров. . .
1.2.3. Метод кубиков.
1.2.4. Метод Штурманна. .
ЧАСТЬ П. КРУШОМАСШТАБНЫЕ КОНФОРМАЦИОННЫЕ
ПЕРЕСТРОЙКИ В ФЕРМЕНТАХ
П.1. Гексокиназа из дрожжей
П.2. Конформационные перестройки в фосфоглицерат
киназе.
стр.
. П.З. Алкогольдегидрогеназа из печени лошади .
П.4. Цитратсинтаза
ГЛАВА I. НОВЫЙ МЕТОД КУБИКОВ.
1.1. Алгоритм метода
1.2. Расчет кривых рассеяния .
1.3. Сравнение кривых рассеяния, рассчитанных новым и модифицированным методами
кубиков
1.4. Объем, молекулярная и доступная
поверхности биополимеров
1.5. Выводы
ГЛАВА П. ВЛИЯНИЕ СВЯЗАННЫХ МОЛЕКУЛ ВОЛЫ И ПОВОРОТНОЙ
ИЗОМЕРИЗАЦИИ БОКОВЫХ ГРУПП НА КРИВЫЕ РАССЕЯНИЯ
ГЛОБУЛЯРНЫХ БЕЛКОВ В РАСТВОРЕ
П.1. Влияние фиксированных молекул воды на
кривые рассеяния белков в растворе
П.2. Оценка влияния поворотной изомеризации
боковых групп на кривые рассеяния белков . .
П.2.1. Расчет статистических весов различных конформаций молекулы белка, отличающихся поворотными изомерами боковых
П.2.2. Анализ конформаций боковых поверхностных групп ряда глобулярных
белков.
П.2.3. Усреднение интенсивности рассеяния . .
П.2.4. Усредненные кривые рассеяния глобулярных белков. Обсуждение результатов . .
П.З. Выводы
стр.
ГЛАВА Ш. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ВЗАИМНОГО ПОЛОЖЕНИЯ ДОМЕНОВ БЕЛКОВ
В РАСТВОРЕ ПО ДАННЫМ РЕНТГЕНОВСКОГО РАССЕЯНИЯ . .
Ш.1. Метод определения взаимного положения
доменов.
Ш.2. Определение взаимного положения доменов в апо
и холоформах фосфоглицераткиназы в растворе . . 3 Ш.2.1. Взаимное положение доменов в апоформе
фосфоглицераткиназы в растворе
1.2.2. Взаимное положение доменов в холо
форме фосфоглицераткиназы в растворе . .
Ш.З. Чувствительность кривых рассеяния белков к смещениям доменов типа охлопывания и
скольжения
Ш.4. Взаимное положение доменов в апо и холоформах
алкогольдегидрогеназы из печени лошади
Ш.4.1. Расчет кривых рассеяния субъединичных
Ш.4.2. Экспериментальные кривые апо и холо
Форм алкогольдегидрогеназы лошади . . .
1.4.3. Возможность конфоргационных перестроек типа охлопывания доменов при переходе алкогольдегидрогеназы из кристалла в раствор
Ш.5. Заключение
III.6. Выводы
ГЛАВА 1У. СТРОГИЙ РАСЧЕТ КРИВЫХ БОЛШЕУГЛОВОГО ДИФФУЗНОГО
РАССЕЯНИЯ А и ВФОРМ ДНК В РАСТВОРЕ.
IV.1. Метод расчета кривых рассеяния сильно
вытянутых частиц
стр.
1У.2. Расчет кривых рассеяния и геометрических
характеристик ДНК новым методом кубиков . .
1У.З. Зависимость кривых рассеяния от длины ДНК
и от связанных с ДНК молекул воды
1У.4. Сравнение экспериментальных и теоретических
кривых рассеяния ДНК
IV.5. Выводы.
ГЛАВА У. ПЕРСПЕКТИВЫ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ НЕЙТРОННОГО РАССЕЯНИЯ ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ СТРУКТУР БИОПОЛИМЕРОВ В РАСТВОРЕ
V.1. Учет дейтерообмена при расчете кривых нейтронного рассеяния биополимерами в
растворе
У.2. Сравнение кривых большеуглового нейтронного и рентгеновского рассеяния глобулярных
белков в растворе . .
У.З. Сравнение кривых большеуглового нейтронного
и рентгеновского рассеяния ДНК в растворе . .
У. 4. Выводы
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ЛИТЕРАТУРА


Г по кривой рассеяния частицы может быть легко решен на основе соотношений 9 и 6. Бесселя vI5. У Д7тГ , что позволяет существенно упростить запись формул. I.I. Г, и повернем его относительно выбранной системы координат, Можно показать , что ни , ни, следовательно, г СО от этого не изменятся. П от,КАРрет. В силу линейности преобразования 5
АтШ Оет Кр. Не от поворотов мультиполей. Таким образом, частичные распределения рассеивающей плотности мультиполи 0ет , из которых составляется полное распределение плотности частицы р г можно поворачиватьдруг относительно друга произвольным образом, получая различные полные распределения плотности р г, которые тем не менее приводят к одной и той же кривой рассеяния пг Уже это рассмотрение показывает невозможность решения обратной задачи теории рассеяния без введения какихлибо ограничений на функцию р г . Другая очевидная трудность возникает при попытке разбить суммарную интенсивность рассеяния на интенсивности рассеяния Е мультиполей. Ясно, что эта задача еще более неопределенная,чем установка различных Смультиполей ре г в надлежащей взаимной ориентации. Из изложенного ясно, что любой алгоритм, претендующий на решение обратной задачи, должен использовать дополнительную информацию о рассеивающей частице. В качестве такой информации можно использовать а максимальный размер частицы Б б ее симметрию в ограничения на максимальные и минимальные значения, принимаемые функцией р г и т. Штурманн с соавторами опубликовал ряд работ, в которых решалась обратная задача теории диффузного рассеяния по восстановлению структур белков , и 3 субчастицы рибосомы исходя из их экспериментальных кривых рассеяния, причем полученные в этих работах результаты хорошо совпадали с имеющимися в то время представлениями о структуре этих объектов. Детальный анализ работ по белкам показывает однако, что Штурманну и др. Как было отмечено выше, главной проблемой при восстановлении структуры рассеивающей частицы является разложение интенсивности рассеяния К р на интенсивности рассеяния мультиполей Н0 Для того, чтобы решить эту проблему для случая фибриногена, распределение рассеивающей плотности р было представлено в работе в виде суммы трех мультиполей . У1 подгоночные параметры, зависящие от и т , а ъ подгоночный параметр, от и ш не зависящий . К и Ь описывающего выбранную модель для функции распределения р г. Выбор функции рет г данного вида вместо функции етг какоголибо иного вида в методе сферических гармоник совершенно аналогичен выбору в качестве предполагаемой модели рассеивающей частицы трехосного эллипсоида вместо,к примеру, эллиптического цилиндра в математически ме
нее изощренных подходах. Ясно,что определив параметры эллипсоида, при которых достигается согласие теории и эксперимента,мы не получим решение обратной задачи,т. Далее в работе предполагается, что п 5 для всех етг Это автоматически означает наличие дырки рассеивающей плотности в начале координат при любых значениях параметров аеш и Ъ. Поэтому неудивительно, что полученная авторами структура молекулы фибриногена имеет изогнутую форму форму изогнутого банана . Попытки наложить ограничения на функцию р в виде условия ее положительности также не проводятся в работе последовательно в конечной модели белка присутствует отрицательная рассеивающая плотность . Дальнейший детальный анализ этой работы и аналогичной ей работы по определению структуры лизоцима показывает, что в этих работах по существу нет решения обратной задачи. Это решение подменяется определением параметров заранее выбранной модели, причем выбор модели распределения рассеивающей ПЛОТНОСТИ выбор вида функций рмпС1, В очень большой степени определяет получающуюся конечную форму рассеивающей частицы. Гораздо больший интерес представляет работа Штурманна и др. Метод переменного контраста в случае нейтронного рассеяния позволяет выделить из общей интенсивности рассеяния частицы часть интенсивности, связанной с рассеянием на неоднородностях и получить кривую рассеяния однородного в пренебрежении дейтерообменом тела той же самой форглы, что и рассеивающая частица .