Влияние воды и органических растворителей на вторичную структуру глобулярных белков в твердых препаратах по данным ИК-спектроскопии

• Автор: Файзуллин, Джигангир Асхатович
• Шифр специальности: 03.00.02
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2002
• Место защиты: Казань
• Количество страниц: 154 с. : ил

ОГЛАВЛЕНИЕ

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. ГИДРАТАЦИЯ И ВТОРИЧНАЯ СТРУКТУРА БЕЛКА

В ВОДНОМ И НЕВОДНОМ ОКРУЖЕНИИ обзор

1.1. Зависимость структуры и динамики белков от гидратации.

1.2. Свойства белков в органических средах.

ГЛАВА 2. МЕТОДИКА ИЗМЕРЕНИЙ

2.1. Постановка задачи диссертации и выбор объектов исследования.

2.2. Основные принципы ИКспектроскопии в приложении к исследованию белков.

2.3. Математическая обработка спектров.

2.4. Объекты исследования.
2.5. Регистрация спектров твердых и жидких образцов.
ГЛАВА 3. ВЛИЯНИЕ ДЕГИДРАТАЦИИ НА СТРУКТУРУ И
ДИНАМИКУ ГЛОБУЛЯРНЫХ БЕЛКОВ
3.1. Изучение спектральных проявлений дегидратации на модельных системах.
3.2. Спектральные изменения при дегидратации белков.
3.3. Структура дегидратированных белков.
3.4. Зависимость флуктуационной динамики белков от дегидратации.
ГЛАВА 4. ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ СУХИХ БЕЛКОВ С ЧИСТЫМИ
ОРГАНИЧЕСКИМИ РАСТВОРИТЕЛЯМИ
ГЛАВА 5. СТРУКТУРА ТВЕРДЫХ БЕЛКОВЫХ ПРЕПАРАТОВ
В ВОДНООРГАНИЧЕСКИХ СМЕСЯХ
5.1. Смеси деканвода.
5.2. Смеси диоксанвода.
5.3. Смеси ацетонитрилвода
ЛИТЕРАТУРА


Работы последних лет, выполненные методом ЯМР, выявили отличия динамических свойств жидкой и гидратной воды v, , , iv, . Было показано, что существует корреляция между крупномасштабной флуктуационной подвижностью белка и динамикой внутренних, интегрированных в структуру белковой глобулы молекул воды iv, , непосредственно влияющих на энергетику конформационных подсостояний белка. В этой связи необходимо отметить интересные данные, полученные для водных растворов метилацетамида низкомолекулярного соединения, часто используемого в качестве модели пептидной связи белков. С использованием УФ и Рамановской спектроскопии и молекулярнодинамических расчетов показано, что обмен энергией между колебательными модами молекул гидратной воды и пептидной связи контролирует динамику и конформацию , . Динамическое взаимодействие воды и амидных групп находит свое отражение также в сложной форме спектров ИК и в области поглощения пептидной связи белков и полипептидов. Несмотря на впечатляющий прогресс расчетных и экспериментальных методов, данных о взаимодействии воды с белками только лишь в водных растворах недостаточно для выяснения структурообразующей роли гидратной воды, ее влияния на состояние и функциональные свойства белков. Необходимо иметь возможность варьировать влажность белка, одновременно наблюдая за его состоянием. В растворе необходимо учитывать взаимодействие белка и воды с третьим компонентом, а в твердых препаратах, как будет показано ниже, значительную роль играют межбелковые контакты. Тем не менее, подавляющее большинство результатов по исследованию гидратации получено именно на твердых препаратах, более удобных в методическом отношении. Рис. Изотермы сорбции воды твердыми препаратами белков и полимеров литературные данные. Состояние воды в гидратированных твердых препаратах белков. Форма экспериментальных изотерм сорбции наглядно свидетельствует, что связанная вода неоднородна по свойствам Рис. Были предложены теоретические модели, описывающие процесс сорбции в терминах различных типов гидратной воды. В наиболее простой из них модели Ленгмюра Кшйг, предполагается, что молекулы воды сорбируются на независимых дискретных центрах с постоянной силой связывания. Распределение центров по поверхности сорбента неизменно и молекулы воды, заполняющие центры, образуют монослой. ОВ . Модель БЭТ также исходит из представления о независимых и неизменных центрах сорбции, но дополнительно вводит возможность многослойной сорбции на этих центрах, причем энергия связывания каждого последующего слоя убывает. Теория сорбции по БЭТ явилась первой успешной попыткой описания сигмоидной зависимости экспериментальных изотерм и хотя интервал ОВ, в котором достигается удовлетворительная аппроксимация, не превышает , эта модель до сих пор широко применяется для извлечения термодинамических параметров связывания из кривых сорбции. Это считается допустимым, потому что основной вклад в энергию гидратации белка дает именно вода, сорбируемая на начальном участке до ОВ . Более сложная модель НаПшооНоггоЬт, например, трактующая процесс сорбции как образование твердого раствора, хотя и описывает экспериментальные точки в существенно более широком интервале ОВ от 0 до , тем не менее дает не сильно отличающиеся от БЭТ и Ленгмюра значения монослоя и энергии связи Кип1г,. Таким образом, какова бы ни была реальная физическая картина гидратации белка, величины формальных термодинамических параметров, характеризующих взаимодействие воды с твердым препаратом белка, можно считать достоверными. Хотя точность аппроксимации экспериментальных изотерм у этих моделей различна, тем не менее, все они дают близкие значения для наиболее важного параметра количества воды, непосредственно связанной с белковыми группами, т. Эта величина равна 0,0, гг, что совпадает с количеством прочно связанной воды в растворе. Вся вода, связанная сверх этой величины, рассматривается как вода второго и т. Однако, количества воды в монослое, на самом деле, недостаточно для сплошного покрытия поверхности макромолекулы.