Атомно-силовая микроскопия кристаллов лизоцима ромбической модификации

• Автор: Гвоздев, Николай Викторович
• Шифр специальности: 01.04.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2001
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 87 с. : ил

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
Литература к Введению
ГЛАВА 1. Объект исследования и методика эксперимента
1.1. Некоторые свойства кристаллов и растворов
1.2. Приготовление растворов и получение кристаллов
1.3. Устройство и работа атомно-силового микроскопа
1.4. Экспериментальная установка и обработка результатов
Литература к Главе 1
ГЛАВА 2. Структура поверхности
2.1. Структура поверхности при молекулярном разрешении
2.1.1. Удвоение параметра решетки в направлении оси а
2.1.2. Удвоение параметра решетки в направлении оси b
2.1.3. Эффект удаления полуслоя
2.2. Наблюдение ступеней и изломов
2.3. Основные результаты Главы 2
Литература к Главе 2
ГЛАВА 3. Механизм и кинетика кристаллизации
'Г 3.1. Модель движения ступеней путем образования
одномерных зародышей (обзор литературы)
3.1.1. Основные механизмы роста кристаллов 3
3.1.2. Модель одномерных зародышей
3.1.3. Основные поверхностные конфигурации
3.1.4. Образование одномерных зародышей. Область применимость модели одномерных зародышей
3.1.5. Равновесная плотность изломов на ступени
3.1.6. Влияние пересыщения на плотность изломов
3.1.7. Зависимость плотности изломов от длины ступени
3.2. Методика определения пересыщения
3.3. Источники ступеней. Описание дислокационных
Источников
3.4. Статистика изломов
3.5. Экспериментальные данные по кинетике
ступеней и изломов
3.6. Флуктуации ступеней
3.7. Зависимость скорости ступени от ее длины
при малой плотности изломов
3.8. Основные результаты Главы 3
Литература к Г лаве 3
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Приложение
ВВЕДЕНИЕ
В последние годы, одновременно с бурным развитием биотехнологий, возрос интерес к выращиванию кристаллов белков, нуклеиновых кислот, вирусов и других биологических объектов из водных растворов. Этот интерес вызван тем, что только закристаллизованные биологические объекты позволяют определить их структуру и понять механизм работы этих молекулярных машин, что крайне важно для создания новых биологических технологий. Важнейшую роль в определении структуры белков играет качество получаемых из них кристаллов. Единственным путем к получению совершенных кристаллов является глубокое понимание механизмов их роста. С появлением, некоторое время назад, in situ атомно-силовой микроскопии, позволяющей детально визуализировать растущую поверхность кристалла, наука получила новые возможности для решения этой проблемы.
В настоящей работе проведено подробное исследование морфологии поверхности и механизмов роста белкового кристалла. Несомненным преимуществом белков как объекта исследования методами атомно-силовой микроскопии является достаточно большой размер молекул, который облегчает наблюдение элементарных актов кристаллизации, что пока невозможно для неорганических соединений. В качестве объекта исследования выбран кристалл лизоцима. Лизоцим представляет собой модельный белок с полностью расшифрованной внутренней структурой и биологическими функциями, который довольно легко поддается кристаллизации. Первые исследования кристаллизации лизоцима были проведены в работе Abraham Е Р and Robinson R (1937). Имеется информация о свойствах водных растворов лизоцима (Guilloteau
et al 1992, Ries-Kautt et al 1989, Schwartz et al 2000,), а так же о его кристаллографических формах. В работах Vekilov et al (1993) и Rong et al (2000) изучалась кинетика роста, наиболее легко получаемой, тетрагональной модификации лизоцима, для которой также имеются данные по морфологии поверхности (см. Главу 1). В данной работе изучалась ромбическая модификация, практически не исследованная до настоящего времени.
Целями настоящей диссертационной работы были:
- исследование структуры поверхности растущего кристалла на молекулярном уровне, сравнение поверхностной структуры кристалла со структурой в объеме, наблюдение ступеней и изломов;
- определение механизма роста кристалла, изучение кинетики движения ступеней, выяснение статистики изломов, скорости их появления и движения.
Работа состоит из трех глав и заключения.
В первой главе описана экспериментальная установка, подготовка и проведение эксперимента и первичная обработка экспериментальных результатов, так же дается обзор некоторых свойств исследуемых кристаллов и растворов.
Во второй главе приведены результаты исследования морфологии поверхности растущего кристалла. Достигается визуализация поверхности с молекулярным разрешением. Обсуждаются эффекты изменения периода решетки на поверхности. Проводится наблюдение ступеней и изломов.
В третьей главе описаны механизм и кинетика роста кристалла. Наблюдаются источники ступеней. Исследуется статистика изломов. Приводятся экспериментальные данные по кинетике роста. Проводится

Рис. 11 Участок поверхности кристалла, содержащий ростовые ступени: а) только элементарные ступени (размер кадра 385x385 нм), б) комбинация элементарных ступеней и макроступеней (10.3x10.3 мкм).