Взаимосвязь между параметрами флуоресценции триптофановых остатков и структурно-физическими особенностями микроокружения индольных колец в белках

• Автор: Решетняк, Яна Константиновна
• Шифр специальности: 03.00.02
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2000
• Место защиты: Пущино
• Количество страниц: 184 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ

I. ВВЕДЕНИЕ
И. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ
И. 1. Введение
II.2. Спектральные свойства триптофанового флуорофора
11.2.1. Собственная люминесценция белка. Особое место триптофана среди других флуорофоров белка
11.2.2. Спектры поглощения
11.2.3. Вероятностные и кинетические характеристики флуоресценции
11.2.3.1. Динамическое тушение флуоресценции остатков триптофана
внутренними группами белка
11.2.3.2. Динамическое тушение флуоресценции остатков триптофана
внешними тушителями - метод избирательного тушения
11.2.3.3. Времена затухания флуоресценции остатков триптофана
11.2.4. Векторные характеристики флуоресценции
II.3. ФЛУОРЕСЦЕНЦИЯ ТРИПТОФАНОВОГО ФЛУОРОФОРА
П.3.1. Спектры флуоресценции и факторы, влияющие на их положение
II. 3.1.1. Природа флуоресцентного возбужденного состояния триптофана
11.3.1.2. Сдвиг спектров триптофановой флуоресценции за счет
специфическгсс взаимодействий
II. 3.1.3. Сдвиг спектров триптофановой флуоресценции вследствие
универсальных взаимодействий
11.3.2. Низкотемпературная флуоресцентная спектроскопия - как способ оценки влияния наносекундной подвижности окружения триптофана
11.3.3. Мгновенные спектры испускания
II.4. Модели дискретных состояний остатков триптофана в белках
П.4 Л. Модель двух состояний
11.4.2. Модель трех дискретных состояний остатков триптофана
11.4.3. Модель пяти дискретных состояний

II.5. МЕТОДЫ описания и разложения спектров флуоресценции на компоненты
11.5.1. Различные подходы, применяемые для разложения спектров флуоресценции белков
П.5.1.1. Разложение спектров флуоресценции по степени доступности
тушителям
II. 5.1.2. Разложение по параметрам кривых затухания флуоресценции
II.5.1.3. Метод направленных мутаций
11.5.2. Аналитическое описание спектров флуоресценции
II. 5.2.1. Описание спектра флуоресценции лог-нормалъной функцией
II. 5.2.2. Принципы разложения гладких спектров флуоресценции
использованием регуляризующих факторов
11.6. Связь локализации и свойств окружения остатков триптофана в белках с
их флуоресцентными свойствами
11.7. ЗАКЛЮЧЕНИЕ И ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ
III. МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ
III. 1. Спектральные параметры
III.1.1. Спектры флуоресценции, использованные в работе
III. 1.1.1. Измерения спектров флуоресценции белков
III. 1.2. Алгоритмы разложения спектров флуоресценции на лог-нормальные
компоненты
111. 1.2.1. Метод S1MS
III. 1.2.2. Метод PHREQ
III. 1.3. Схемы усреднения результатов разложения
111.2. Оценка параметров окружения остатков триптофана остатков в белках57
111.3. Статистический анализ данных
IV. РЕЗУЛЬТАТЫ
IV. 1. Статистическое подтверждение существоавния спектральных классов
остатков триптофана в белках
IV. 1.1. База данных лог-нормальных компонент
IV. 1.2. Гистограммы встречаемости спектральных компонент
IV. 1.2.1. Распределения положения максимумов не разложенных спектров
флуоресценции
IV.1.2.2. Канонические гистограммы распределения спектральных компонент

IV. 1.2.3. Сглаженные гистограммы распределения спектральных компонент,

IV. 1.2.4. Сглаженные гистограммы распределения спектральных компонент,
а=1, Б— переменная
IV. 1.2.5. Сглаженные гистограммы распределения спектральных компонент, о
и Б - переменные
IV. 1.3. Обобщение результатов анализа гистограмм встречаемости спектральных
компонент
IV.2. Структурно-физические параметры окружения остатков триптофана в
БЕЛКАХ
1У.2.1. Система описания параметров окружения остатков триптофана в белках
IV.2.1.1. Сферическая система координат
IV. 2.1.2. Партнеры водородной связи
IV.2.1.3. Доступность атомов индолъного кольца растворителю и плотность
упаковки окружения
1У.2.1.4. Относительная полярность окружения
IV.2.1.5. Относительные значения температурного фактора полярных групп и
«динамическая доступность»
IV.2.1.6. Потенциальные тушители триптофановой флуоресценции и расчет
вероятности гомо-переноса
IV.2.2. Выбор параметров для статистического анализа
1У.З. ДИСКРЕТНОСТЬ ПАРАМЕТРОВ ОКРУЖЕНИЯ
Р/.3.1. Предварительное отнесение лог-нормальных компонент спектров
флуоресценции белков к индивидуальным остаткам триптофана
IV.3.2. Кластерный анализ и дискретность параметров окружения

некорректных задач (Тихонов и Арсенин, 1986). Точность и однозначность решения, которых резко увеличивается при использовании дополнительной информации о физической системе, так называемых регуляризующих факторов. При разложении спектров триптофановой флуоресценции на лог-нормальные компоненты были использованы следующие регуляризующие факторы (Аборнев и Бурштейн, 1992):
1) снижение числа искомых параметров, за счет установленной линейной связи между положением максимума и полумаксимальных амплитуд, значительно повышает однозначность решения (Антипова-Коротаева и Казанова, 1971);
2) использование внешних тушителей флуоресценции, не изменяющих положение и форму спектральных компонент, но меняющих относительные вклады компонент; это позволяет, с одной стороны, анализировать серию спектров, измеренных при разных концентрациях тушителей, как единый массив, а с другой стороны, изменение амплитуд отдельных компонент описывать известным законом Штерна-Фолъмера;
3) использование для разложения избыточного числа экспериментально измеренных точек, т.е. числа экспериментальных точек, намного превышающего число искомых параметров, что понижает влияние экспериментального шума (Аксененко и соавт., 1989).
Использование регуляризирующих факторов, а так же современной компьютерной техники позволило решить задачу разложения многокомпонентных спектров флуоресценции на составляющие лог-нормальные компоненты (подробно алгоритмы разложения спектров флуоресценции, описаны в разделе «Материалы и Методы»),
П.6. СВЯЗЬ ЛОКАЛИЗАЦИИ И СВОЙСТВ ОКРУЖЕНИЯ ОСТАТКОВ ТРИПТОФАНА В
БЕЛКАХ С ИХ ФЛУОРЕСЦЕНТНЫМИ СВОЙСТВАМИ
Как было отмечено выше, излучение остатков триптофана крайне чувствительно к свойствам их микроокружения в белках. Значительное увеличение числа высоко-разрешенных кристаллических структур белков за последние годы, усилило интерес к анализу локализации и окружения флуорофоров в белках в