Введение к работе
АКТУАЛЬНОСТЬ ПРОКЛЕМЫ. Бактериородопсин (БР) - один из наиболее изученных в настоящее время ретиналь-содержащих фоточувствительных белков. Несмотря на обилие работ но БР и большие успехи в исследовании его фотохимических превращений, открытым остается целый рад вопросов о механизме функционирования БР. Одной из ключевых является проблема взаимодействия белок-хромофор и гначения конкретных зарядовых взаимодействий для протекания фотоцикла БР и для процессов перехода между состояниями пигмента с различной конформацией ретиналя (т. н. процессов свето- и темно-адалтации). Наиболее перспективный подход к изучению атих взаимодействий - замена ретиналя на его синтетические аналоги, особенно на те, которые могут определенным образом изменять характер белок-хромофорных взаимодействий. Одним из таких аналогов является 4-кето-БР, имеющий измененнную структуру в месте предполагаемого взаимодействия ретиналя с белковыми группами.
Другим традиционным плодотворным подходом к изучений связи изменений фотоцикла БР с изменениями в его адаптационных процессах является модификация БР при помощи дегидратации, повышения рН и мембранотропных агентов. Перспективно сравнить фотохимические превращения 4-кето-аналога с превращениями модифицированного БР с целью выявления роли белок-хромофорных взаимодействий в различных аспектах функционирования БГ.
В соответствии е этим, ЦЕЛЬЮ работы Оыло исследоьание влияния изменений белок-хромофорных взаимодействий на фотоцикл и светоадаптацию бактериородопсина и установление связи изменений в фотоцикле с наблюдаемым характером адаптационных процессов. Были поставлены ЗАДАЧИ:
I. Детально исследовать фотоцикл 4-кето-аналога БР различными спектральными методами, в том числе и кинетическими, для чего создать управляемый ЭШ импульсный дифференциальный спектрофотометр с микросекундным временным разрешением.
2. На основании квантово-химического рассмотрения хромофоров БР и 4-кето-ЕР попытаться предсказать последствия изменения взаимодействий белок-хромофор.
S. Исследовать процессы свето- и темно- адаптации в 4-кето-БР и их связь с характером его фотоцикла.
4. Изучить влияние таких модифицируших воздействий, как дегидратация, высокие значения рН среды и мембранотроп-ные агенты, на фотоцикл и светоадаптацию БР и сопоставить результаты с полученными при изучении 4-кето-аналога.
НАУЧНАЯ НОВИЗНА РАБОТЫ. Теоретически и экспериментально рассмотрено влияние модификации хромофора БР в области циклоге-ксенового кольца. Описаны фотоциклы полностью-транс- и 13-цис-изомеров 4-кето-БР, при этом обнаружен ряд новых интермедиатов. Обнаружены условия появления светоадаптации 4-кето-аналога БР, найден способ накопления того или иного изомера аналога. Для 4-кето-БР показано наличие фотоиндуцированной реакции перехода из фотоцикла транс-изомера в 13-цис-изомер (аналогично сухим пленкам БР). Показана связь процессов светоадаптации и кинетики фотоцикла для БР и его 4-кето-аналога, выявлена причина снижения эффективности светоадаптации при дегидратации ПМ и в щелочной среде. Показано образование нового интермедиата при длительной дегидратации БР. Описана форма БР, возникающая при действии дикаина, сходная с образующейся при высоких значениях рН.
ПРАКТИЧЕСКАЯ ЦЕННОСТЬ РАБОТЫ. Результаты исследования свойств ЕР и его аналогов в зависимости от различных воздействий, замедляющих или модифицирующих фотоцикл могут быть использованы при создании новых материалов в микроэлектронике. Исследование свойств 4-кето-аналогов БР, полученных различными способами, важно для получения аналогов БР, имеющих наименьшие нарушения структуры белка. Созданный автоматизированный лазерный спектрофотометр может быть использован для исследования фотобиологических процессов в мембранах и белковых комплексах.
АПРОБАЦЙЯ РАБОТЫ. Основные результаты работы доложены на 18 научной конференции молодых ученых Биологического факультета МГУ (Москва, 1987), на 2 Всесоюзной конференции "Математические и вычислительные методы в биологии. Биомолекулярные системы." (Пущино, 1987), на 2 Всесоюзной конференции "Физико-химическая биология и биотехнология фототрофных микроорганизмов" (Москва, 1987), на 2 Всесоюзном совещании "Фото- и элект-рохромные биоэлементы технического назначения" (Пущино, 1988) и на семинарах кафедры биофизики Биологического факультета МГУ.
По материалам работы имеется семь публикаций, одна работа находится в печати.
ОБЪЕМ И СТРУКТУРА РАБОТЫ. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, выводов, списка литературы из 420 наименований и приложения. Работа изложена на 190 страницах машинописного текста, включает 29 рисунков и 2 таблицы.
ГЛАВА I представляет собой обзор литературы, посвященной бактериородопсину, изучению его фотохимического цикла и модификациям бактериородопсина.