Введение к работе
Актуальность проблемы
Одна из главных причин отсутствия однозначной расшифровки спектров ЭПР спин—меченых макромолекул в растворе заключена в вырожденности формы линии ЭПР спектров по многим магнитным и динамическим параметрам, от которых она зависит для данной выбранной модели движения нитроксильного радикала. Проблема усугубляется тем, что и выбор модели движения радикала не является однозначным. К настоящему моменту необходимо рассматривать две основные модели: одна из них предложена В.П.Тимофеевым в 1972 г., которая состоит в том, что радикал, связанный с макромолекулой, участвует в двух формах движения: медленном, диффузионном вместе с макромолекулой и быстром, стохастическом в процессе переориентации относительно макромолекулы, а другая предложена Дж.Фридом в 1974 г., которая используется в большинстве работ по "расшифровке" гпектров ЭПР. Можно здесь упомянуть формулу Кивельсона, однако, поскольку она справедлива только для :лучая изотропного вращения радикала, в данной работе зна не используется.
В модели Дж.Фрида рассматривается диффузионное зращение нитроксила, как эллипсоида вращения, и для его описания вводится двухкомпонентный тензор диффузии. 1ри этом молекулярная система координат (МСК) штроксила не совпадает с диффузионной системой соординат. Одна из компонент тензора диффузии (DJL) в )той модели связывается с изотропным движением юсителя, а другая (DII) связана с вращательным движением радикала относительно носителя. Однако эыетрое хаотическое движение метки никак не зависит от ізотропного движения ее носителя, более того, они шличаются по своей природе, поэтому данные сомпоненты не могут быть объединены в один тензор. Сроме этого, основываясь на данной модели, трудно >бъяснить изменение формы спектров при изменении
вязкости среды при постоянных температурах ил ковалентном связывании носителя с адсорбентам: (сефароза, целлюлоза). Другой недостаток указанног подхода состоит в том, что всем молекулам (а их не мене 1014) в спин—меченом образце приписывался один и тот ж> набор параметров (угол несовпадения Z —осей в обои: координатных системах и величина DII)
Модель, предлагаемая В.Тимофеевым и развитая і 1977 и в 1986 гг., в которой быстрое хаотическое і медленное изотропное вращение радикала рассматривается независимо, позволяет избежать этих противоречий Однако в этом случае необходимо правильно предложит] модель для быстрой переориентации нитроксилс относительно макромолекулы, которая в 1986 г предлагалась, как аксиально — симметричная.
Цель работы
Разработка математической модели, адекватне описывающей динамическое поведение нитроксильногс радикала, ковалентно связанного с макроносителем.
Создание соответствующего алгоритма и програмного обеспечения для теоретического моделирования ЭПР — спектров спин—меченых биомолекул как решения обратной задачи ЭПР спектроскопии — воссоздания просранственной структуры ближайшего молекулярного окружения нитроксильного радикала.
Основные задачи работы
1. Используя ранее разработанный подход для
описания медленного изотропного движения носителя
спин —метки, найти наиболее простую -модель, наиболее
адекватно описывающую быструю переориентацию метки
относительно своего носителя;
2. Разработать математическое описание созданной
модели для процесса быстрой угловой переориентации
маркера относительно носителя.
-
Создание комплексного програмного обеспечения идя моделирования спектров ЭПР спин —меченых макромолекул согласно разработанной математической модели.
-
Произвести сравнительный анализ разработанного способа моделирования спектров с уже существующими на эснове ряда широко известных примеров и полученных яовых экспериментальных результатов.
Научная новизна работы
Создан новый универсальный подход в решении обратной задачи ЭПР — спектроскопии, который позволяет количественно получать в эффективных параметрах максимально возможную однозначную информацию, юдержащуюся в спектрах ЭПР спин —меченых биологических образцов.
Впервые в практику моделирования ЭПР —спектров зведено понятие кластера спин —меток — условных 'объединений" спин —меток в образце по сходным динамическим параметрам.
Получены новые данные по применению )азработанного подхода для разных типов макромолекул:
-
Впервые для молекулы лизоцима было показано, что фемя вращательной корреляции макромолекулы >пределяется не мономерной формой белка при рН4.7 и не химерной формой при рН7.1, а подвижностью истидинсодержащего домена. Количественная оценка іремени корреляции домена составила около 2 не.
-
Для синтетического полимера полиоктилизоцианата іьіло показано различие в динамическом поведении в >астворе и гелях (для двух растворителей — циклогексана с изооктана}. Зависимость гибкости полимерной цепи от емпературы в изооктане оказалась намного более ярко .ыраженной, чем в циклогексане.
Практическая значимость
Созданные алгоритмы расшифровки спектров ЭПР спин —меченых биомакромолекул имеет универсальное применение к различным состояниям спин — меченных образцов : квази — порошковым и порошковым состояниям, в различных растворах и кристаллах.
Публикации
По Материалам диссертации опубликовано 6 работ
Апробация работы
Результаты исследований докладывались на
конференции "Молекулярная биология на границе XXI
века" (Москва, 1994), в виде стендового доклада на 28
ежегодной международной конференции по ЭПР
спектроскопии радикалов в органических и
биоорганических системах (London — Surrey, 1995), Международной конференции "Микроструктуры и самоорганизация в полимерных системах" (Санкт-Петербург — Москва, 1995)
Объем и структура работы