НИКИФОРОВ
Владимир Олегович
д.т.н., профессор
doi: 10.17586/2226-1494-2019-19-1-27-32
УДК 547.96, 543.42, 544.164
ПРИМЕНЕНИЕ ФОТОЛЮМИНЕСЦЕНТНЫХ МЕТОДИК К ИЗУЧЕНИЮ ДИНАМИКИ СТРУКТУРЫ БЕЛКОВ В ВОДНЫХ СИСТЕМАХ
Читать статью полностью
Ссылка для цитирования:
Сибирцев В.С. Применение фотолюминесцентных методик для изучения динамики структуры белков в водных растворах // Научно-технический вестник информационных технологий, механики и оптики. 2019. Т. 19. № 1. С. 27–32. doi: 10.17586/2226-1494-2019-19-1-27-32
Аннотация
Разработана методика, позволяющая изучать изменение пространственной структуры белковых молекул в их низкоконцентрированных водных растворах. Состояние молекул при этом приближено к состоянию, в котором они находятся в живых организмах, активно участвуя, в качестве ферментов, в регуляции метаболизма последних. Изучены синхронные спектры фотофлуоресценции водных растворов молочного белка казеина, регистрируемые в видимой и ближней ультрафиолетовой областях при различных сдвигах длин волн эмиссии относительно длины волны возбуждения (Dwl). Зафиксированы значимые различия как в интенсивности, так и в положении пиков светорассеяния и собственной молекулярной фотофлуоресценции водных растворов казеина не только при разной концентрации в них белковой составляющей, но и разном времени нахождения казеина в растворенном состоянии. Это, по-видимому, обусловлено различиями пространственной структуры белковых молекул в исследуемых растворах (определяемыми, в свою очередь, разной степенью водородного и ван-дер-ваальсова взаимодействия данных высокомолекулярных соединений с окружающими их молекулами воды). Продемонстрировано, что фотолюминесцентные методики предоставляют исследователю достаточно простой, надежный и информативный способ изучения как термодинамических, так и кинетических аспектов взаимодействия белковых молекул, находящихся в состоянии, близком к нативному, с окружающими их молекулами других веществ (включая воду). Для этого могут быть использованы синхронные спектры собственной молекулярной фотофлуоресценции водных белковых растворов, регистрируемые при Dwl = 10 нм в области длин волн возбуждения от 230 до 600 нм. Аналогичные спектры, регистрируемые при Dwl = 0 и 90 нм, могут быть рекомендованы для более точного количественного определения содержания белков в водных растворах.
Список литературы
2. Bashkatov A.N., Genina E.A., Kozintseva M.D., Kochubei V.I., Gorodkov S.Yu., Tuchin V.V. Optical properties of peritoneal biological tissues in the spectral range of 350–2500 nm // Optics and Spectroscopy. 2016. V. 120. N 1. P. 1–8. doi: 10.1134/S0030400X16010045
3. Nepomniashchaia E.K., Cheremiskina A.V., Velichko E.N., Aksenov E.T., Bogomaz T.A. Studies of albumin using a combination of laser correlation spectroscopy and dielectric spectroscopy // Journal of Optical Technology. 2016. V. 83. N 5. P. 305–308. doi: 10.1364/jot.83.000305
4. Plotnikova L.V., Nechiporenko A.P., Orekhova S.M., Plotnikov P.P., Ishevski A.L. A study of muscular tissue of animal origin by reflection-spectroscopy methods // Optics and Spectroscopy. 2017. V. 122. N 6. P. 1015–1018. doi: 10.1134/s0030400x17060157
5. Movasaghi Z., Rehman S., Rehman I.U. Raman spectroscopy of biological tissues // Applied Spectroscopy Reviews. 2007. V. 42. N 5. P. 493–541. doi: 10.1080/05704920701551530
6. Orr L.E. Raman Spectroscopy of Biological Tissue for Application in Optical Diagnosis of Malignancy. PhD Dis. Thesis. Cranfield University, 2010. 309 p.
7. Burova T.G., Shcherbakov R.S. Quantum-mechanical analysis of the intensity distribution in spectra of resonant raman scattering spectra of aqueous solutions of tyrosine // Optics and Spectroscopy. 2016. V. 120. N 5. P. 721–725. doi: 10.1134/s0030400x16050052
8. Timchenko P.E., Timchenko E.V., Dolgushkin D.A., Volova L.T., Markova M.D. Application of Raman spectroscopy to assess the condition of bone and cartilaginous biopsy specimens // Journal of Optical Technology. 2017. V. 84. N 6. P. 423–425. doi: 10.1364/jot.84.000423
9. Kogan B.Ya., Butenin A.V., Galov A.P. Measurement of lifetimes of triplet states of organic molecules by fluorescence recovery kinetics // Optics and Spectroscopy. 2016. V. 120. N 2. P. 280–282. doi: 10.1134/s0030400x16010100
10. Сибирцев В.С., Гарабаджиу А.В., Иванов С.Д. Механизмы изменения флуоресцентных свойств бис-бензимидазольных красителей // Биоорганическая химия. 1995. Т. 21. № 9. С. 731–736.
11. Сибирцев В.С., Гарабаджиу А.В., Иванов С.Д. Спектральные свойства красителей бес бензимидазольного ряда при взаимодействии с ДНК // Биоорганическая химия. 1997. Т. 23. № 12. С. 969–978.
12. Sibirtsev V.S., Garabadzhiu A.V. Effect of heteroatom on the spectral properties of benzazoles // Russian Journal of Organic Chemistry. 1997. V. 33. N 12. P. 1756–1759.
13. Sibirtsev V.S., Glibin E.N., Ivanov S.D. Variation of spectral properties of actinocin derivatives due to equilibrium transformations // Russian Journal of Organic Chemistry. 2000. V. 36. N 12. P. 1812–1818.
14. Sibirtsev V.S., Garabadzhiu A.V., Ivanov S.D. Comparative study of DNA-specific dyes of the indole and benzimidazole series // Russian Journal of Bioorganic Chemistry. 2001. V. 27. N 1. P. 57–65.
15. Sibirtsev V.S., Tolmachev A.Yu., Suslov V.V., Garabadzhiu A.V., Traven' V.F. Dependence of fluorescence properties of compounds from psoralen, angelicin, and carbazole series on the character of their terminal substituents // Russian Journal.of Organic Chemistry. 2003. V. 39. N 6. P. 881–889. doi: 10.1023/b:rujo.0000003169.96393.1d
16. Sibirtsev V.S. Study of applicability of the bifunctional system “Ethidium bromide + Hoechst-33258” for DNA analysis // Biochemistry (Moscow). 2005. V. 70. N 4. P. 449–457. doi: 10.1007/s10541-005-0136-x
17. Sibirtsev V.S., Tolmachev A.Yu., Kovaleva M.V., Garabadzhiu A.V., Traven V.F. Spectral study of interactions of 4,8,4'-trimethylpsoralen and 4,4'-dimethylangelicin dyes with DNA // Biochemistry (Moscow). 2005. V. 70. N 7. P. 822–832. doi: 10.1007/s10541-005-0190-4
18. Sibirtsev V.S. Fluorescent DNA probes: study of mechanisms of changes in spectral properties and features of practical application // Biochemistry (Moscow). 2007. V. 72. N 8. P. 887–900. doi: 10.1134/S0006297907080111
19. Sibirtsev V.S., Garabadzhiu A.V. Spectral study of the interaction of DNA with benzothiazolyl-benz-a-chromene // Biochemistry (Moscow). 2007. V. 72. N 8. P. 901–909. doi: 10.1134/s0006297907080123
20. Papayan G., Petrishchev N., Galagudza M. Autofluorescence spectroscopy for NADH and flavoproteins redox state monitoring in the isolated rat heart subjected to ischemia-reperfusion // Photodiagnosis and Photodynamic Therapy. 2014. V. 11. N 3. P. 400–408. doi: 10.1016/j.pdpdt.2014.05.003
21. Plotnikova O.A., Mel’nikov A.G., Mel’nikov G.V., Gubina T.I. Quenching of tryptophan fluorescence of bovine serum albumin under the effect of ions of heavy metals // Optics and Spectroscopy. 2016. V. 120. N 1. P. 65–69. doi: 10.1134/s0030400x16010148
22. Sibirtsev V.S. Investigation of mechanisms of change in spectral properties during interaction of benzazole, indole, and phenanthridium compounds with DNA // Journal of Optical Technology. 2017. V. 84. N 5. P. 294–301. doi: 10.1364/jot.84.000294
