Слайд 1Молекулярная биофизика
Динамика макромолекул
Слайд 2Пространственная структура миоглобина (кашалота) в проекции ху
Миоглобин (переносчик кислорода в
мышцах) содержит один гем и одну полипептидную цепь, включающую 153
остатка, которые распределены в основном по 8 а-спиральным участкам (А — Н). Гем, в центре которого расположен атом Fe, находится между спиралями Е и F.
Слайд 3Расщепление d-орбиталей в октаэдрическом комплексе (I): и распределение d-электронов по
орбиталям высокоспинового (расщепление Δ мало) и низко спинового (расщепление Δ
велико) состояний иона Fe2+ (II)
Слайд 4Структурные изменения, происходящие в гемоглобине при оксигенации (объяснение см. в
тексте) (по Д. Мецлеру, 1980)
Слайд 5Молекулярная биофизика
Белки и нуклеиновые кислоты.
Методы изучения
Слайд 6Методы изучения подвижности белков
Люминесцентные методы
ЭПР
ЯМР
ЯГР спектроскопия
Метод изотопного обмена
Слайд 7Кривые потенциальной энергии основного (So) и синглетного возбужденного (S*) состояний
двухатомной молекулы:
U — потенциальная энергия; г — межъядерное расстояние; I
— интенсивность поглощения; X — длина волны; 0-5 — колебательные подуровни ядерных состояний
Слайд 8Электронные уровни органической молекулы и переходы между ними (схема Яблонского):
р — вероятность переходов в единицу времени на основной уровень
с испусканием флуорисценции, qi—то же, без излучения; г — вероятность конверсии и триплетное состояние.
Молекула обладает системой триплетных T1, Т2,... и синглетных возбужденных уровней S 1, S2,..., Sn. При переходе на один из высших возбужденных синглетных уровней избыток энергии быстро (10-12 с) диссипирует; молекула попадает на низший возбужденный синглетный уровень S1, с которого и происходит переход (S1 → S0) или
внутримолекулярная конверсия (S1 → Т1). Суммарная вероятность (P) дезактивации определяется суммой величину, qi, r:
Р = р + qi + r
Слайд 9Люминесцентные методы
Измерение внутримолекулярной подвижности белка по зависимости положения максимума люминесценции
метки, введенной в белок, либо собственной люминисценции триптофана белка от
температуры
Характеристика подвижности окружения метки
t=10-2-10-6 c
=10-1-10-2 c
*=10-8-10-9 c
Слайд 10Зависимость положения спектра флуорисценции водного раствора (3-лактоглобулина (I) и нейтротоксина
II кобры (II) от температуры при рН 6,5 (по Е.
А. Пермякову, 1977)
Слайд 11Методы радиоспектроскопии
ЭПР и ЯМР
Расщепление энергетических уровней электрона (протона) в магнитном
поле (Н)
Слайд 12Энергетические уровни электрона в магнитном поле. А — один электрон
(спин 1/2); Б — три электрона (максимальное значение спина 3/2;
Слайд 13Линия поглощения СВЧ-
а) поля
б) ее первая производная
Ось абсцисс —
величина постоянного магнитного поля Н, которая плавно меняется при постоянной
частоте СВЧ-поля до достижения значений, соответствующих условию резонансного поглощения
Слайд 14Линия резонанса ЭПР
Ширина:
Т1 – время передачи энергии окружающей среде
Т2
– время спин-спинового взаимодействия
Для свободных радикалов: Т1 >> Т2
Слайд 15Схема парамагнитного фрагмента нитроксильного радикала
Слайд 16Спектр ЭПР парамагнитной метки, присоединенной к гис-15 лизоцима (рН 7,0;
t=26°C) (по Г.И. Лихтенштейну, 1971):
h-1, h0, h+1—интенсивность компонентов, соответствующих M=
—1;0;+1; ΔH0—ширина центрального компонента
Слайд 17ЯМР-спектроскопия
Измерение времени релаксации Т1 и Т2 по ширине линии резонанса.
Определение
времени вращения метки, на которой наблюдается резонанс
Оценка подвижности белковых структур
в состав которых входят «резонирующие» протоны
Изучение некоторых видов внутримолекулярного движения в белках
Информация о химической структуре молекулы
Слайд 18Спектр ЯМР ацетальдегида СН3СНО
СНО химический сдвиг
СН3
по А.Керрингтону, Э. Мак-Лечлану, 1970
Слайд 19ЯГР спектроскопия
Дает информацию не только о временных, а также амплитудных
характеристиках движений в белке (средние величины смещений атомов в структуре
белка за
t=10-7-10-9 c)
Основан на резонансном поглощении -квантов тяжелым ядром атома
Эффект Мёссбауэра
Слайд 20Эффект Мёссбауэра
Уширение спектра обусловлено диффузией молекул белка. Изменение частоты
уширения пропорционально скорости источника (v)
Слайд 24Picture of G-Protein Receptor Family 7 TM Transmembrane Domains
Слайд 29Рис.2. Компьютерные изображения структуры белка миоглобина.
1 - атомы в виде
небольших сфер разного цвета: красные - кислород, белые - углерод,
синие - азот, желтые - сера. Атомы водорода очень слабо рассеивают рентгеновские лучи и на изображении их нет. Красные сферы по краям белковой молекулы - это кислородные атомы структурированной воды, прочно связанной с белковой глобулой.
2 - общий ход полипептидной цепи. Участки a-спирали выделены красным цветом, неструктурированные петли цепи - белым цветом.
3 - спиральные структуры в виде лент.
4 - атомы даны как сферы с радиусами Ван-дер-Ваальса.
Рассматривая рисунки 1-3, можно подумать, что полипептидная цепь уложена рыхло и потому обладает большой подвижностью. Но это не так: белковая глобула выглядит как плотная гроздь атомов, лишенных возможности свободного перемещения (4).