Спектроскопия комбинационного рассеяния света при изучении липидов в модельных

и биологических клетках
Н.В. Суровцев
Институт автоматики и электрометрии
СО РАН
2020

г.

идти речь преимущественно о фосфолипидах, холестерине, триглицеридах
2
Липиды
Особенность фосфолипидов заключается в

образовании квазиплоского бислоя в воде

Описание конформационного и фазового состояния молекул, взаимодействия в различных биологических

процессах.

ЗАДАЧИ

состав и служат заменой реальным структурам в эксперименте

КРС:
Идентификация вещества, его фазового состояния
Спектр КРС отражает колебательный спектр материала

и содержит информацию о его химическом составе и фазовом состоянии

4

о липидах?

1). Связь внутренних и внешних степеней свободы со спектром

КРС.
Возможность характеризовать состояний молекул по спектрам КРС для различных задач биофизики.

2). Связь спектров КРС и организации липидных структур на нанометровом масштабе.
Изучение нанометровой структуры липидных мембран

3). Идентификация молекул, их фазового состояния и пространственного распределения в биологических образцах по спектрам КРС.
Решение биологических задач

колебательных спектров липидов
Сложные и длинные молекулы, состоящие из небольшого набора

характерных связей:
C-H, C-C, C=O, N-H, O-H …

6

изменении температуры ниже Tm?
Можно ли на этот вопрос ответить

с помощью спектроскопии КРС?

Возможности спектроскопии КРС при изучении конформаций биомолекул

7

цепочки
all-trans
gauche
Eg=325 K
kink
2Eg=650 K
8

КР-интенсивность
зависят от конформации
9

Polymer, 2002
10

поведению линии 1130 см-1
all-trans конформация

конформационному состоянию цепи, но и к латеральному порядку

неполярных хвостов фосфолипидных мембран.

- Сравнение поведения СС и СН2 мод

в спектре КРС позволяет делать выводы о характере латерального порядка.

17

Перспективы применения этих знаний:
для многокомпонентных мембран и к проблеме латеральных неоднородностей в этих мембранах (проблема «рафтов»);
для исследования лекарственных средств с модельными мембранами;
для описания фазовых изменений в биологических объектах при замораживании.

СО РАН
Применение спектроскопии КРС для характеризации замораживаемых эмбрионов млекопитающих
18
Замораживаемые эмбрионы

лабораторных мышей

конформационных состояний хвостов липидов наблюдается также в эмбрионах.

гранулах может быть обнаружен по скачку в параметрах “all-trans” моды.
20

C
Фазовый переход в липидных гранулах похож на переход в синтетических

везикулах.

21

Lipid
Ordered
Lipid
KSOM
Solution
Protein
23
70 m
35 m

= 2.4 km/s
1= 8 cm-1
25
Собственные колебательные моды фосфолипидных мембран в

спектрах КРС

Приближения:
Континуальное описание продольных колебательных мод со свободными граничными условиями.
Пренебрегаем вкладом латеральных акустических мод в области первых двух-трех собственных мод бислоя (~ 8, 16, 24 см-1) и распространением по нескольким слоям фосфолипидов.

слоями?

моды одновременно!

Не наблюдаются низкочастотные моды выше температуры плавления льда.

9.3, 17.3, 27.8 cm-1
nN = 8.4, 14.3, 23.9 cm-1
29
Возможные интерпретации

проявления в спектре КРС двух первых пиков одновременно:

«Промежуточный» тип контакта между двумя монослоями
Сосуществование областей с «хорошим» и «плохим» контактом

оС
nN = 9.3, 17.3, 27.8 cm-1
nN = 8.4, 14.3, 23.9

cm-1

nN = 8.9, 16.6, 28.2 cm-1

Образец с холестерином

nN = 8.8, 17.0, 24.6? cm-1

30

рафтов

включая:
- Характеризацию конформационного состояния (по модам СС).
Характеризацию латерального порядка (по

модам СН2 и сравнению с поведением СС)
Описание собственных колебательных мод фосфолипидных слоев

32

Заключение

Эти возможности спектроскопии КРС могут быть эффективно применены при решения различных биологических задач, включая:

Проблемы криоконсервации
Описание образования рафтов в биомембране
Взаимодействие с лекарственными средствами