Доклад на научном семинаре физического факультета 20. 10. 2009

Вид материала

Доклад

Содержание Определение конформационных изменений макромолекул в растворах и на поверхности раздела фаз

Подобный материал:

• Доклад директора нии кс на научном семинаре с представителями ран «Создание безопорных, 145.29kb.
• А. В. Репников консервативная модель переустройства россии доклад, 336.93kb.
• Доклад на семинаре в Институте философии ран 3 декабря 2009 г. (16. 00, к. 520), 417.22kb.
• Семинар состоится 14-15 апреля 2008 г в 16. 00 по адресу: Москва, Ленинские горы, 3-й, 60.33kb.
• Курс физического факультета 2009, 24.35kb.
• Л. Г. Голубкова Доклад был представлен в два этапа: 11 ноября на семинар, 816.34kb.
• Название Предмет Направление, 567.87kb.
• Н. И. Лобачевского Физический факультет Кафедра физики полупроводников и оптоэлектроники, 109.99kb.
• Курс Философии и Философии Науки ХХI века для студентов физического факультета мгу, 456.95kb.
• А. В. Репников некоторые аспекты проблемы национальной безопасности россии на современном, 101.36kb.

Доклад на научном семинаре физического факультета 20.10.2009


(по работам ЦЛИБФ 2004-2009 г.г.)


Кучеренко М.Г.

Люминесцентно-фотометрический мониторинг конформационной динамики и структурных перестроек макромолекулярных цепей в растворах и наноструктурах


с участием сотрудников ЦЛИБФ


Чмерева Т.М., Степанов В.Н., Кручинин Н.Ю., Измоденова С.В., Русинов А.П., Дюсембаев Р.Н., Кислов Д.А., Человечков В.В., Жолудь А.А., Игнатьев А.А.


Ключевые разделы доклада:

• Люминесцентный мониторинг кинетики бимолекулярных фотореакций в разбавленных полимерных растворах
  
• Кинетика кислородных фотореакций в полимерных наноструктурах адсорбированных макроцепей
  

Определение конформационных изменений макромолекул в растворах и на поверхности раздела фаз


За период 2004-2009 г.г. сотрудниками ЦЛИБФ были получены следующие результаты по теме доклада


1. Разработан метод получения информации о динамических и релаксационных характеристиках макромолекул в растворах на основе измерений кинетики фотопроцессов между люминесцентными молекулярными зондами, внедренными в макроцепь и локализованными на ней молекулами-акцепторами. Предлагаемый метод позволяет регистрировать конформационные и динамические изменения в макромолекулах с высокой чувствительностью, не изменяя, при этом, условий протекания процессов (невозмущающий тест), и отображая их в реальном времени (~ 10^-8 c). В 2004-2008 г.г. :

определены оптимальные значения параметров, при которых отображение процессов обеспечивается с наибольшей надежностью; измерены и идентифицированы сигналы люминесцентных зондов, внедренных в молекулы ряда белков и пептидов, а также синтетических полимеров.


2. Предложена математическая модель, учитывающая особенности переноса энергии электронного возбуждения между молекулярными зондами, адсорбированными на полимерной цепи в жидком растворе. Описание кинетики процесса произведено на основе представлений о стохастических изменениях конформаций макромолекулы. Результаты получены методами численного моделирования, а также на основе аналитических выражений, выведенных в рамках теории возмущений для случая малой скорости переноса и/или быстрого конформационного движения макроцепи. Рассмотрен канал нелинейной (по накачке) дезактивации в результате парной аннигиляции близкорасположенных возбужденных центров. Получены выражения для эффективной скорости взаимного тушения и аннигиляционной замедленной флуоресценции зонда, расчетные графики временных зависимостей характерных люминесцентных сигналов, параметрические кривые относительного квантового выхода свечения, а также предварительные результаты экспериментов по тушению флуоресценции окрашенных растворов некоторых белков.


3. Исследован безызлучательный перенос энергии электронного возбуждения между малыми молекулярными зондами, сорбированными на полимерной цепи в жидком растворе. Рассмотрен режим быстрых стохастических изменений конформации макромолекулы. Получены аналитические выражения, учитывающие влияние случайных изменений конфигурации цепи на форму спектрального контура скорости квазирезонансного переноса в случаях диполь-дипольного и обменного взаимодействия. Описание конформационного движения макроцепи осуществлено в рамках модели броуновского осциллятора (процесс Орнштейна-Уленбека).


4. Исследована кинетика экситонных реакций в макромолекулярных цепях природного и синтетического происхождения. Рассмотрены математические модели, учитывающие корреляционные и флуктуационные эффекты в кинетике одномерных реакций. Предложены новые модели для дистанционной аннигиляции «изолированных» экситонов: возбуждений на цепи, заключенных в пределах ее сопряженных отрезков, а также модель, учитывающая затрудненный транспорт экситонов, вследствие крутильных колебаний боковых звеньев цепи. Обсуждаются эксперименты по двухступенчатой лазерной активации окрашенных полимерных систем, для которых выполняются условия двухквантового резонанса. Показано, что быстрая релаксация населенностей триплетных уровней сенсибилизирующих центров может быть связана с генерацией одномерных триплетных (Т) экситонов в полимерных цепях матрицы. Произведено сравнение кинетики фосфоресценции Т-центров и аннигиляционной замедленной флуоресценции (АЗФ), обусловленной слиянием Т-возбуждения донора с триплетным экситоном, с расчетными кинетическими кривыми, полученными на основе теоретической модели процессов. Анализируются другие известные модели аннигиляции экситонов в квазиодномерных системах.


5. Исследована проблема кинетики диффузионно-контролируемого тушения люминесцентного сигнала подвижных молекулярных зондов, взаимодействующих с ловушками-стоками, закрепленными на макромолекулярной цепи, находящейся в клубковом или глобулярном состоянии. Решение этой задачи произведено с учетом эффектов неоднородного пространственного распределения звеньев цепи и ловушек. Кроме того, построена математическая модель кинетики кросс-аннигиляции электронных возбуждений, локализованных на фрагментах макромолекулы и свободно диффундирующих в растворе молекулах кислорода.


6. Методом молекулярной динамики (МД) найдено пространственное распределение звеньев полипептидной цепи, размещенной внутри цилиндрической поры на примере белковых фрагментов (70 аминокислотных остатков лизоцима), размещенных внутри поры из оксида алюминия. Моделирование кинетики перехода макроцепи к равновесной конформации произведено на временной стадии до 300 пс из упорядоченной стартовой конфигурации белкового фрагмента при фиксированных температурах 400 К, 800 К. Определены численные значения параметров использованных для аппроксимации кривых плотности распределения звеньев полипептида по координате нормали к дну поры и радиальной зависимости концентрации звеньев в цилиндрической поре. Полученные данные могут быть использованы для описания кинетики бимолекулярных реакций в структурированных системах.


7. Исследована проблема спин-селективной аннигиляции локализованных электронных возбуждений полимерных цепей в растворах при наличии внешнего магнитного поля с учетом конформационной динамики макроцепей.

1. Кучеренко М.Г., Степанов В.Н. Экситонные процессы в полимерных цепях. 2005. Оренбург: ОГУ. -160 с.
   
2. Кучеренко М.Г., Степанов В.Н., Чмерева Т.М. Асимптотическая стадия кинетики экситонных процессов в полимерных цепях с регулярной и нарушенной структурой // Вестник ОГУ. 2004.- №9. –С. 127-139.
   
3. Кучеренко М.Г., Жолудь А.А., Игнатьев А.А Учет конформационной подвижности макромолекул при анализе сигналов люминесцентных // Биофизика. 2006. - 10 с.
   
4. Кучеренко М.Г. Перенос энергии электронного возбуждения между молекулами на полимерной цепи: кинетика релаксации в пределе быстрых конформационных переходов //Вестник ОГУ. 2005.
   
5. Кучеренко М.Г., Человечков В.В., Жолудь А.А., Степанов В.Н. Кинетика бимолекулярных фотореакций в разбавленных полимерных растворах // Вестник ОГУ. 2006. -№1. -С. 53-60.
   
6. Кучеренко М.Г., Летута С.Н., Степанов В.Н. Генерация и аннигиляция триплетных экситонов в полимерных цепях при ступенчатом лазерном возбуждении сенсибилизаторов // Вестник ОГУ. 2006. -№5. –С. 10-16.
   
7. Кучеренко М.Г., Чмерева Т.М. Размещение звеньев полимерной цепи в поле гладкой твердой поверхности и в нанополостях пористого сорбента // Вестник ОГУ. 2008.-№9. -С. 177-184.
   

Область(и) применения: Фармакология, медицина, нанотехнологии.