1_Sily_BMM.ppt

ПРЕДМЕТ МОЛЕКУЛЯРНОЙ БИОФИЗИКИ

РАСКРЫТЬ ПРИРОДУ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ АТОМАРНЫХ ГРУПП, ОПРЕДЕЛЯЮЩИХ КОНФОРМАЦИИ БИОМАКРОМОЛЕКУЛ,
ВЫЯВИТЬ

СПЕЦИФИКА БИОМАКРОМОЛЕКУЛ

СТАТИСТИЧЕСКИЙ ХАРАКТЕР ПОВЕДЕНИЯ, Т.К. БИОМАКРОМОЛЕКУЛЫ СОСТОЯТ ИЗ БОЛЬШОГО ЧИСЛА ОДНОТИПНЫХ

МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ БИОМАКРОМОЛЕКУЛ (обзор)

В 1953 Дж. Уотсон и Ф.Крик предложили модель молекулы ДНК, которая

РЕНТГЕНОГРАММА ДНК, ПОЛУЧЕННАЯ РОЗАЛИНДОЙ ФРАНКЛИН

Розалинда Франклин (1920–1958)

Первые рентгенограммы белков получены еще в 30-х годах (У.Астбюри, Л.Полинг, Р.Кори).

Л.Полинг
1901

РЕНТГЕНОСТРУКТУРНЫЙ АНАЛИЗ
ПРЯМОЙ МЕТОД ИССЛЕДОВАНИЯ
ПОЗВОЛЯЕТ ОПРЕДЕЛИТЬ РАСПОЛОЖЕНИЕ ВСЕХ АТОМОВ В ТРЕХМЕРНОМ

Рентгеновский структурный анализ
Взаимодействие рентгеновского излучения с электронами вещества.
Дифракция рентгеновских лучей

Принципиальная схема : исследуемый объект помещают в пучок рентгеновских лучей и

Основные положения
1. Пучок рентгеновских лучей является плоской монохроматической электромагнитной волной.
2. Под

Кристаллический образец (1) рентгеновские лучи (2).
Рентгеновские лучи образуются при бомбардировке

1.Из данных рентгенограммы получают карту распределения электронной плотности в кристалле исследуемого

2.На основании карты распределения электронной плотности определяют положения атомов в исследуемом

Основные этапы определения структуры белка
Выделение, очистка
Кристаллизация
Рентгеновский эксперимент, обработка результатов

РЕНТГЕНОГРАММА БАКТЕРИАЛЬНОГО БЕЛКА

Схематичная модель молекулы гемоглобина (М.Ф.Перутц, 1960 г.)

Структура фермента дуоденазы с

Рентгеноструктурный анализ белковой молекулы позволяет установить
Последовательность аминокислотных остатков в цепи
Закономерности конфигурации

ОГРАНИЧЕНИЕ МЕТОДА:
С ПОМОЩЬЮ РЕНГГЕНОВСКИХ ЛУЧЕЙ МОЖНО ИССЛЕДОВАТЬ ТОЛЬКО ТЕ БЕЛКИ,

МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ БИОМАКРОМОЛЕКУЛ

ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ МАССЫ, РАЗМЕРОВ, ГИБКОСТИ БИОМАКРОМОЛЕКУЛ ИСПОЛЬЗУЮТСЯ
ЭЛЕКТРОФОРЕЗ
ВИСКОЗИМЕТРИЯ
СЕДИМЕНТАЦИОННЫЙ АНАЛИЗ
КВАЗИУПРУГОЕ РАССЕЯНИЕ

МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ БИОМАКРОМОЛЕКУЛ

ДЛЯ ИЗУЧЕНИЯ ВТОРИЧНОЙ СТРУКТУРЫ ИСПОЛЬЗУЮТСЯ
СПЕКТРОФОТОМЕТРИЯ
ИНФРАКРАСНАЯ СПЕКТРОСКОПИЯ
КРУГОВОЙ ДИХРОИЗМ
ДИСПЕРСИЯ ОПТИЧЕСКОГО ВРАЩЕНИЯ

ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ ДИНАМИКИ БИОМАКРОМОЛЕКУЛ ИСПОЛЬЗУЮТСЯ
ФЛУОРЕСЦЕНТНАЯ СПЕКТРОСКОПИЯ
ЯМР
ЭПР

МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ БИОМАКРОМОЛЕКУЛ

КОНФОРМАЦИИ БИОМАКРОМОЛЕКУЛ

УРОВНИ ОРГАНИЗАЦИИ БЕЛКА

ЧЕТВЕРТИЧНАЯ

ТРЕТИЧНАЯ

ВТОРИЧНАЯ

ПЕРВИЧНАЯ

ПРОСТРАНСТВЕННАЯ СТРУКТУРА БЕЛКА

УРОВНИ ОРГАНИЗАЦИИ БЕЛКА (ПО ШУЛЬЦУ И ШИРМЕРУ)

СИЛЫ, СТАБИЛИЗИРУЮШИЕ СТРУКТУРУ БИОМАКРОМОЛЕКУЛ

ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ, СТАБИЛИЗИРУЮЩИЕ СТРУКТУРУ БИОМАКРОМОЛЕКУЛ

СИЛЬНЫЕ СВЯЗИ
КОВАЛЕНТНЫЕ
ИОННЫЕ

СЛАБЫЕ СВЯЗИ
ВАН-ДЕР-ВААЛЬСОВЫ
ГИДРОФОБНЫЕ

ПРОМЕЖУТОЧНЫЕ СВЯЗИ
ВОДОРОДНЫЕ

ЭНЕРГИЯ ТЕПЛОВЫХ КОЛЕБАНИЙ – 2,5 кДж/моль

Схемы перекрывания орбиталей при образовании s -, p -, d -связей

КОВАЛЕНТНЫЕ

Ионная связь – взаимодействие двух нейтральных атомов которое сопровождается истинным переносом

1

2

3

1 – ЭЛЕКТРОСТАТИЧЕСКИЕ СИЛЫ 4 – ВАН-ДЕР-ВААЛЬСОВЫ СИЛЫ
2 – ВОДОРОДНАЯ СВЯЗЬ
3 –

ЭНЕРГИЯ ЭЛЕКТРОСТАТИЧЕСКОГО ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ ЗАВИСИТ ОТ ВЕЛИЧИНЫ ЗАРЯДОВ ЧАСТИЦ И РАССТОЯНИЯ МЕЖДУ

ВАН-ДЕР-ВААЛЬСОВЫ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ

Ян-Дидерик
ВАН-ДЕР-ВААЛЬС
(1837 - 1923)

l1

l2

r

-

+

-

-

+

ОРИЕНТАЦИОННОЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ

Схема взаимодействия между полярными молекулами

ИНДУКЦИОННОЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ

- поляризуемость,
μ - дипольный момент

ДИСПЕРСИОННОЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ

I1 I2 - потенциалы ионизации
α1 и α2 – поляризуемость групп

ВОДОРОДНАЯ СВЯЗЬ

ВОДОРОДНЫЕ СВЯЗИ
ВОДОРОД ХИМИЧЕСКИ СВЯЗАН С ОДНИМ ЭЛЕКТРООТРИЦАТЕЛЬНЫМ АТОМОМ
И ПРИ

АНОМАЛЬНЫЕ СВОЙСТВА ВОДЫ:
ВЫСОКАЯ ТЕМПЕРАТУРА КИПЕНИЯ (373К) И
ТЕМПЕРАТУРА ЗАМЕРЗАНИЯ (273К) ДЛЯ

Строение молекулы воды

Распределение зарядов и электронной плотности в молекуле воды

В1999 г. было

Водородные связи между молекулами воды

Водородные связи между молекулами воды (лед)

ЖИДКАЯ ВОДА ЛЕД

Четыре связи каждой молекулы Н2О локально организованы в тетраэдрическую структуру, т.е.

ТЕОРИИ СТРУКТУРЫ ВОДЫ

Впервые идея о том, что вода имеет сложную структуру

Модель непрерывной структуры воды (континуальная модель).

КЛАСТЕРНЫЕ МОДЕЛИ

ВОДА В ВИДЕ КЛАСТЕРОВ ИЗ МОЛЕКУЛ, СОЕДИНЕННЫХ ВОДОРОДНЫМИ СВЯЗЯМИ, КОТОРЫЕ

Модель мерцающих кластеров, Фрэк и Уэн, 1957 г.

Водородные связи в

КЛАТРАТНАЯ МОДЕЛЬ ВОДЫ

ВОДА ОБРАЗУЕТ НЕПРЕРЫВНУЮ СЕТКУ (КАРКАС) БЛАГОДАРЯ ВОДОРОДНЫМ СВЯЗЯМ, НО

В 1993 году американский химик Кен Джордан предложил свои варианты кластеров

Структура жидкой воды.
В воде кластеры периодически разрушаются и образуются снова.

Некоторые возможные структуры кластеров воды

Формирование отдельного кластера воды (компьютерное моделирование)

Объединяясь друг с другом, кластеры могут образовывать более сложные структуры

ГИДРОФОБНЫЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ

ЭНТРОПИЙНАЯ ПРИРОДА ГИДРОФОБНЫХ ВЗАИМОДЕЙСТВИЙ

СНИЖЕНИЕ ЭНТРОПИИ ВЫЗЫВАЕТ УВЕЛИЧЕНИЕ СВОБОДНОЙ ЭНЕРГИИ, НО ЭТО

ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ ВОДЫ С ПОЛЯРНЫМИ ГРУППАМИ

Термодинамика переноса типичной неполярной молекулы, циклогексана (СН2)6, из пара (вверху) в

ИЗМЕНЕНИЕ СВОБОДНОЙ ЭНЕРГИИ ПРИ РАСТВОРЕНИИ НЕПОЛЯРНЫХ ВЕЩЕСТВ

РЕЗУЛЬТАТ: ОТТАЛКИВАНИЕ ВОДОЙ НЕПОЛЯРНЫХ ВЕЩЕСТВ,