Введение к работе
Актуальность темы. Бактериородопсин (БР) - ретиналь-белковый комплекс энергопреобрязующих мембран галобактерий, претерпевает под действием света цикл фотохимических, превращений, что позволяет считать БР природным фотохромом. Природный фотохромизм БР, регулярная гексагональная упаковка его в мембране, уникальные оптические свойства и стабильность явились причиной интереса к нему как к белку, способному к записи, обработке и хранению оптической информации. Несмотря на несомненный интерес и увеличение количества работ по изучению чисто физических - фотохромних, электрохромных, пьезоэлектрических, голографических - свойств БР, остается невыясненным целый ряд вопросов, касающихся его фотохимической активности. Одна из 'проблем в таких исследованиях - влияние взаимодействия хромофора с белком и белка с макроокружением на спектрально-кинетические параметры фотоцикла БР.
Подходами к решению этой проблемы явились иммобилизация белка в полимерные матрицы и замена природного хромофора синтетическими аналогами, позволяющая целенаправленно менять характер хромофор-белковых взаимодействий. С этой точки зрения нами были опробованы несколько аналогов БР и наиболее перспективным для дальнейшего подробного исследования выбран 4--кето-бактериородопсин (4-кето-БР), имеющий измененную структуру хромофора в области циклогексенового кольца и демонстрирующий, по нашим данным, замедленный по сравнению с нативным белком фотоцикл.
В соответствии с изложенным ЦЕЛЬЮ работы было изучение влияния изменения макроокружения белка при встраивании его в полимер и модификации микроструктуры хромофорного центра на спектрально-кинетические параметры фотоцикла БР. Из этого вытекают следующие ЗАДАЧИ:
-
Исследовать влияние иммобилизации в полимерные матрицы на некоторые спектрально-кинетические свойства фотоцикла БР. Изучить характеристики как фотохрома для БР в полимерных матрицах.
-
Изучить влияние на фотоцикл БР такого модифицирующего агента как гидроксиламин (ГА)а также замены хромофора с целью возможного управления фотоциклом БР в полимерных матрицах.
-
Исследовать детально фотохимический цикл и светоадаптацион-ные свойства суспензии 4-кето-БР.
-
Изучить особенности фотохимических превращений 4-кето-БР, иммобилизованного в полимерную матрицу.
-
Исследовать влияние внешнего электрического поля на спектральные свойства 4-кето-БР в полимерной матрице
-г -
Научная новизна работы.Впервые для исследования фотохимических и фотофизических свойств БР и его аналогов применен метод иммобилизации таких белков в прозрачные полимерные матрицы и исследованы свойства иммобилизованных пигментов. Изучено влияние гидроксиламина на фотохимическую активность БР в полимерных матрицах.Обнаружено, что наиболее замедленным фотоциклом из ряда исследованных аналогов БР, иммобилизованных в полимер, обладает 4-кето- БР. Детальное изучение фотоцикла 4-кето-БР в суспензии и полимерных матрицах позволило обнаружить ряд новых интермедиатов и сделать вывод,что спектральная и кинетическая гетерогенность ключевого интермедиата М, наблюдаемая ранее в фотоцикле этого аналога в полимерной матрице, не является особенностью системы белок - хромофор - полимер, а отражает сложную картину хромофор-белковых взаимодействий внутри хромофорного центра. Изучение особенностей процессов свето- и темноадаптации 4-кето-БР в суспензии и полимерной матрице позволило связать направление этих процессов с соотношением кинетик фотоциклов двух изомеров 4-кето-БР. Впервые обнаружены электрооптические превращения 4-кето БР в полимерной матрице, изучены их особенности.
Практическая ценность работы. Разработанный нами метод иммобилизации БР и его аналогов в прозрачные полимерные матрицы применим для создания сред для регистрации и обработки оптической информации на основе различных биологических светочувствительных комплексов (реакционны^ центры, хлорофиллы, родопсины и др.).Показано, что помещение БР в полимерные матрицы позволило создать новый фотохромний материал "Биохром" с перспективными свойствами, модифицируя который различными агентами или заменой хромофора можно получать разные варианты фотохромних и фоторегистрирующих материалов с различающимися характеристиками. Целый ряд аналогов, иммобилизованных в' полимерные матрицы, защищен авторским свидетельством СССР "Фотохромний материал" Полученное существенное замедление (до часов) времени фотоцикла в 4-кето-БР в полимерной матрице позволяет говорить о создании фотохромного материала с большим чем у БР временем хранения оптической информации. Обнаружение и характеристики электроиндуцирован-ного сдвига полосы. поглощения позволяет рассматривать 4-кето-БР в полимерной матрице как возможный перспективный электрохромный материал. Результаты исследований свойств БР и его аналогов в суспензии и полимерных матрицах позволяют определить области, в которых использование такого рода материалов имеет преимущества перед уже существующими.
Аппробация работы.Основные результаты работы докладывались на: Всесоюзной конференции "Оптическое изображение и регистрирующие среды" (г.Ленинград, 1982), IY Всесоюзной школе "Оптическая обработка информации" (г.Минск, 1982), I Биофизическом съезде (г. Москва, 1982), Всесоюзном совещании "Светочувствительные биологические комплексы и оптическая регистрация информации" (г.Пушино, 1984), Советско-Швейцарском симпозиуме "Биологические мембраны: структура и функция" (г.Рига, 1988), Symposium on Molecular Electronics-Biosensors and Blocomputers (Santa Clara, California, 1988), 11th Annual International Conference of the IEEE Engineering in Medicine and Biology Society (Seattle, Washington, USA, 1989).
По теме диссертации имеется 16 публикаций, 2 работы в печати.
Объем и структура диссертации. Работа состоит из введения, шести глав, выводов, изложена на //Зстраницах машинописного текста, включает ,2лрисунков, ? таблиц и список цитируемой литературы.