Введение к работе
A-
Актуальность. Взаимодействие ультрафиолетовой части излучения Солнца с компонентами биосферы несомненно оказывает огромное влияние на протекание жизни многих организмов. Действие ультрафиолетового излучения Солнца в предбиологическую эпоху в условиях отсутствия озонного слоя было, видимо, одним из важнейших факторов, влиявших на формирование биологически важных молекул и самой жизни.
Деятельность Человека привела к создают искусственных источников ультрафиолетового излучения, с одной стороны, и к реальной угрозе разрушения защитного озонного слоя Земли, с другой. Оба этих фактора могут привести к серьезным экологическим последствиям.
Комплекс явлений, происходящих при действии ультрафиолетового света на живые объекты, давно привлекает внимание исследователей. Ыэжно выделить ряд вопросов, имеющих большое теоретическое и практическое значение, гесно связанных с проблемой трансформации энергии ультрафиолетового (УФ) излучения в компонентах клетки. Прежде всего следует сказать об использовании УФ-радиации в медицине. Здесь УФ-кэлучение уже давно широко используется в лечебно-профилактических целях. Широко применяется УФ-облучение в гигиенических целях. Прочно вошло в практику медицинских- и научно-исследовательских учреждений использование бактерицидных свойств коротковолнового ультрафиолета Применяется УФ-радиация и в сельском хозяйстве для улучшения здоровья и увеличения продуктивности сельскохозяйственных животных и поднятия урожайности сельскохозяйственных растений. Интересен эволюционный аспект взаимодействия УФ-света с живой материей. Важно понять механизмь зашиты клеток и организмов от УФ-иэлучения.
В практическую деятельность научно-исследовательских учреждений УФ-свет все более широко входит как мощный инструмент познания закономерностей организации и функционирования биологических систем на молекулярном и клеточном уровнях.
В этих и других случаях взаимодействия УФ-излучения с биологическими объектами для глубокого понимания происходящих процессов и сознательного управления ими необходимо знание элементарных первичных и начальных этапов превращения УФ-излучения в биологически важных молекулах, в частности, в белках. Большой вклад в изучение действия УФ-иэлучеюш на белки внесен фундаментальными работами таких отечественных и зарубежных ученых как Владимиров iC А., Конев С. Е , Кашин Л. П., Вурштейн а А., Азизова О. А., Львов К. М., Сент-Дь-ердьи А., Карреман Г., Стал Р. , Вебер Г., Ковгшш Р., Сантус Р., Птак М., Гроссвейнер Л. и др. Изучена структура электронных уровней белков, характеристики возбужденных состояний, свойства разных хромофоров, включенных в белковую молекулу. Большое количество работ посвящено изучеюго миграции энергии электронного возбуждения ароматических аминокислотных остатков в белковых молекулах. В ряде работ показано, что при действии УФ-света на растворы белков наблюдаются такие явления, как потеря ферментативной активности, изменения молекулярного веса, растворимости, вязкости, спектров поглощения и других физических и химических характеристик.
Таким образом, проблема действия ультрафиолетового света на белки является актуальной и с точки зрения создания полной теории процессов, протекащих в живой клетке при УФ-облучении, и особенно
для глубокого понимания возможных экологических последствий повреждающего действия ультрафиолета.
Цель работы. Целью настоящей работы является изучение влияния некоторых физических факторов на протекание свободнорадикальных процессов УФ-индуцированных в белках.
5 работе сформулированы следующие основные задачи:
исследовать влияние суммарного ионного заряда ароматических аминокислот, пептидов и белков на начальную скорость образования свободных радикалов при УФ-облучении;
определить радиус эффективного переноса анергии синглет-но-воэбужденных состояний хромофора на УФ-индуцированные свободные радикалы отдельно для триптофана и для тирозина;
провести анализ свободнорадикальных состояний УФ-индуцированных в белках с целью выяснения возможности их участия в качестве акцепторов энергии в тушении люминесценции белков;
изучить влияние молекулярной массы аминокислот, пептидов и белков и степени их агрегации на значение предельной концентрации УФ-индуцированных свободных радикалов;
испольауя влияние вторичной структуры белков на кинетику гибели УФ-индуцированных свободных радикалов, изучить вторичную структуру коллагена I из коли холоднокровных животных.
Научная новизна. Наиболее существенными являются следующие научные результаты, полученные в данной работе:
1. Скорость образования свободных радикалов при УФ-облучении ароматических аминокислот, пептидов и белков при 77 К резко возрастает, если суммарный заряд молекулы после УФ-иониаации остается отрицательным.
-
Радиус сферы эффективного переноса энергии по индуктивно-резонансному механизму на УФ-индуцированные при 77 К свободные радикалы триптофана и тирозина составляет 2,9 и 3,2 км соответственно.
-
Основными тушителями люминесценции в УФ-облученных белках являются -три -, -три -,. -тир -.
-
Показано, что в случае истинных растворов ароматических аминокислот, пептидов и малых (Ш<30 КДа) белков, в каждой молекуле может произойти только одна ионизация и образоваться два свободноради-кальных центра. Агрегация этих молекул приводит к тому, что предельное число радикалов в образце уменьшается пропорционально степени агрегации.
Б. Рекомбинационно-кинегическим методом исследована вторичная структура коллагена из кожи холоднокровных: животных. Показано нарушение вторичной структуры этого белка при высушивании и реставрация структуры при растворении при рН<3.
Практическая значимость'работы. Результаты исследования влияния таких физических факторов, как агрегация-дезагрегация, суммарный ионный заряд, перенос анергии на разные радикалы и вторичной структуры на протекание свободнорадикальных процессов в белках при УФ-об-лучении несомненно полезны в следующих областях:
при создании обшей теории процессов, протекающих в белках при действии ультрафиолетового излучения и способов зашиты белков и белковых структур;
в лабораторных исследованиях структуры и свойств различных белков и белковых образований.
- Б -
Основные положения, выносимые на защиту;
-
Скорость образования свободных радикалов при УФ-облучении ароматических аминокислот, пептидов и белков при 77 К резко возрастает, если суммарный ионный заряд молекулы после УЗЬ ионизации остается отрицательным и продолжает расти с ростом избыточного отрицательного заряда.
-
Радиус сферы аффективного переноса энергии синглетно-возбуж-денных состояний на радикалы, возникающие при ионизации остатков триптофана и тирозина, близки и составляют 2,9 и 3,2 нм соответственно.
-
Основными тушителями люминесценции в УФ-облученных белках
+ » являются такие радикалы как -три -, -три -, -тир -.
4. В истинных растворах ароматических аминокислот, пептидов и
белков с Ш<30 КДа при 77 К УФ-облучение приводит в пределе к проте
канию одной ионизации и образованию пары свободных радикалов на одну
молекулу.
Б. Вторичная структура коллагена из кожи холоднокровных животных нарушается при высушивании и восстанавливается при растворении и уменьшении рН раствора до рН<3.
Апробация работа Основные результаты диссертационной работы обсуждались на семинарах Отдела кинетики химических и биологических процессов JD8D АН СССР.
Публикация. По результатам исследований опубликовано 6 статей в отечественных журналах.