Название:Исследование влияния микроокружения на фотофизические свойства коферментов NAD(P)H, FAD и PLP методами многофотонной фемтосекундной флуоресцентной спектроскопии
Грантодатель:Гранты РНФ
Область знаний:02 - Физика и науки о космосе, 02-304 - Спектроскопия
Ключевые слова:поляризационная лазерная спектроскопия, флуоресценция, анизотропия, времена затухания флуоресценции, биомолекулы, коферменты, ферменты
Тип:исследовательский
Руководитель(и):Горбунова,ИА
Подразделения:
Код проекта:23-22-00230
В Проекте предлагается проведение экспериментальных и теоретических исследований динамики поляризационно-зависимых фотоиндуцированных процессов, происходящих в возбужденных состояниях связанных с белками коферментов NADH, NADPH, FAD и PLP при облучении фемтосекундными лазерными импульсами. Флуоресцентные методы изучения процессов, происходящих в живой клетке, занимают одно из центральных мест в арсенале современной науки. Это связано c неинвазивностью и большой информативностью лазерных методов исследования, а также с применением ультракоротких лазерных импульсов с длительностью, сравнимой и меньшей, чем характерные времена процессов, происходящих при протекании ферментативных внутриклеточных реакций в естественных физиологических условиях. При этом может быть получена детальная информация о таких важных процессах, как окислительно-восстановительные реакции, перенос протонов, генерация активных форм кислорода, фотоизомеризация, фотофрагментация и многих других. Важной частью предлагаемых исследований будет развитие нового экспериментального подхода для спектрального разделения коферментов NADH и NADPH, а также FAD и PLP, что откроет возможность для разработки альтернативного метода диагностики клеточного метаболизма. Другой частью настоящего Проекта будут детальные исследования поляризационно-зависимых фотофизических свойств коферментов NADH, NADPH, FAD и PLP в связанной с белком форме. Для интерпретации полученных экспериментальных данных будут разработаны теоретические модели, которые будут использованы для описания процессов релаксации и взаимодействия коферментов с сайтом связывания белка в возбужденном состоянии. Также в рамках Проекта будут проведены квантово-химические расчеты структуры PLP, а также расчеты структур коферментов NADH, NADPH и FAD методами молекулярной динамики, в различных растворах. В результате расчетов молекул NADH, NADPH и FAD будет получена важная информация о конформационных состояниях этих коферментов в различных условиях микроокружения, что будет иметь важное значения для описания процессов структурного преобразования коферментов в ходе окислительно-восстановительных реакций в живых клетках. В результате квантово-химических расчетов структуры PLP будет определены вероятности фотовозбуждения и флуоресценции, силы осциллятора, энергии вертикальных переходов и распределение зарядов кофермента PLP, будет проведена оценка влияния полярности окружения кофермента на эти параметры. Актуальность решаемой в рамках Проекта проблемы определяется тем, что на настоящий момент существует высокая потребность в разработке новых спектральных методов для неинвазивного исследования животных клеток, растительных клеток, а также бактерий и микроорганизмов без нарушения их жизненного цикла. Научная новизна исследований заключается в том, что предлагается проведение комплекса исследований, включающих всестороннее изучение как изотропных, так и анизотропных параметров затухания флуоресценции коферментов NADH, NADPH, FAD и PLP, связанных с различными белками, который позволит разработать методы для спектрального разделения коферментов NADH и NADPH, а также FAD и PLP. Кроме того, будут созданы теоретические модели, описывающие процессы релаксации в возбужденных состояниях этих коферментов в связанной с белком форме, что позволит с одной стороны обобщить значительную часть массива экспериментальных данных, имеющегося к настоящему моменту в мировой литературе, а с другой стороны - обнаружить и исследовать новые взаимозависимости между наблюдаемыми параметрами флуоресценции и окислительно-восстановительными реакциями в растворах белков и в живых клетках. Полученные результаты будут соответствовать мировому уровню. Эти результаты могут быть применены в различных сферах: мониторинг клеточного метаболизма, мониторинг реакций фотосинтеза в растительных клетках, анализ эффективности новых антибактериальных препаратов при их воздействии на бактериальные линии.