Введение
Литературный обзор
1.1 Молекулярное взаимодействие фуллерена С60 с бычьим и человеческим сывороточными альбуминами
1.2 Экспериментальные исследования взаимодействия белков с фуллеренами в объеме растворе
1.3 Адсорбция глобулярных белков на границе раствор – воздух и возможное изменение их третичной структуры
1.4 Основные соотношения дилатационной поверхностной реологии
Экспериментальная часть
2.1 Измерение поверхностного натяжения
2.2 Измерение дилатационной динамической поверхностной упругости
2.3 Микроскопия под углом Брюстера
2.4 Эллипсометрические измерения
2.5 Атомно-силовая микроскопия
2.6 Приготовление растворов
2.7 Получение смешанных пленок фуллерена С60 и БСА
Обсуждение результатов
3.1 Проникновения БСА в нанесенную пленку фуллерена С60
3.2 Смешанные нанесенные пленки БСА и фуллерена С60
Выводы
Благодарности
Список цитированной литературы
Со времени открытия таких аллотропных модификаций углерода, как фуллерены, прошло уже более трех десятилетий. Тем не менее, фуллерены и их производные, обладающие набором уникальных свойств и связанными с ними возможностями получения новых материалов, продолжают интенсивно изучаться, поскольку их свойства представляют интерес для медицины, промышленности и некоторых других сфер деятельности.
Особенно сильный интерес вызывает возможность применения фуллеренов в биологических исследованиях и медицине. Так, например, основные медицинские применения фуллеренов и их производных заключаются в подавлении образования активных форм кислорода в клетках, в защите клеток от воздействия токсичных веществ, радиационной защите, подавлении роста опухолей и в направленной доставке лекарственных средств в живом организме. Эффективное применение фуллерена и его производных в медицине во многом зависит от их взаимодействия с клеточными мембранами. Биофизические исследования таких взаимодействий, однако, только начинают развиваться. В то же время хорошо известно, что адсорбционные и нанесенные пленки белков и липидов на водной поверхности могут использоваться для физического моделирования процессов, происходящих в клеточных мембранах. Насколько известно из литературы, несмотря на многочисленные публикации по взаимодействию фуллеренов с белками в объеме водных растворов[1-3], информация об особенностях таких взаимодействий у межфазной границы полностью отсутствует.
В литературе отмечается [1], что собранные на данный момент сведения о возможной токсичности фуллерена противоречивы. Тем самым необходимы дальнейшие исследования, прежде всего, взаимодействия фуллеренов с нанесенными пленками компонентов биомембран. Недавно было показано, что дилатационная динамическая поверхностная упругость обладает высокой чувствительностью по отношению к изменению конформации белков в поверхностном слое их водных растворов [4 - 7]. Эти результаты указывают на возможность применения методов поверхностной дилатационной реологии для исследования смешанных адсорбционных пленок белков с фуллеренами и/или их производными, в частности для оценки изменения конформации белков в поверхностном слое при их взаимодействии с фуллеренами. Отметим, что недавно эти методы позволили поучить новую информацию о структуре адсорбционных пленок производных фуллеренов, содержащих аминокислотные остатки и гидроксильные группы [8-10].
Поэтому можно предположить, что методы поверхностной упругости также позволят получить информацию о взаимодействии белков и фуллеренов в поверхностном слое. Хорошо известно, что третичная структура некоторых глобулярных белков меняется в поверхностном слое [6]. Это означает, что влияние фуллеренов и их производных на глобулярную структуру в объеме раствора и на межфазной границе может заметно отличаться. В то же время какая-либо информация о взаимодействии фуллеренов с белками на межфазной границе отсутствует.
В данной работе взаимодействия фуллеренов и белков в поверхностном слое изучаются на примере фуллерена С60 и бычьего сывороточного альбумина (БСА). Основные цели работы заключаются в определении механизма формирования смешанной пленки БСА иС60 на водной поверхности, в оценке изменения конформации БСА в этой пленке, ее структуры и свойств. Для этих целей используются методы дилатацинной поверхностной реологии, межфазная тензиометрия и эллипсометрия. Отметим, что свойства БСА и его водных растворов, в том числе поверхностные свойства, достаточно хорошо изучены, и этот белок часто используется для физического моделирования конформационных переходов глобулярных белков в различных системах [5, 6, 11-13].
1. Определены кинетические зависимости динамических поверхностных свойств водного раствора БСА с нанесенной пленкой фуллерена С60 (система 1) при различных поверхностных концентрациях фуллерена и концентрациях БСА в объеме раствора.
2. Определена макро- и микроморфология смешанных поверхностных пленок БСА и фуллерена С60.
3. Определены динамические свойства нанесенных смешанных пленок БСА и фуллерена С60 (система 2).
4. Показано, что проникновение БСА из раствора в пленку фуллерена С60 приводит к образованию сетки смешанных микроагрегатов фуллерен/белок в поверхностном слое.
5. При высоких поверхностных концентрациях фуллерена (> 0,55 нмоль/см2) кинетические зависимости динамической поверхностной упругости в системе 1 становятся немонотонными. На первой стадии адсорбция БСА и проникновение его в слой фуллерена приводит к резкому росту динамической поверхностной упругости в результате взаимодействия между компонентами в поверхностном слое. На второй стадии медленное приближение системы к равновесию приводит к образованию более рыхлой поверхностной структуры с меньшей поверхностной упругостью.
6. Показано, что при сжатии смешанной нанесенной пленки фуллерена С60 и БСА при низких поверхностных давлениях (< ~20 мН/м) свойства пленки в большей степени определяются белком, а при более высоких поверхностных давлениях - фуллереном.
7. Показано, что в отличие от смешанных нанесенных пленок фуллерен С60/амфифильный полимер динамическая упругость пленок С60/белок уменьшается при увеличении поверхностной концентрации фуллерена в области низких поверхностных давлений. Этот эффект связан со значительно более сильным взаимодействием между компонентами в последнем случае.
