Исследования низкочастотной динамики биополимеров в окрестности тепловой денатурации

Abstract

Phase transformations of DNA, proteins, and other biopolymers have been intensively investigated in the last decade. One of the least studied problems is how the vibrational spectrum of a macromolecule behaves when its spatial structure changes, or, in other words, the macromolecular dynamics during a phase transformation. By using Brillouin scattering, we tried to analyze the behavior of the velocity of sound in biopolymers. Our experience in studies of structural phase transitions in crystals was invoked. This allowed us to come closer to the understanding of the relationship between dynamics and structure. Test objects were solutions of proteins, such as lysozyme and BSA in a sodium phosphate buffer (pH = 7.5). Temperature in the experiment was varied from 290 to 363 K, which allowed us to observe phase transformations at thermal denaturation and solution-gel transitions of proteins. To analyze the scattered light, a 3-pass piezo-scanned Fabry-Perot interferometer with a free spectral interval of about 22 GHz was used, the 180-degree scattering geometry was employed. A source of exciting light was an argon laser with wavelength 488 nm. Anomalies of temperature dependences of the shift, intensities and half-width at half-maximum of Brillouin doublets, and intensities of elastic scattering components were obtained. The results are discussed in terms of contemporary approach of condensed matter physics

Фазовые превращения ДНК, белков и других биополимеров интенсивно исследовались в последнее десятилетие. Одной из наименее изученных проблем является то, как колебательный спектр макромолекулы ведет себя при изменении её пространственной структуры или, другими словами, молекулярная динамика в процессе фазового превращения. Используя метод мандельштам-бриллюэновского (МБ) рассеяние света, мы попытались проанализировать поведение скорости звука в биополимерах. Мы использовали наш опыт в изучении структурных фазовых переходов в кристаллах. Это позволило нам приблизиться к пониманию взаимосвязи между динамикой и структурой. Объектами исследований были выбраны растворы белков, такие как лизоцим и БСА в натрий-фосфатном буфере (рН = 7,5). Температура в эксперименте варьировалась от 290 до 363 K, что позволило нам наблюдать фазовые превращения, такие как термическая денатурация и золь-гель переходов для белков. Для анализа рассеянного света, использовали 3-х проходного пьезо-сканирующий интерферометр Фабри-Перо со свободным спектральным интервалом 22 ГГц, использовалась 180-градусная геометрии рассеяния. Источником возбуждающего света был аргоновый лазер с длинной волны 488 нм. Были получены аномалии температурных зависимостей сдвига, интенсивности и полуширины на полувысоте дублета МБ рассеяния и интенсивностей упругих компонент рассеяния. Полученные результаты обсуждаются в рамках современных представлений физики конденсированного состояния.