Анотація до роботи:

Доманов Є.О. Індуктивно-резонансний перенос енергії в мембранних системах. – Рукопис. Дис... канд. фіз.-мат. наук: 03.00.02 – біофізика. – Харківський національний університет ім. В.Н. Каразіна, м. Харків, 2004.

Робота поєднує теоретичні та експериментальні дослідження індуктивно-резонансного переносу енергії (ІРПЕ) в модельних ліпідних і білково-ліпідних мембранах. Акцент зроблено на розвитку і застосуванні ІРПЕ як кількісного методу досліджень. В теоретичній частині на основі формалізму переносу енергії в площині побудовано систему моделей ІРПЕ для опису найбільш важливих ситуацій, що зустрічаються у біофізичних дослідженнях мембран; кількісно описано і промодельовано вплив орієнтаційних ефектів на ефективність переносу енергії в мембранах. Розроблена методологія вимірювання і аналізу багатовимірних масивів даних ІРПЕ в мембранах, що забезпечує отримання найбільш повної і статистично достовірної структурної інформації за даними стаціонарної флуоресцентної спектроскопії. Розроблені математичні моделі та методичні підходи застосовано для отримання кількісної інформації про структуру комплексів цитохрому с і гемоглобіну з модельними фосфоліпідними мембранами і для дослідження молекулярних механізмів їх утворення.

У дисертаційній роботі наведене нове вирішення важливої задачі біофізики мембран – встановлення молекулярної організації білок-ліпідних комплексів. Вперше методом індуктивно-резонансного переносу енергії охарактеризовано структурні особливості комплексів цитохрому с і гемоглобіну з фосфоліпідами. Запропоновані в роботі моделі та методичні підходи дозволять отримати нову кількісну інформацію про структуру як модельних, так і природних мембран.

1. Розроблено універсальну систему моделей індуктивно-резонансного переносу енергії для опису різних випадків розподілу донорних і акцепторних хромофорів у мембранних системах; зокрема, вперше побудовано моделі ІРПЕ для випадку об’ємного розподілу донорів всередині мембрани та на основі даних моделювання продемонстрована можливість визначення вимірності розподілу донорів та/або акцепторів у мембрані.

2. Проведено математичне моделювання переносу енергії при різноманітних можливих варіантах орієнтаційних розподілів донорів і акцепторів; отримані помилки оцінювання локалізації хромофорів у ліпідному бішарі, що мають місце, коли орієнтаційні ефекти в мембрані не враховуються; вперше показано, що ефекти невизначеності орієнтаційної поведінки хромофорів у мембрані є значно слабкішими, ніж у випадку внутрішньомолекулярного переносу енергії.

3. На основі розгляду особливостей ІРПЕ у мембранах, зокрема, орієнтаційних ефектів, запропоновано ряд рекомендацій щодо підбору оптимальних донорно-акцепторних пар, які забезпечуватимуть отримання найбільш точної і надійної структурної інформації у флуоресцентних дослідженнях мембранних систем.

4. Запропонована методологія та комплекс комп’ютерних програм для обробки багатовимірних масивів даних ІРПЕ в мембранах. З використанням чисельного моделювання та аналізу взаємної кореляції параметрів показано, що така методологія отримання та аналізу даних дозволяє оцінювати одночасно як параметри зв’язування акцептора з мембраною, так і відстань від площини акцепторів до центра бішару. Таким чином, можна отримувати оцінки цих параметрів з високою точністю і статистичною достовірністю, використовуючи лише дані стаціонарної флуоресцентної спектроскопії.

5. За допомогою методу ІРПЕ визначено положення гемової групи цитохрому с відносно центра ліпідного бішару, а також параметри зв’язування білку з ліпідами в рамках різних формалізмів адсорбції.

6. Проаналізовано залежність ефективності взаємодії цитохрому с з модельними мембранами та структури білок-ліпідних комплексів від вмісту аніонного ліпіду кардіоліпіну, а також від іонної сили середовища. Вперше методом флуоресцентної спектроскопії виявлено занурення цитохрому с вглиб зарядженого бішару при підвищенні поверхневої концентрації білку за умов низької іонної сили.

7. Проведено кількісний аналіз комплексоутворення гемоглобіну з фосфоліпідними мембранами. Вперше методом ІРПЕ отримані докази на користь існування двох типів комплексів гемоглобіну з ліпідним бішаром. Проведена оцінка ефективних рівноважних і кінетичних параметрів комплексоутворення.

Публікації автора:

1. Domanov Ye.A., Gorbenko G.P. Resonance energy transfer in membrane systems. I. Bulk donor distribution // Вісник ХДУ №528, Біофізичний вісник.- 2001, № 9(2), С.71-75.

3. Gorbenko G.P., Domanov Ye.A. Resonance energy transfer in membrane systems. II. Effect of surface curvature // Вісник ХДУ №560, Біофізичний вісник.- 2002, № 10(1), С.50-53.

5. Gamolina O.V., Gorbenko G.P., Domanov Ye.A. Fluorescence quenching study of ribonuclease A complexes with model phospholipid membranes // Вісник ХДУ №560, Біофізичний вісник.- 2002, № 10(1), С.124-126.

7. Domanov Ye.A. Resonance energy transfer in membrane systems. III. Planar acceptor distribution in two monolayers // Вісник ХДУ №593, Біофізичний вісник.- 2003, № 12(1), С.86-88.

8. Domanov Ye.A., Gorbenko G.P., Gamolina O.V. Fluorescence quenching in protein-lipid systems: contribution of diffusion-controlled factors // Вісник ХДУ №593, Біофізичний вісник.- 2003, № 12(1), С. 117-119.

10. Доманов Е.А., Горбенко Г.П., Дюбко Т.С. Влияние криопротекторов и низких температур на структурное состояние модельных фосфолипидных мембран // Проблемы криобиологии.- 2001.- № 3.- С.26-27.

11. Горбенко Г.П., Доманов Е.А. Термодинамические аспекты образования белок-липидных комплексов // Труды XIV Междунар. конф. по химической термодинамике.- Санкт-Петербург.- 2002.- с.219.

12. Domanov Ye.A., Gorbenko G.P. Methemoglobin effect on structural state of model membranes // Тези доп. VIII З’їзду Українського біохімічного товариства.- Чернівці.- 2002.- С.27.

13. Domanov Ye.A., Gorbenko G.P. Cytochrome c disposition in lipid model membranes as revealed by resonance energy transfer // Тези доп. III З’їзду Українського біофізичного товариства.- Львів.- 2002.- С.45.

14. Доманов Е.А., Горбенко Г.П. Индуктивно-резонансный перенос энергии в модельных белок-липидных системах // Труды Междунар. конф. “Молекулярные, мембранные и клеточные основы функционирования биологических систем”.- Минск.- 2002.- С.67.

15. Domanov Ye.A., Gorbenko G.P., Gamolina O.V. Dynamic fluorescence quenching in model membranes: role of diffusion-controlled effects // Тези доп. Другої харківської конф. молодих вчених і науковців “Радіофізика та НВЧ електроніка”.- Харків.- 2002.- С.12.

16. Domanov Ye.A., Gorbenko G.P., Global analysis of steady-state energy transfer measurements in membranes: resolution of structural and binding parameters // Proc. of the 8^th Conference on Methods and Applications of Fluorescence: Spectroscopy, Imaging and Probes.- Prague.- 2003.- P.82.

17. Domanov Ye.A., Gorbenko G.P. Contribution of orientational effects to the efficiency of nonradiative energy transfer in membrane systems, Праці XVI Міжнародної школи-семінару “Спектроскопія молекул і кристалів”.- Севастополь.- 2003.- С.290.

18. Domanov Ye.A., Gorbenko G.P. FRET reveals concentration-dependent changes of cytochrome c location in phospholipid membranes al low ionic strength // Proc. of the 5^th International Conference on Biological Physics.- Gteborg.- 2004.- P.113.

19. Domanov Ye.A., Gorbenko G.P. Resonance energy transfer and light scattering studies of glucose oxidase interaction with liposomes // Тези доп. Першої української наукової конференції “Проблеми Біологічної і медичної фізики”.- Харків.- 2004.- С.115.