Помощь в учёбе, очень быстро...
Работаем вместе до победы

Исследование возможности биосовместимости фуллереновых кластеров С20 — С100 с олигопептидами с помощью сравнительного анализа их пространственной формы

Диссертация: Исследование возможности биосовместимости фуллереновых кластеров С20 — С100 с олигопептидами с помощью сравнительного анализа их пространственной формы
ДиссертацияПомощь в написанииУзнать стоимостьмоей работы

В Главе III настоящей работы проведено исследование структур фуллереновых кластеров с целью выяснения механизма уникально высокой биосовместимости углеродных материалов и подбора фуллереновых «аналогов» конкретных аминокислотных последовательностей. Для этого с помощью метода индивидуального сравнения геометрии глобулярных и фибриллярных полипептидов и углеродных структур (фуллеренов) исследовано… Читать ещё >

Содержание

  • Глава.
    • I. Обзор литературы
      • 1. 1. Углеродные соединения как высокобиосовместимые материалы в медицине и биологии
      • 1. 2. Фуллерены в качестве потенциально биосовместимых объемов исследования
  • Глава.
    • II. Методика
      • 11. 1. Демонстрация сходства пространственного строения основных элементов стрзтагур фуллеренов и биополимеров
      • 11. 2. Специфика геометрии фуллереновых изомеров как основа выбора «соответствующих» им наборов аминокислотных последовательностей
  • Глава.
    • III. Результаты и обсуждение
      • 111. 1. Сравнение значений углов, которые могут возникать при «вписывании» полипептидов в фуллереновые каркасы с зйягами «карт Рамачандрана»
      • 111. 2. Анализ аминокислотного состава бежов с точки зрения возможного сходства их пространственного строения со структурой фуллеренов на основе совпадения соответствующих углов внутреннего вращения
    • III. Потенцдальная возможность имитации боковых радикалов аминокислот молекулами фуллеренов

Исследование возможности биосовместимости фуллереновых кластеров С20 — С100 с олигопептидами с помощью сравнительного анализа их пространственной формы (реферат, курсовая, диплом, контрольная)

В конце двадцатого столетия широкое распространение во всем мире получили эндопротезы органов и тканей человека, изготовленные из материалов небиологического происхождения. Среди них особое место занимают протезы, выполненные с использованием углеродных материалов. Углеродные конструкции по своим физико-механическим характеристикам являются прекрасным дополнением к костной ткани в образующейся системе «кость-протез». Эксперименты, свидетельствующие о целесообразности применения имплантатов на основе углерода, говорят о крайне высокой биосовместимости углеродных материалов и изготовленных из них конструкций для протезирования, что ставит их во многих случаях вне конкуренции на рынке коммерческих медицинских эндопротезов.

В нашей стране московский институт НИИграфиг выпускает серию эндопротезов марки «Интост», изготовленных из углеродных материалов (керамических мелкопористых графитов, графитированной ткани и углеродной синтактической пены). Эти протезы используются в клинической практике целого ряда столичных медицинских центров — для замещения мыщелков болыпеберцовой кости, позвоночных сегментов, дефектов трубчатых костей, тазобедренного сустава, головки плюсневой кости, структур позвоночника, костей свода черепа и других органов и тканей — и функционируют в организме человека весьма длительное время (до 10 лет и более). В связи с этим необходимость в четко объясняющей феномен биосовместимости теории становится особенно актуальной. Основной задачей данного исследования было: 1) разработка методических подходов для установления и анализа соответствия белковых и углеродных структур- 2) тщательное изучение контактов между углеродными материалами и белками на разных уровнях организации и развитие физико-биологических методов их исследования и описания- 3) анализ возможности имитации хода полипептидной цепи с помощью различных форм структур углерода.

В последнее время в связи с широко развернувшимися исследованиями новой аллотропной модификации углеродафуллеренов — в мировой научной прессе появилось большое количество статей, где представлены результаты изучения процессов взаимодействия фуллеренов и их производных (в частности, аминопроизводных) и биологических структур на уровне молекул и применяются методы структурного анализа образующихся комплексов с использованием компьютерного моделирования (более подробно об этом говорится в Главе Iлитературном обзоре).

Изучение механизма биосовместимости фуллеренов (и проверка самого существования этой совместимости) представляет собой, с одной стороны, вполне логичную попытку расширить круг материалов для эндопротезирования за счет использования еще одной модификации углерода, а с другой — возможность разработать физико-биологический метод изучения биосовместимости, пригодный и для традиционных форм углерода, применяемых в эндопротезах (а возможно, и для других небиологических материалов).

Исследование биосовместимости, безусловно, требует тщательного изучения белково-углеродных контактов на молекулярном уровне путем развития физико-биологических методов их исследования и описания, на что и направлена предлагаемая нами в данной работе (Глава II) методика анализа структурных свойств биологических макромолекул и углеродных поликристаллических образований, с которыми они контактируют.

В Главе III настоящей работы проведено исследование структур фуллереновых кластеров с целью выяснения механизма уникально высокой биосовместимости углеродных материалов и подбора фуллереновых «аналогов» конкретных аминокислотных последовательностей. Для этого с помощью метода индивидуального сравнения геометрии глобулярных и фибриллярных полипептидов и углеродных структур (фуллеренов) исследовано строение 2472 кластеров изомеров фуллеренов (С2о, С24 — С52, Ceo, С70 — С8о, С84, С86, С90-С100) и построены карты двугранных углов, характеризующих расположение атомов в молекулах фуллеренов. Впервые построены гистограммы распределения остатков аминокислот с двугранными углами <р и \j карты Рамачандрана, сходными с двугранными углами фуллеренов, для 61 белка. Проведён сравнительный анализ пространственной структуры фуллерена С6о и одного из изомеров фуллерена С50 с изоструктурными им участками аминокислотных последовательностей белков. На основании анализа собственных и литературных данных предложено объяснение феномена биосовместимости на молекулярном уровне организации как явления «вписывания» фуллеренов в структуру белковых молекул вместо сходных по строению аминокислотных последовательностей. Установлена возможность имитации р-структуры и левой спирали типа полипролин II участками фуллереновых частиц. Показано, что для формирования ос-спирали необходимы специфические.

Заключение

.

Автор надеется, что рассмотренный метод исследования биосовместимости фуллеренов с различной молекулярной массой найдет применение в разнообразных приложениях, в том числе для решения проблемы разработки и целенаправленного получения высокобиосовместимых материалов для эндопротезирования, для структурно ориентированной разработки новых лекарственных средств (высокоспецифичных ингибиторов ферментных систем ит. д.) на основе углеродных соединений. Этот подход может быть применен для исследования биосовместимости с углеродом широкого класса глобулярных и фибриллярных белков, структура которых определена с высокой точностью кристаллографическим методом.

Показать весь текст

Список литературы

  1. Ю. Имплантаты на основе углерода // Современные проблемы биомеханики. Рига. 1988. Вып. 5.
  2. Отчет по научно-исследовательской работе «Изучение механизмабиосовместимости углеродных материалов» (заключительный) Тема № 20−86Ф-22б НИИграфит. Т.1, № 974.
  3. Я.А. Профилактика коррозии металлов. Рига. 1975.
  4. J. М., Ankeney J. L., Hiltner A. Material and componentfailure in prosthetic heart valves. In L. R. Ruben (Ed.). Biomaterials in Reconstructive Surgery, C. V. Mosby, St. Louis (1983), Chapter 48.
  5. A., Даусон Д., Райт В., Кошал Д. Трение всиновиальных суставах человека. Ч. 2. Искуственные суставы / Пер. с англ. // Проблемы трения и смазки. 1975. № 3. 43 48.
  6. Koyima А., Otani S., Janagisawa S. Preparation and structiffe ofcarbon implant having a fine Rahmen surface layer // Prog. Intern, symp. on carbon new processing and apphcations. Tovohashi, 1982. R1003.
  7. Г. М., Калугин В. И., Плуталова Л. А. Углеситаллыновый класс углеродных материалов. // Свойства и применение антифрикционных самосмазываюыщхся материалов. М. Мапшностроение. 1970. 107 -112.
  8. Bokros J., Akins R., Shim H. Carbon materials in medical devices //Petroleum derived carbons. Wash. 1976. P. 237−265.
  9. Benson J. Carbon implant research // SAMPE 18th Nat. symp. andexhibit. Anaheim. 1973. P. 244−267.
  10. Eatherly W. Bioceramics and carbon // Proc. 1st Nat. Biomed eng.conf. Chicago. 1975. P. 10.
  11. Experimental investigations of carbon implants//Clin. Orthop. Vol.1 1 3, № 3. R 299−300. D. Genkins G.M., Carvalho F.I. Biomedical applications of carbon fibre reinforced carbon in implanted prostheses // Carbon. 1977. Vol. 15. № 1.P. 33 -37.
  12. R. // Advanced in Chemistry. Ser. 43 — Amer. chem.soc. 1964. P. 97 — 108.
  13. Liman D. et al. // Trans. Amer. Soc. Artif. Int. Organs. 1965. V.11. P. 301. n. Zisman W. //Advances in Chemistry. Ser. 43. 1964. P. 117.
  14. R.E., Gott V .L. , Peruse A. // Froms Am. Soc. Art. tot. Org.1970. V.16.№ 2. R 50−58. 19.1mai loji // Kobunshi. 1972. № 21 P. 569. 20. hnai loji et al. // Inko Zoki. 1973. № 2. P. 95.
  15. Levine S. Materials in biomedical Engin // Ann. N. Y. Acad. Sci.1968. V. 146. P. 1.
  16. Murphy P. et al. // J. Macromol. Sci. Shem. 1970. A4. № 3.P. 561 -580.
  17. Sato H., Nita S. et al. // hiko Zoki. 1974. 3(5). P. 330." 5 2
  18. Т.Н., Nyilas E. / Trans. Amer. Soc. Artif. hit. Organs, 1976,22. P. 474.
  19. E. М. Структурная организация бежов. М., Наука, 1989.
  20. S., Wudl F., Rubin Y., Kenyon G. / Proc. Symp. recentAdv. Chem. Phys. fiiUerenes relat. Mater. Pennington. 1994. V. l P. 662−669.
  21. Hi l l C. / Proc. Symp. recent Adv. Chem. Phys. fiillerenes relat.Mater. Pennington. 1994. V. l P. 659−661.
  22. F. / /Acc. Chem. Res. 1992. V. 25. № 157.
  23. Vasella A., Uhhnann P., Waldraff C. et al. // Angew. Chem. hitem.Ed. Eng. 1992. V. 31. R 1388.
  24. Hirsch A., L i Q., Wudl F. // Angew. Chem. Mtem. Ed. Eng. 1991. V.30. P. 1309.
  25. Mehrotra v., Giannelis E., Ziolo R. et al. // Chem. Mater. 1992. V. 4. R 20.
  26. Caron C, Subramanian R., D’Souz F. et al. // J. Am. Chem. Soc.1993. V. l 15. R 8505.
  27. Tokuyama H., Yamago S., Nakamura E. et al. // J. Am. Chem. Soc.1993. V.115. R 7918.
  28. Meidine M. , Roers R., Langley G. et al. // J. Chem. Soc, Chem.Commun. 1993. P. 1342.
  29. Schneider N. , Darwish A., Kroto H. et al. // J. Chem. Soc, Chem.Commun. 1994. P. 463.
  30. L i J., Takeuchi A. , Ozawa M. et al. // J. Chem. Soc, Chem.Commun. 1993. P. 1784.
  31. A., Hirsch A. / / J. Chem. Soc, Chem. Commun. 1994. P. 335.
  32. Roy S., Sarker S. / / J. Chem. Soc, Chem. Commun. 1994. P. 275.
  33. Yamakoshi Y. , Yagami T., Fukuhara K. et al. // J. Chem. Soc, Chem. Commun. 1994. P. 517.
  34. Schinazi R., McMillan A., Juodawlkis A. et al. / Proc. Symp. recentAdv. Chem. Phys. fullerenes relat. Mater. Pennington. 1994. V. l P. 689−696.
  35. Nelson M. , Domann F., Bowden G. et al. // Toxicol. Ind. Health.1993. V. 9. P. 1.
  36. Manolopoulos D., May J., Down S. // Chem. Phys. Lett. 1991. V.181.P.105.
  37. Zhang B., Wang C, Ho K. et al. // J. Chem. Phys. V. 97. № 7. P.5007−5011.
  38. Diederich F., Whetten R., Thilgen C. et al. // Science. 1991. V. 254. R1768.
  39. Kikuchi K., NakaharaN., Wakabayashi T. et al. // Chem. Phys. Lett.1992. V. 188. R 177.
  40. П., Алиханян А. С, Спицина Н. Г., Яржемский В. Г. //Доклады Академии наук. 1993. Т. 331. № 4. 449
  41. McKenzie D. et al. // Nature. 1992. V. 355. P. 622.
  42. R., Meijer G., Bethune D. // J. Am. Chem. Soc. 1990. V .112 P. 8983
  43. Johnson R., Yannoni N. , Meijer G., Bethune D. In R. M. Fleming etal. (eds.) Videotape of Late News Session on Buckyballs, MRS, Boston. Materials Research Society Press. Pittsburgh. P A 1990.
  44. В., Роткин В. В. // Физика и техникаполупроводников. 1993. Т. 29. Вып. 9. 1409
  45. А. В., Смирнов Б. М. // Успехи физических наук. 1995.Т.165,№ 9
  46. А. Р., Льюис Ф. А. Графит и его 1фисталлическиесоединения / Пер. с англ. / М. Мир. 1965.
  47. Сох D., Reichmann К., Kaldir А. // J. Am. Chem. Soc. 1988. V. 110.P. 1588.
  48. G., Bethune D. // J. Chem. Phys. 1990. V. 93. P. 7800.
  49. W., Fostiropoulos K., Huffman D. // Chem. Phys. Lett.1990. V. 170. P. 167.
  50. David W., Ibberson R., Matthewman J. et al. // Nature (London).1991. V. 353. P. 147
  51. Dresselhaus М. S., Dresselhaus G. Eklund P. C. Science offoUerenes and carbon nanotubes. Academic Press. 1996.
  52. A. В., Смирнов Б. М. // Успехи физических наук. 1993.Т. 163. № 2. 33−60
  53. Sasisekharan. // Collagen, /ed. N. Ramanathan, New York, 1.terscience. 1962. P. 39
  54. Г. В. Структуры аминокислот. M. Наука. 1966.
  55. Ramachandran G. et al. // Biophys. J. 1966. V. 6. P. 849
  56. Ramachandran G. et al. // J. Mol. BioL, 1963, 7,95
  57. YoshidaM. andOsawaE. / /Bul l. Chem. Soc.Jpn. 1995. V. 68. P.2073−2081
  58. Wihnot C, Thornton J. // Protein Engineering. 1990. V. 3. № 6. P.
  59. Bernstein F., Koetzle T., Williams G. et al. // J. Mol. Biol. 1977. V .112. R 535−542.
  60. J., Sibanda B., Edwards M. , Barlow D. // Bioessays. 1988.V. 8. P. 63−69.
  61. Adzhubei A. A. , Eisenmenger F., Tumanyan V. G. et al. // J. Biomol.Struct. Dynam. 1987. P. 689−704. 69. lUPAC-IUB Comission on Biochemical Nomenclature // Biochemistry. 1970. V. 9. P. 3471.
  62. Ю. A. Овчинников. Биоорганическая химия. М. 1987. 110−111
  63. Friedman S., DeCamp D., Sijbesma R. // J. Am. Chem. Soc. 1993. V .115. P. 6506−6509
  64. Schinazi R., Sijbesma R., Srdanov G. et al. // Antimicrobial AgentsChemother. 1993. V. 37. P. 1707.
  65. Sijbesma R., Srdanov G., Wudl J. et al. // J. Am. Chem. Soc. 1993. V .115 P. 6510
  66. КОСГИКОВ B. И., Лопатго Ю. С, Юмашев Г. С, Лавров И. Н. // Всб. «Углеродные конструкционные материалы». Сб. № 18, М., Металлургия, 1984. 85−88.
  67. Benson J. Progress on biomedical applications of carbon. // NorthAmerican Rockwell, Roket — dyne Report. R — 7855 (1969), May 9.
  68. Bokros J.C. Carbon Biomedical Devices // Carbon, 1977,15,pp. 355 371
  69. Пат. 3 579 645 США. Перегородка сердечного клапана, имеюп1-аяплотность, равную крови/ Bokros J.- Gulf Energy and Environmental System hic- Заявл. 30.04.1969- Опубл. 25.05.1971
  70. Пат. 4 396 635 США. Углерод, карбид и композиты на их основе/Zoum P.W., Bokros J., Carbomedics and Mitral. — Заявл. 1108.1981, Опубл.11.02.1984.
  71. Пат. 3 936 887 CIUA. Протез и способ его изготовления/ ModoshМ.-Заявл. 10.12.1973- Опубл. 10.02.1976.
  72. Genkins G.M., Grigson C.J. The fabrication of artefacts out ofglassy carbon and carbon-fiber-reinforced carbon for biomedical applications // J. Biomed Materials Recearch. 1979. Vol. 13. P. 371 394.
  73. Пат. 2 415 456 Франция. Имплантат для протезов / Bentley Lab.1.c. — Заявл. 24. 01. 1979- Опубл. 28. 09. 1979.
  74. Пат. 1 571 184 Франция. Искуственный клапан / Bocros J.- GulfGeneral Atomic hi. Заявл. 28.06.1969- Опубл. 1.05.1969.
  75. Пат. 3 585 647 США. Изделие, препятствующее образованиютромбов / Gaiewski Н. М., Сгоке М. — Заявл. 25.04.1968- Опубл. 2206.1971.
  76. А. Технология и оборудование электроугольногопроизводства. — М.:Госэнергоиздат, 1958. — 273 с.
  77. Пат. 4 149 217 США. Углеродные материалы, применяемые дляпротезов мягких тканей / Tucker R .M. — Rangaire Corp. — Заявл. 26. 07. 1977- Опубл. 17.04.1979.
  78. V. «Mater. Engin.», 1975, V.81, N 3, P.16.ал
  79. Ю. и др. Углеродный материал для ИКС // Тез. докл.
  80. I науч. симпоз. «Полимерные материалы медицинскогоназначения».М., 1977. 3−4.
  81. Ю. и др. Применение комбинированныхэндопротезов на основе углерода при восстановлении опорнодвигательного аппарата // Конструкционные материалы на основе углерода. М. Металлургия, 1981.С.85−88.
  82. Моррисон Химическая физика поверхности твердого тела /Пер. с англ. — М.: Мир, 1980. — 488 с.
  83. Р. Физическая химия с приложением к биологическимсистемам / Пер. с англ. — М.: Мир, 1980. — 662 с.
  84. De Boer J.H., Van Doom A.B.C. The complex compound of graphite//Proc. Ned. Akad. Wet. 1958. Vol. 61B. P. 302 — 308.
  85. Полимеры медицинского назначения, ред. Манабу, М. Медицина, 1981.
  86. Bokros J.C., La Grange L.D., Schoen F.S. Chemistry and Physics ofCarbon, № 9, N.Y., M. Dekker, 1972, P. 103−171, il l .
  87. Углеродные волокна и углекомпозиты, под ред. Э. Фитцера /Пер. с англ. — М.: Мир, 1988, 300.
  88. М. Л., Гуревич Е. И. — Первый Всероссийский съездтравматологов и ортопедов, М., 1965.
  89. И. А. Окисленный уголь. — Киев, «Наукова думка «, 1981, 197 стр., илл.
  90. А. Н. Адсорбция и окислительные процессы //Успехихимии, 1949, т. 18, вып. 1, с. 9 — 21. 98.0садчий П.В., Сигал В. Л. и др. Электрокинетический потенциал волокнистых углеродных гемосорбентов // Коллоидный журнал, 1986, T. XIVIII, вып. 1, 180.
  91. М. М. // Успехи химии, 1955, т. 24, вып. 5, с. 513 — 526.
  92. М. Р. Электрохимия углеродных материалов, М.:Наука, 1984.
  93. Dryhurst G. Electrochemistry of Biological Molekules, N .Y. etc.-Acad. Press, 1977, P. 601.
  94. A. C. Углеграфитовые матералы. — М. Энергия, 1979.
  95. А.с. 547 424 СССР. Огнеупорный теплоизоляционныйматериал/Ю. Лопатто, Е. А. Закревский, Н. А. Новикова, А. А. Бузылева / Открытия. Изобрет. Пром. образцы. Товар, знаки. 1977. N 7. 65.
  96. Johnson D.J. The microstructure of various carbon fibres. — In: Carbon fibres, their composites and applications, London, 1971, P.5256.
Заполнить форму текущей работой

Пора сдавать?