КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ

Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.

 

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

---

Номер проекта 22-24-01179

НазваниеИсследование состояния и фазовых переходов фотосинтетических мембран и белковых молекул по изменению сжимаемости и поглощения ультразвука с помощью ультразвукового спектрометра фиксированной длины

Руководитель Яныкин Денис Валерьевич, Кандидат биологических наук

Организация финансирования, регион Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Федеральный исследовательский центр "Институт общей физики им. А.М. Прохорова Российской академии наук" , г Москва

Конкурс №64 - Конкурс 2021 года «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований малыми отдельными научными группами»

Область знания, основной код классификатора 04 - Биология и науки о жизни; 04-204 - Биофизика

Ключевые слова Ультразвук, фазовые состояния, фазовые переходы, фотоситез, фотосистема 2, фотосинтетическое окисление воды, водоокисляющий комплекс

Код ГРНТИ34.31.05

---

 

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

---

Аннотация
Одной из наиболее важных характеристик биологических мембран является их фазовое состояние, в том числе состояние белковых молекул, интегрированных в мембраны. Известно, что липиды, основные структурные компоненты биологических мембран, могут находиться в двух фазовых состояниях – жидком (жидкий кристалл) и твердом (гель). Точка фазового перехода зависит от многих факторов: структуры и упаковки липидных молекул, гидростатического давления, концентрации солей и так далее. Фазовые переходы липидных мембран лежат в основе важных биологических процессов: слияния клеток, осмоса, транспорта веществ и др. Белки также могут существовать в нескольких термодинамически устойчивых состояниях, например, нативное, развернутое клубкоподобное и компактное состояние расплавленной глобулы с потерей уникальной упаковки боковых цепей (последние два относят к денатурированным состояниям). Переходы этих состояний в белках тоже напоминают фазовые – при плавном изменении условий (температуры, рН или ионной силы) наблюдаются резкие изменения структуры белковой молекулы, причиной чего также является большое количество слабых взаимодействий, определяющих третичную структуру. Данный проект посвящён изучению состояния и термо-/фото-/рН-индуцированных изменений точек фазовых переходов липидных и белковых компонентов препаратов, выделенных из фотосинтетических мембран на примере препаратов фотосистемы 2 (ФС2) (одного из важнейших и наиболее чувствительных к стрессовым факторам участков фотосинтетической электрон-транспортной цепи) различного структурно-функционального уровня. Основным методом исследования состояния и фазовых переходов данных препаратов предполагается регистрация изменения сжимаемости и поглощения ультразвука с помощью ранее разработанного членами коллектива [Асташев с соавт., 2014] ультразвукового спектрометра фиксированной длины, измерительная схема которого базируется на методах цифрового анализа гармонических сигналов. В рамках выполнения работ спектрометр будет адаптирован под потребности предполагаемых экспериментов и свойства образцов. Исследования будут проводиться на препаратах фотосистемы 2 различного структурно-функционального уровня (мембранные фрагменты, насыщенные ФС2 (BBY-частицы), «ядерные» комплексы ФС2, D1/D2/cyt b559 реакционные центры и т.д.), а также на изолированных белках водоокисляющего комплекса ФС2. Будет исследовано влияние поэтапного удаления (и последующего связывания) этих белков, а также фотоформирования энзиматического неорганического ядра ВОК (имеющего структуру Mn4CaO5) на фазовые переходы липидных и белковых компонентов. Будет также проведено исследование физико-химических и биохимических характеристик липидов и белков этих препаратов при воздействии стрессовых факторов: высокой и низкой температуры, освещения высокой интенсивности, изменения рН, концентрации солей и осмолитов с целью выяснения свойств, предположительно необходимых для их функционирования в составе фотосистемы 2. Таким образом, предполагаемые исследования можно условно разделить на два блока: (a) адаптация установки, имеющей в своём составе ультразвуковой спектрометр, для проведения экспериментов с фотосинтетическими образцами и (б) исследование свойств фотосинтетических мембран с помощью предложенного и классических методов. Планируемые исследования представляют как фундаментальный, так и практический интерес для понимания механизмов фотосинтеза, процессов лежащих в основе повреждения и восстановления фотосинтетического аппарата в результате действия на него повреждающих факторов. В ходе выполнения проекта будет модернизирована и впервые применена на фотосинтетических образцах установка, имеющая в своём составе цифровой компьютерный ультразвуковой спектрометр фиксированной длины и получены новые данные о процессах, происходящих в фотосинтетических мембранах. Полученные результаты могут быть использованы для разработки теоретических основ конструирования искусственных молекулярных преобразователей энергии, основанных на принципах природного фотосинтеза.

---

 

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

---