Интерпретация ИК и КР спектров альбумина

Объект исследования и цель работы. Объектом данного исследования является бычий сывороточный альбумин (БСА). Цель работы - дать интерпретацию колебательных спектров водного раствора БСА в области $\sim$1700–600 см$^{-1}$. Использованные методы и подходы. Было выполнено экспериментальное измерение ИК и КР спектров БСА и проведён расчёт колебательных спектров цвиттер-ионных форм 20 аминокислот и их дипепетидов. Рассмотрено влияние ангармонизма и межмолекулярного взаимодействия (ММВ) на колебательные спектры аминокислот. Результаты. Показано, что формы колебаний боковых остатков аминокислот, образующих полипептид, не смешиваются с формами колебаний амидного фрагмента (Амид I, Амид II и Амид III), что позволяет использовать колебания боковых цепей для интерпретации колебательных ИК и КР спектров БСА. Сравнение экспериментальных и вычисленных спектров БСА показало, что каждая экспериментальная полоса поглощения альбумина является суперпозицией нескольких полос поглощения боковых остатков аминокислот, а влияние ММВ между аминокислотными остатками и молекулами воды приводит к смещению максимума и изменению интенсивности полос поглощения, отвечающих колебаниям Амид I, Амид II и Амид III. Вычисленные энергии и частоты колебаний связей, участвующих в образовании ММВ разных типов, меняются в достаточно широких пределах. Если при образовании водородной связи между двумя дипептидами глицил-глицина наблюдается понижение частоты валентного колебания связи С=О и усиление интенсивности как полосы поглощения, так и линии КР, то для валентных и деформационных колебаний полярных групп $COО^-$ и $N^+H^3$ в случае ион-ионных и ион-дипольных ММВ наблюдается смещение частот, которое составляет $\sim$5–80 см$^{-1}$, а интенсивность меняется в 3–10 раз. Было показано, что перекрывание полос поглощения аминокислотных остатков с полосой поглощения Амид I делает её очень чувствительной к структурным изменениям, в том числе и проявлению ММВ, вследствие чего смещение частоты и интенсивности полосы поглощения Амид I позволяет определять конформационные изменения белка. Анализ интенсивностей ИК и КР аминокислотных остатков в области $\sim$1540 см$^{-1}$ показал, что ММВ приводит к более существенному изменению интенсивности полосы поглощения Амид II в ИК спектре по сравнению со спектром КР. В области колебания Амид III проявляются деформационные $\delta$(ОН) и $\delta$(NH) колебания боковых цепей ряда аминокислот, участвующих в образовании ММВ, в результате чего могут смещаться значения соответствующих частот деформационных колебаний Амид III. В экспериментальном ИК спектре БСА в области $\sim$660 см$^{-1}$ проявляется широкая полоса поглощения средней интенсивности. Согласно выполненному расчёту в данном спектральном интервале проявляются деформационные колебания угла $\delta$(OCO$^{-}$) аминокислотных остатков Glu и Asp, участие которых в ММВ с другими аминокислотными остатками и молекулами воды приводит к смещению частоты колебания данного деформационного колебания и уширению соответствующей полосы поглощения. Таким образом, детальный анализ и интерпретация колебательных ИК и КР спектров БСА позволили выявить и подробно рассмотреть одну из основных причин, приводящих к смещению частот и изменению интенсивности Амид I, Амид II и Амид III, - это образование различных ММВ между аминокислотами и между аминокислотами и молекулами растворителя. Выполненная интерпретация колебательных спектров цвиттерионных форм 20 стандартных аминокислот в различных спектральных интервалах позволяет использовать её не только для определения конформационных изменений белков, но и диагностики взаимодействия с другими молекулярными соединениями, приводящими, например, к образованию комплексов.