Μελέτη κολλαγόνου με φασματοσκοπία Raman υπό πίεση
Creators: name: Ράντη, Αννα Ιωάνννη
Publisher: name: Aristotle University of Thessaloniki
Year: 2012
Subjects: Κολλαγόνο
Raman
Πίεση
Collagen
Pressure

description: Αντικείμενο της παρούσας μελέτης ήταν o χημικός και δομικός χαρακτηρισμός του κολλαγόνου Τύπου Ι από αχίλλειο τένοντα βοός χρησιμοποιώντας φασματοσκοπία Raman υπό πίεση. Αναλυτικότερα κατεγράφησαν φάσματα Raman κολλαγόνου αρχικά σε ατμοσφαιρική πίεση και έπειτα σε συνθήκες υψηλής πίεσης (έως 4,2 GPa). Το κολλαγόνο αποτελεί βασική δομική πρωτεΐνη των ζωντανών οργανισμών και περίπου το 25% την συνολικής πρωτεΐνης που απαντάται στο σώμα. Η μελέτη της συμπεριφοράς του σε συνθήκες υψηλής πίεσης παρέχει πληροφορίες για τις μηχανικές του ιδιότητες σε μοριακό επίπεδο. Στο πρώτο Κεφάλαιο της διατριβής παρουσιάζεται, η δομή των πρωτεϊνών, όπως και βασικά στοιχεία για τη βιοσύνθεση και σύνθεση των ινιδίων του κολλαγόνου. Ακόμη περιγράφεται η αρχή λειτουργίας και η οργανολογία της φασματοσκοπίας Raman και γίνεται μια βιβλιογραφική επισκόπηση της μελέτης πρωτεϊνών, βιομορίων και κολλαγόνου τύπου Ι με φασματοσκοπία Raman. Το δεύτερο Κεφάλαιο σχετίζεται με την αναλυτική περιγραφή της πειραματικής ανάλυσης των φασμάτων Raman που καταγράφηκαν στο εργαστήριο. Τα φάσματα Raman λήφθηκαν σε γεωμετρία οπισθοσκέδασης, χρησιμοποιώντας την πράσινη γραμμή του λέιζερ Ar+ στα 514 nm, έναν CCD ανιχνευτή ψυχώμενο με υγρό άζωτο καθώς και μια κυψελίδα υψηλών πιέσεων άκμονος διαμαντιού. Η ισχύς της δέσμης στο δείγμα ήταν περίπου 20 mW ενώ εστιάστηκε με την βοήθεια μικροσκοπίου με αντικειμενικό φακό μεγέθυνσης x100. Η ισχύς της δέσμης όταν το δείγμα βρισκόταν μέσα στην κυψελίδα υψηλών πιέσεων ήταν 3 mW, ενώ ως υδροστατικό μέσο για τη μετάδοση της πίεσης χρησιμοποιήθηκε το Fluorinert FC70/FC77. Ακόμη περιγράφεται η διαδικασία επεξεργασίας των φασμάτων. Στο τρίτο Κεφάλαιο παρατίθενται τα αποτελέσματα και η συζήτηση των φασμάτων Raman του κολλαγόνου τύπου Ι που καταγράφηκαν τόσο σε ατμοσφαιρική πίεση αλλά και σε συνθήκες υψηλής πίεσης. Επιπλέον η ταυτοποίηση των κορυφών πραγματοποιήθηκε με δεδομένα από την βιβλιογραφία. Τέλος παρουσιάζονται τα διαγράμματα συχνοτήτων Raman των θέσεων των κορυφών συναρτήσει της πίεσης. Τόσο οι τρόποι παραμόρφωσης (δηλαδή κάμψης, κλυδωνισμού, ψαλιδισμού) όσο και οι τρόποι έκτασης των δεσμών C—H εμφανίζουν σχεδόν γραμμική εξάρτηση με την πίεση με μέση κλίση περίπου 3 cm-1/GPa για τους τρόπους παραμόρφωσης και περίπου 10 cm-1/GPa για τους τρόπους έκτασης. Οι εκτατικοί τρόποι δόνησης του δεσμού C=Ο που αναφέρονται ως αμίδιο Ι εμφανίζουν θετική κλίση με την πίεση έως την πίεση των ~2,5 GPa ενώ από αυτή την τιμή και πάνω δεν παρατηρείται σημαντική εξάρτηση της θέσης τους με την πίεση μέσα στα όρια του πειραματικού σφάλματος. θα πρέπει να σημειωθεί ότι ο τρόπος δόνησης του αμιδίου παρέχει πληροφορίες για τον κορμό της πρωτεΐνης σε αντίθεση με τους δεσμούς C—H που αποτελούν περιφερειακούς δεσμούς της πρωτεΐνης.
description: The subject of the present study was the chemical and structural characterization of collagen type I from bovine achilles tendon using Raman spectroscopy under pressure. The Raman spectrum of collagen was collected at atmospheric pressure and under pressure up to the value of 4,2 GPa using a diamond anvil cell. Collagen is a fundamental structural protein. About 25% of the protein content of the human body consists of collagen. The study of the behavior of collagen under high pressure provides information on its mechanical properties at a molecular level. In the first chapter of this Master Thesis the basic terms, the structure of proteins, like the biosynthesis and synthesis of collagen are explained. In addition, a general description of the theory and instrumentation of Raman spectroscopy and correlation with other spectroscopy cases applied to biological molecules such as proteins, biomolecules, and collagen type I are mentioned. The second chapter is related to the detailed description of the experimental analysis of Raman spectra obtained in the laboratory at atmospheric pressure and under pressure conditions using diamond anvil cell. The Raman spectra were acquired using the 514 nm line from Ar+ laser as excitation source. The laser beam focused onto the sample using a microscope objective with magnification of x100. The backscattered light was dispersed with a triple spectrometer equipped with a liquid-nitrogen-cooled charge-coupled device (CCD). The power of the beam in the diamond anvil cell was approximately 3mW on the sample in order to avoid sample destruction. For the hydrostatic transmission of the pressure a Fluorinent FC70/FC77 mixture was used. In the same chapter the procedure of the spectra processing is described. In the third chapter the spectra of collagen I that recorded under ambient conditions as well as under hydrostatic pressure are presented along with the analysis results and the corresponding conclusions. The various Raman peaks of type I collagen that were determined by means of fitting were assigned to vibrational modes according to results published in the literature. The effect of pressure on the amide I and C—H vibrational modes are also presented in the third chapter. The deformation vibrational modes (i.e. bending, rocking, scissoring) as well as the stretching modes appear to shift towards higher wavenumbers with the pressure exhibiting an almost linear dependence with a slope of about 3 cm-1/GPa for the former and 10 cm-1/GPa for the later. The stretching modes of the C=Ο that belong to the peptide bond, which is referred as amide I, appear to have a positive slope with the pressure up to ~2,5 GPa while for higher pressure values they appear to be constant within the experimental error. It should be mentioned that the amide vibrational modes provide information on the conformation of the protein backbone contrary to the C-H bonds which belong to side chains.
description: Σε συνεργασία με το Ινστιτούτο Τεχνολογίας Γκρενόμπλ (Γαλλία), το ΕΚΕΦΕ Δημόκριτος, και το CNRS (Centre National de la Researche Scientifique, Γαλλία)