Бионаногибридные структуры на основе фоточувствительных мембранных белков - аналогов родопсинов животных тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 03.01.04, кандидат наук Соловьева, Дарья Олеговна

• Соловьева, Дарья Олеговна
• кандидат наук
• 2017

Оглавление диссертации кандидат наук Соловьева, Дарья Олеговна

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

1.1 Системы на основе фрагментов пурпурных мембран и фоточувствительных

мембранных белков - родопсинов

1.1.1 Структурно-функциональные особенности бактериальных и зрительных родопсинов

1.1.2. Монослои и пленки Ленгмюра-Блоджетт и Ленгмюра-Шефера

1.1.3. Пурпурные мембраны, адсорбированные на черных липидных мембранах и липидных бислоях других типов

1.1.4. Самоассоциация и послойная сборка пурпурных мембран

1.1.5. Электрофоретическое осаждение и седиментация пурпурных мембран

1.2. Гибридные нано-биоматериалы на основе пурпурных мембран

ГЛАВА 2. МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ

2.1. ПМ, суспензии с КТ и пленочные структуры

2.2 Получение золя А§НЧ

2.3 Контроль геометрических параметров нанообъектов

2.4 Запись спектров КР и ГКР

2.5 Флеш-фотолиз

ГЛАВА 3. РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ

3.1. Взаимодействие пурпурных мембран с различными электродами и проводящим полимером в фотовольтаической ячейке

3.2. Взаимодействие пурпурных мембран с квантовыми точками на границе раздела фаз

3.3. Влияние металлических наночастиц на свойства бактериородопсина: исследования методами комбинационного и гигантского комбинационного рассеяния

3.3.1 Влияние модулирующего синего облучения на систему Л§НЧ-ПМ

3.3.2 Свето- и темно-адаптированные формы бактериородопсина в системе Л§НЧ-ПМ

3.3.3 Изменение кинетики фотоцикла бактериородопсина, индуцированное AgНЧ

3.4. Влияние наночастиц Л§ на свойства белка БР-096№ исследования методами комбинационного и гигантского комбинационного рассеяния

3.4.1 Исследование белка БР-Э96К методом комбинационного рассеяния

3.4.2 Влияние модулирующего синего облучения на систему Л§НЧ-096К

3.4.3 Роль свето-адаптированного состояния БР-D96N в фотоцикле белка

3.4.4 Изменение кинетики фотоцикла белкаБР-096К, индуцированное AgНЧ

УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ И СОКРАЩЕНИЯ БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

94

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Бионаногибридные структуры на основе фоточувствительных мембранных белков - аналогов родопсинов животных»

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность. Создание и структурно-функциональное исследование супрамолекулярных систем на основе фоточувствительных мембранных белков и наноструктур является перспективной и активно развиваемой задачей современной биохимии, биотехнологии и физико-химической биологии [11, 63, 71, 96]. В частности, необходимо отметить хорошо известный фоточувствительный белок бактериородопсин (БР), содержащийся в пурпурных мембранах (ПМ) галофильных бактерий На1оЬа^егшт salinarum и является аналогом зрительных родопсинов животных. Наличие хромоформной части -ретиналя в комплексе с белком опсином позволяет использовать энергию света для активного перемещения протона через мембрану в результате фотоцикла БР. Для увеличения эффективности передачи световой энергии на белок могут использоваться различные наночастицы типа полупроводниковых квантовых точек (КТ) или металлических наночастиц. Формирование гибридных наноструктур на основе БР (ПМ) с наночастицами или позволяет создавать новые нано-биоматериалы с заданными свойствами для биохимии, биотехнослогии, сенсорики и фотоники. Однако влияние разных типов наночастиц на биологические наноструктуры типа БР до сих пор описаны не полностью. Разработка гибридных наноструктур требует модификации свойств белка, которая позволяет управлять и оптимизировать эффекты взаимодействия БР с наночастицами, наноструктурированными и полупроводниковыми средами. Детальное исследование эффеков взаимодействия белка с неорганическими структурами позволит направленно конструировать бионаногибридные системы.

Цель работы: комплексное исследование фоточувствительных мембранных белков - аналогов родопсинов животных - и создание на их основе бионаногибридных структур с заданными свойствами.

Исходя из этой цели, были поставлены следующие задачи:

1. Сравнить свойства фоточувствительных мембранных белков бактериородопсина и БР-096К в различных условиях среды.

2. Создать фотовольтаический элемент на основе ориентированного слоя БР и исследовать влияние проводящего полимера и нескольких типов электродов на свойства БР.

3. Оценить влияние солюбилизированных полупроводниковых квантовых точек на фотоцикл БР в суспензии и ориентированной бионаногибридной структуре.

4. Определить характеристики фотоциклов белков БР и БР-Э96К при взаимодействии с наночастицами серебра.

Научная новизна. Найдены эффекты влияния квантовых точек на фотоцикл БР в суспензии, охарактеризованы скорости образования и распада основного интермедиата фотоцикла БР - М-формы. Определена возможность регулирования параметров фотоцикла БР, предложена схема указанных биохимических и биофизических процессов. Впервые получены ориентированные пленки ПМ с квантовыми точками характеризующиеся увеличением скорости образования и распада М-формы - основного интермедиата фотоцикла БР. Исследовано взаимодействие металлических наночастиц с мембранами на примере воздействия серебряных наночастиц (AgНЧ) на пурпурные мембраны. Обнаружено, что ПМ подавляют коагуляцию серебряного золя, необходимую для формирования активных областей гигантского комбинационного рассеяния (ГКР). Впервые показано, что воздействие AgНЧ подавляет фотоцикл БР в ГКР-активных областях связывания с AgНЧ. В областях слабого воздействия AgНЧ на БР происходит ускорение фотоцикла и ускорения распада М-формы. Также исследовано влияние AgНЧ на мутантную форму бактериородопсинаБР-096К и показано, что процесс распада М-формы замедляется.

Теоретическая и практическая значимость полученных результатов.

Разработана модель позволяющая оценить эффекты влияния наночастиц на биологические структуры и использовать для создания бионаногибридных структур, которые обладают оптимизированными управляемыми характеристиками. В частности, возможность регулирования фотоцикла бактериородопсина за счет различных неорганических структур дает возможность

направленно конструировать наногибридные системы, например наносенсоры. Гибридные наноэлементы обеспечат "наноразрешение" для применения в биомолекулярной электронике, оптическом переключении и фотовольтаике за счет преимуществ их размера, эффективности свето- и электро-контролируемых функций, надежной структуры, стабильности и низкой стоимости производства.

Результаты работы внедрены в учебный процесс ФГБОУ ВО МГАВМиБ-МВА им. К.И. Скрябина для обучения бакалавров и магистров по дисциплинам «Избранные главы биохимии», «Супрамолекулярные биохимические системы в биологии мембран». Часть работ данной диссертации проводили в течение выполнения гос. контракта № 11.G34.31.0050 в рамках Государственной поддержки научных исследований, проводимых под руководством ведущих ученых в российских образовательных учреждениях высшего профессионального образования.

Основные положения, выносимые на защиту:

1. Свойства фоточувствительных мембранных белков бактериородопсина и БР-096К закономерно изменяются в зависимости от условий среды.

2. Параметры фотовольтаического элемента на основе ориентированного слоя БР; влияние полимера и электродов на свойства элемента.

3. Влияние солюбилизированных полупроводниковых квантовых точек на фотоцикл БР в суспензии и ориентированной бионаногибридной структуре.

4. Характеристики фотоциклов белков БР и БР-096К при взаимодействии с наночастицами серебра.

Методология и методы проведенных исследований.

В ходе выполнения исследования применялись методы и подходы, хорошо зарекомендовавшие себя в ходе предыдущих работ по созданию и исследованию гиборидных наноструктур. Основные примененные методы: сканирующая зондовая микроскопия, в частности атомно-силовая микроскопия в контактной моде, комбинационное и гигантское комбинационное рассеяние, динамическое рассеяние света, абсорбционная спектроскопия, флуоресцентная спектроскопия, электрофоретическая седиментация, инфракрасная спектроскопия, флеш-фотолиз

на импульсном однолучевом дифференциальном спектрофотометре с двойной монохроматизацией измеряющего света. Полученные данные обработаны -на ПК по стандартным методикам с помощью программ глобального фитирования, Origin, GRAMS, математические методы обработки статистических данных.

Личный вклад соискателя. Все этапы работы, включая разработку методик, проведение экспериментов, обработку и анализ полученных результатов были проведены лично автором или при его непосредственном участии.

Степень достоверности и апробация работы.

Достоверность полученных результатов обусловлена тем, что: а) весь объем экспериментальной работы выполнен на сертифицированном оборудовании, была показана воспроизводимость научных результатов (каждое измерение выполнено не менее 3 раз); б) результаты, полученные автором, согласуются с литературными данными и данными, представленными в независимых источниках по данной тематике; в) экспериментальные данные обработаны с применением современных компьютерных программ.

Основные материалы диссертации были доложены и обсуждены на: международном семинаре «Nano-Bio Hybrid Materials with Photovoltaic and Energy Transfer Properties» (Реймс, Франция, 2012); 9 международном симпозиуме аспирантов «Horizons in Molecular Biology» (Геттинген, Германия, 2012); третьем международном симпозиуме «Molecular Photonics» (Санкт-Петербург, Россия, 2012); третьем Российско-Греческом симпозиуме Bionanotox-2012 «Biomaterials and bionanomaterials: recent problems and safety issues» (Греция, 2012); шестой международной конференции по синтетической биологии «SB6.0: The Sixth International Meeting on Synthetic Biology» (Лондон, Великобритания, 2013); международном мастер-классе «Laser Physics» (Прага, Чехия, 2013); международной конференции SPIE Nanophotonics V (Брюссель, Бельгия, 2014); международной конференции «Science of the Future» (Санкт-Петербург, Россия, 2014); 1-ой Международной Школе-конференции «Saint-Petersburg OPEN 2014» (Санкт-Петербург, Россия, 2014); Международной научной конференции по биоорганической химии, биотехнологии и бионанотехнологии, посвященной 55-

летию Института биоорганической химии им. академиков Ю.А.Овчинникова и М.М.Шемякина РАН и 80-летию со дня рождения академика Ю.А.Овчинникова (Москва, Россия, 2014); международной конференции «Nanomeeting 2015» (Минск, Беларусь, 2015); международной конференции «Advances in Functional Materials Conference 2015» (Stony Brook University, США, 2015).

Опубликованные результаты. По теме диссертации опубликовано 15 печатные работы: 13 статей (в том числе 12 - в изданиях, рекомендованных ВАК РФ), 18 тезисов докладов.

Структура и объем диссертации. Материалы диссертации изложены на 106 страницах машинописного текста, в том числе включают: 42 рисункав, 3 таблицы. Диссертация состоит из разделов: введение, обзор литературы, материалы и методы, результаты и их обсуждение, заключение, условные обозначения и сокращения, библиографический список. Список использованной литературы включает 97 источников, в том числе 88 зарубежных.

ГЛАВА 1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

1.1 Системы на основе фрагментов пурпурных мембран и фоточувствительных мембранных белков - родопсинов

1.1.1 Структурно-функциональные особенности бактериальных и зрительных родопсинов

Родопсины — это мембранные светочувствительные белки, обеспечивающие трансмембранное разделение заряда («протонный насос») при поглощении кванта света. Такое свойство используется для широкого ряда важнейших биологических функций животных и бактерий [16, 40, 43, 44, 46, 61, 79, 90]. Молекулярные структуры трех важнейших ретиналь-содержащих мембранных белков (зрительный родопсин; бактериородопсин, галородопсин) достаточно сходны и получены с атомным разрешением [4, 79]. Бактериородопсин (БР) является наиболее доступным и имеет оптимальные свойства для технологического применения [16, 40, 44, 46, 48, 60, 61, 87, 90]. Простота выделения БР связана с его концентрированием в доменах «пурпурных мембран» (ПМ) (Рис. 1.1) хорошо изученной галофильной бактерии — Иа1оЪас1впит 8аИпатит [9-11].

Рисунок 1.1 - Схематическое изображение структуры бактериородопсина (а), адаптировано из [46], и основных интермедиатов его фотоцикла с максимумами

поглощения (б), адаптировано из [38].

Полипептидная цепь БР состоит из 248 аминокислот (ММ ~26500 Да), изогнута и образует семь трансмембранных а-спиралей (Рис. 1.1), пронизывающих бислой плазматических мембран бактерий. Указанные семь а-спиралей образуют две «арки»: внешнюю арку из спиралей Е, Б, О, А и внутреннюю арку из спиралей В, С, Э. Структура и конформационные изменения БР были изучены методом электронной кристаллографии с разрешением 0.32 нм в плоскости мембраны и 0.36 нм по вертикали [79]. По данным электронографического и рентгеноструктурного анализа [43, 79], пурпурные мембраны представляют собой гексагональную двумерную решетку, элементарная ячейка которой включает 3 молекулы белка и 12-14 молекул липидов, причем такая мембрана асимметрична. Только структура из трех молекул белка как единого функционального элемента позволяет образовать трансмембранную пору. На каждую молекулу белка приходится хромофор (ретиналь), химически пришитый к лизину 216 в спирали G посредством

основания Шиффа. После воздействия кванта света происходит изомеризация ретиналя из транс- в цис-конформацию (all-trans ^ 13-cis), что соответствует переходу из основного состояния с Xmax 570 нм (БР57о) в М-форму с Xmax 412 нм (М412) (см. Рис. 1.1б), а обратный переход в фотоцикле белка связан с переносом протона из цитоплазмы через мембрану во внешнюю среду. Подобная трансформация из основного состояния получила название - фотоцикл БР. Фотоцикл включает в себя циклический переход из основной формы под действием света через несколько промежуточных форм (интермедиатов) обратно в основную. Каждая промежуточная форма фотоцикла поглощает свет определенной длины волны и переходит в следующую форму за определенное время (около 12 мс) [9]. Каждая переходная форма в фотоцикле обозначается латинской буквой, как правило, с индексом длины волны поглощения света, т.е. B568, J600, K590, L550, M412, N560, Об40, P490, Q380, кроме того, существует темновая (темно-адаптированная) форма D548 (рис. 1.1б).

Наиболее важные для биотехнологического использования особенности БР (при его фотоактивации): изменение максимума поглощения с 570 до 412 нм и обратно (переход из основной формы в M412 и обратно); генерация фототока и фотопотенциала; изменение pH внутри и вне клеток или модельных липосом за счет векторного переноса протона; возможность многократного проведения всех указанных выше процессов без денатурации белка; доступность и относительная простота получения препаратов, содержащих БР в нативном состоянии.

Помимо дикого типа БР распространено применение мутантной формы бактериородопсина - белка БР^96М В БР-D96N аспарагиновая кислота (Asp) в положении 96 заменена на непротонирующийся аспарагин (Asn). В природном белке (БР дикого типа) Asp-96 выполняет функцию донора протона, обеспечивая быстрое протонирование основания Шиффа ретиналя и возврат его в основное состояние из М-формы. При отсутствии донора Asp-96 репротонирование основания Шиффа происходит непосредственно протоном из внешней среды, в результате чего время жизни депротонированной М-формы возрастает на несколько порядков [68].

Таким образом, БР в составе ПМ является уникальных мембранным белком, преобразующим физическую энергию (кванты света) в химическую энергию (макроэргические связи молекул АТФ) и механическую энергию (например, движение жгутиков бактерий), что делает его перспективным компонентом функциональных планарных систем.

1.1.2 Монослои и пленки Ленгмюра-Блоджетт и Ленгмюра-Шефера

Монослои из ПМ или из очищенных белков типа бактериального или зрительного родопсинов представляют собой наиболее яркие и хорошо описанные примеры модельных мембранных систем [3, 16, 17, 40, 44, 46, 48, 61, 90]. Следует подчеркнуть, что БР обладает замечательными физико-химическими свойствами и соединяет в себе три главные молекулярные функции, ключевые для фундаментальных исследований и технического применения: фотоэлектрическая, фотохромная и протон-транспортирующая [16, 40, 44, 46, 61, 90]. Для этих целей ПМ используются чаще, чем БР, поскольку его выделение из этих «кристаллоподобных» мембранных структур значительно уменьшает как химическую, так и термодинамическую стабильность белка. Асимметрия цитоплазматической (внутренняя) и периплазматической (внешняя) поверхностей ПМ существенна для понимания возможности самопроизвольного ориентирования (до определенной степени) ПМ на границе раздела жидкость/газ.

В первых экспериментах в лаборатории Стоккениуса по получению монослоев ПМ их, в чистом виде или в смеси с соевым лецитином, наносили на границу раздела жидкость/газ из раствора в гексане (как наиболее удобном неполярном органическом растворителе); затем эта методика была модифицирована для других органических растворителей и смесей органических растворителей и воды (большое число таких первоначальных данных суммированы в монографии [3]). В ряде работ [32, 96] было показано, что ПМ частично денатурируют при смешении органических растворителей с водной субфазой, что может быть связано как с разрушением гидрофобных

взаимодействий внутри белка, так и с исключением из его трехмерной структуры молекул липидов. В большинстве случаев наиболее перспективным является метод получения монослоев ПМ или БР при их нанесении из водных дисперсий [96]. Поскольку БР является достаточно гидрофобным белком, то неудивительно, что он, даже без добавления специальных липидов, способен образовывать относительно стабильные монослои на границе раздела фаз. Обнаружено, что ПМ преимущественно ориентируются цитоплазматической (внутренней) стороной в водную субфазу, и при переносе монослоев ПМ на гидрофильные подложки порядка 85% ПМ были адсорбированы в ориентации цитоплазматической стороной мембраны к поверхности стекла [88].

Необходимо отметить, что, среди большого числа работ по этой теме, параметры монослоев ПМ или БР количественно описаны только в нескольких [32, 54, 88], причем наиболее достоверными являются данные, приведенные в обзорных работах [54]. Из данных работы [54] следует, что изотерма для монослоя ПМ на 100 мМ №С1 (Рис. 1.2) имеет небольшой перегиб в области 20 м№м-1 и область коллапса при 46 м№м-1. Как поверхностный потенциал, так и

«коэффициент сжатия» монослоя пурпурных мембран имеют максимум в этой же

1 2 области (около 20 м№м-) при площади порядка 5 нм на молекулу БР [54]. Эти

параметры, по мнению авторов, соответствуют максимально плотной упаковке

ПМ в монослое. Это подтверждают и измерения толщины монослоя,

составляющей около 3.8 нм [48, 54] (при поверхностных давлениях ниже 35 м№м-

1), что практически соответствует размеру гидрофобных а-спиралей ПМ [79].

Площадь, А/молекула бактериородопсина

Рисунок 1.2 - Изотермы поверхностного давления (П), обратного сжатия (1/КЗ) и поверхностного потенциала (АУ) монослоя пурпурных мембран на поверхности

100 тМ №С1. Адаптировано из [17].

При более высоких давлениях, особенно вблизи области коллапса монослоя толщина пленки увеличивается до 5.1 нм, что авторы [48] объясняют постепенным образованием второго слоя над уже сформированным монослоем ПМ. По нашему мнению, этот эффект связан с переходом молекул БР в полностью вертикальное положение относительно поверхности раздела фаз: схематически такой переход может соответствовать переходу трехмерных структур I в II (Рис. 1.3).

* I

IV

Рисунок 1.3 - Схематическое изображение монослоев и ленгмюровских пленок. (I) Жидко-растянутое состояние нативных и денатурированных мембранных белков и липидов; (II) Жидко-конденсированное состояние мембранных белков; (III) Метод переноса монослоев Ленгмюра-Блоджетт (вертикальный); (IV) Метод переноса монослоев Ленгмюра-Шефера (горизонтальный). Адаптировано из [96].

Площадь, приходящаяся на молекулу БР, в монослое (при экстраполяции к давлению 0 м№м-1) на поверхности 100 мМ раствора КС1 составляет порядка 8 нм [57], что хорошо согласуется с данными рентгеноструктурного анализа белка в мембране (ячейка с размерами 2.5*3.5*4.5 нм) [43]. Именно резкий подъем в изотерме поверхностное давление - площадь (на молекулу белка) и высокое давление коллапса монослоя (более 45 м№м-1) свидетельствуют об образовании достаточно прочных монослоев БР на концентрированных солевых субфазах.

С другой стороны, не вызывают доверия количественные данные по площади на молекулу БР (порядка 4000-5000 А2/БР), полученные из изотерм

зависимости поверхностного давления от площади для монослоев ПМ в работе Furuno Sasabe H [32]. Сами авторы данной работы [32] считают, что такие площади более чем в 4 раза превышают максимально возможные площади для нативного БР во фрагментах ПМ и, скорее всего, соответствуют развернутой конформации БР при среднем значении площади на аминокислотный остаток, составляющем 15 А2. Значительная денатурация БР (выраженная в разворачивании полипептидной цепи) может быть связана как с использованием водно-органической смеси растворителей для суспендирования БР и последующего нанесения на поверхность 0.2 мМ раствора СаС12 при рН 6.4, так и с длительным временем инкубации монослоя ПМ на границе раздела фаз — от 30 минут до 5 часов [32].

Исследованию влияния различных экспериментальных условий на структуру и ориентацию ряда мембранных белков в монослоях на границе раздела вода воздух посвящено много работ, в том числе, уже цитированных выше [32, 48, 54, 88, 96]. Наиболее детально эти важные эффекты впервые были исследованы мощным методом полярзационно-модулированной ИК-спектроскопии в работах [48, 67]. Путем сравнения полос в области 1655 см-1 (полоса амида I) и 1545 см-1 (полоса амида II) при измерении ИК-спектров показано, что БР сохраняет нативную структуру, а зрительный родопсин частично денатурирует в монослое при указанных выше условиях и 20°С [67]. Дополнительным свидетельством такой денатурации явилось появление плеча при 1634 см-1, что соответствует появлению большего числа Р-складок, и уменьшение интенсивности полосы 1655 см-1, соответствующей а-спиральным структурам в родопсине [48, 67]. Минимальная степень денатурации зрительного родопсина наблюдалась при его нанесении на указанную выше солевую субфазу в большом количестве (150 мкл), которое давало начальное давление 5 м№м-1 при низких температурах (вплоть до 4°С) [48, 67]. Однако в данной работе стабильные монослои белков получали на 100 мМ растворах №С1 и 10 мМ фосфатном буфере (рН 7.2) или 40 мМ карбонатном буфере (рН 9.0) путем нанесения 10-5 М дисперсии зрительного или бактериального родопсинов с нулевым начальным

давлением и выдерживали до сжатия 30 или 50 мин., соответственно [67], что является, по нашему мнению, избыточным временем. Такое длительное время выдерживания монослоя ПМ (БР) до начала его сжатия приводит не столько к формированию адекватного слоя ПМ, сколько к нарушениям в упаковке мембранных агрегатов и даже к частичному разворачиванию трехмерной структуры БР (Рис. 4, правая часть схемы I). Важным экспериментальным фактом, соответствующим параметрам природной среды для всех типов белков, является присутствие (во всех случаях) 100-150 мМ NaCl в водной субфазе для стабилизации монослоя ПМ, БР или зрительного родопсина, поскольку в отсутствие данных солей никаких изотерм этих белков на границе раздела вода/воздух зарегистрировать не удалось даже при большом количестве белка. Таким образом, главным достижением вышеописанных работ является определение условий, при которых нативная структура мембранных белков сохраняется после формирования их монослоя. В целом, БР является наиболее стабильным из всех изученных родопсинов, денатурацию которых на границе раздела фаз очень сложно предотвратить. Для визуализации таких структурных переходов используют такой современный метод, как микроскопия Брюстеровского углового рассеяния (БУМ). Например, методом БУМ в работе [2] удалось показать, что БР сохраняет свою доменную организацию в монослое непосредственно после нанесения на водный раствор 100 мМ KCl, а не распределяется по поверхности даже при низких значениях давления (менее 0.1 м№м-1). Вскоре после начала сжатия монослоя (при давлениях выше 1.0 м№м-1) эти домены начинают сливаться между собой, образуя сплошную фазу на всем протяжении монослоя БР [2]. Одновременные исследования методом атомно-силовой микроскопии (АСМ) монослоев БР, перенесенных на графитовые подложки методом Ленгмюра-Блоджетт, подтвердили доменную структуру монослоя БР с толщиной порядка 5 нм. Все указанные выше данные полностью соответствуют известным структурным особенностям нативных мембран пурпурных бактерий [16, 40, 44, 46, 61, 78], что свидетельствует о сохранении нативной структуры и функции этих мембранных белков после формирования их

монослоя и возможности создания различных типов планарных систем на их основе для научных и технических целей.

Для создания заданных типов мультислойных структур (называемых также ленгмюровскими пленками) на основе ПМ для научных и технических целей, как правило, используется ЛБ-метод переноса указанных выше монослоев с границы раздела вода/воздух на специальные твердые подложки [5, 72, 86]. Эта методика хорошо отработана для различных ПАВ и белков, а основные результаты по спектральным и фотоэлектрическим свойствам ЛБ-пленок ПМ были, как правило, получены и обсуждены в тех же работах, где рассматривались их монослои [2, 88, 96]. О функциональной нативности БР свидетельствуют и значительные величины фотопотенциала, описанные для мультислойных структур на основе БР при освещении светом в полосе, близкой к максимому поглощения этого белка (порядка 570 нм) [3, 44, 60, 87].

С другой стороны, в работах японских авторов из Ashigara Research Laboratories, Fuji Photo Film Co, Ltd. [55] монослои ПМ, полученные при нанесении смеси вода:гексан:ДМФ (диметилформамид) в соотношении 10:10:2, были перенесены методом Ленгмюра-Шеффера (ЛШ) (аналогично изображенному на Рис. 4, схема IV) при постоянном поверхностном давлении 20 м№м-1 на поверхность SnO2 электрода. Важно, что интенсивность в спектре полученных пленок при 560 нм (в области максимума поглощения БР) была пропорциональна числу перенесенных ЛШ-монослоев (от 2 до 10) с коэффициентом наклона 0,002 на монослой [55]. В случае переноса 6 монослоев

л

ПМ на поверхность SnO2 электрода величина фототока составляла от 50 нА^см-

л

(рН 4-5 или 8-10) до 200 нА^см- (рН 6-7) [55], что показывает высокую эффективность данного типа переноса для создания мультислойных структур на основе ПМ. Аналогичные ЛБ- и ЛШ-пленки из монослоев ПМ и БР описаны в ряде других работ.

Таким образом, на основании всех рассмотренных данных можно выделить 2 общих типа структур моно- и мультислоев ПМ или БР (Рис. 4, структуры III и IV), подходящих по своим параметрам для технологических приложений.

Указанные типы систем можно считать предшественниками нанобиогибридных структур, поскольку они состоят из принципиально различных компонентов (органической слой на неорганическом материале), наноразмерны, функциональны и молекулярно интегрированы на границе раздела фаз.

1.1.3 Пурпурные мембраны, адсорбированные на черных липидных мембранах и липидных бислоях других типов

Большое число работ за последние 30 лет было выполнено в области получения и исследования пленок ПМ, адсорбированных на бислойных (черных) липидным мембранах (БЛМ) и подобных мембраноподобных подложках, которые представляют собой своеобразные «димерные» слои, состоящие из бислоя липидов, на котором находится БР-липидный слой [27, 28, 33, 45, 83]. Такие системы можно получить рядом методов, простейшим из которых является следующий «двухэтапный» способ: а) «самосборка» БЛМ из капли раствора заданной смеси липидов на микронном отверствии в тефлоновой перегородке между двумя растворами электролитов (как правило, 100 мМ №С1 с 5 мМ Трис-НС1 при рН 7.0); б) последующее внесение ПМ в один из растворов электролитов микрошприцем (50 мкл из суспензии с оптической плотностью 4-5) с постепенной адсорбцией в течение 20-40 минут на указанную БЛМ (рис. 1.4а).

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Соловьева, Дарья Олеговна, 2017 год

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Васильев, Р.Б. Коллоидные полупроводниковые нанокристаллы с пространственным разделением носителей заряда: рост и оптические свойства / Р.Б. Васильев, Д.Н. Дирин, А. Гаськов // Успехи химии. - 2011. - Т. 80. № 12. - С. 1190-1210.

2. Зайцев, С.Ю. Фотоиндуцированные изменения в монослоях бактериородопсина, исследованные методом брустеровского рассеяния / С.Ю. Зайцев, Ю. Маак, Д. Мёбиус, В.П. Зубов // Биологические мембраны. - 1994. - Т.

11. № 4. - С. 461-464.

3. Зайцев, С.Ю. Супрамолекулярные наноразмерные системы на границе раздела фаз. Концепции и перспективы для бионанотехнологий / С.Ю. Зайцев. - Москва: ЛЕНАНД, 2010. - 202 С.

4. Зайцев, С.Ю. Нанобиогибридные структуры на основе организованных пленок фоточувствительных мембранных белков / С.Ю. Зайцев, Д.О. Соловьева, И.Р. Набиев// Успехи химии. - 2014. - Т. 83. № 1. - С. 38-81.

5. Кочергинская, П.Б. Модифицирование квантовых точек нуклеиновыми кислотами / П.Б. Кочергинская, А.В. Романова, И.А. Прохоренко, Д.М. Иткис, В.А. Коршун, Е.А. Гудилин, Ю.Д. Третьяков, // Успехи химии. - 2011. - Т. 80. №

12. - С. 1209-1221.

6. Крутяков, Ю.А. Синтез и свойства наночастиц серебра: достижения и перспективы / Ю.А. Крутяков, А.А. Кудринский, А.Ю. Оленин, Г.В. Лисичкин // Успехи химии. - 2008. - Т. 77. № 3. - С. 242-269.

7. Олейников, В.А. Влияние серебряных наночастиц на фотоцикл бактериородопсина пурпурных мембран На1оЬа^егшт salinarum / В.А. Олейников, К.Е. Мочалов, Д.О. Соловьева, А.А. Чистяков, Е.П. Лукашев, И.Р. Набиев // Оптика И Спектроскопия. 2016. Т. 121. № 2. С. 227-237.

8. Олейников, В.А. Флуоресцентные полупроводниковые нанокристаллы в биологии и медицине / В.А. Олейников, А.В. Суханова, И.Р. Набиев // Российские

нанотехнологии. - 2007. - Т. 2. № 1-2. - С. 160-173.

9. Рубин А.Б. Биофизика / А.Б. Рубин. - Москва: Издательство МГУ, 1999. -С. 388-456.

10. Adamov, G.E. Bacteriorhodopsin-Perspective biomaterial for molecular nanophotonics / G.E. Adamov, A.G. Devyatkov, L.N. Gnatyuk, I.S. Goldobin, E.P. Grebennikov // J. Photochem. Photobiol. A Chem. - 2008. - V. 196. № 2-3. - P. 254261.

11. Audette, G.F. Protein hot spots at bio-nano interfaces /G.F. Audette, S. Lombardo, J. Dudzik, T.M. Arruda, M. Kolinski, S. Filipek, S. Mukerjee, A.M. Kannan, V. Thavasi, S. Ramakrishna, M. Chin, P. Somasundaran, S. Viswanathan, R.S. Keles, V. Renugopalakrishnan // Mater. Today. - 2011. - V. 14. № 7-8. - P. 360-365.

12. Biesso, A. Gold Nanoparticles Surface Plasmon Field Effects on the Proton Pump Process of the Bacteriorhodopsin Photosynthesis / A. Biesso, W. Qian, X. Huang, M.A. El-Sayed // J. Am. Chem. Soc. - 2009. - V. 131. № 7. - P. 2442-2443.

13. Biesso, A. Gold Nanoparticle Plasmonic Field Effect on the Primary Step of the Other Photosynthetic System in Nature, Bacteriorhodopsin / A. Biesso, W. Qian, X. Huang, M.A. El-Sayed // J. Am. Chem. Soc. - 2009. - V. 130. № 11. P. 3258-3259.

14. Biesso, A. Charge Invariant Protein-Water Relaxation in GB1 via Ultrafast Tryptophan Fluorescence / A. Biesso, J. Xu, P.L. Muino, P.R. Callis, J.R. Knutson // J. Am. Chem. Soc. - 2014. - V. 136. № 7. - P. 2739-2747.

15. Biesso, A. Bacteriorhodopsin/Ag Nanoparticle-Based Hybrid Nano-Bio Electrocatalyst for Efficient and Robust H2 Evolution from Water / A. Biesso, Z. Zhao, P. Wang, X. Xu, M. Sheves, Y. Jin // J. Am. Chem. Soc. - 2015. - V. 137. № 8. - P. 2840-2843.

16. Birge, R.R. Photophysics and Molecular Electronic Applications of the Rhodopsins / R.R. Birge // Annu. Rev. Phys. Chem. - 1990. - V. 41. № 1. - P. 683-733.

17. Boucher, J. Organization, structure and activity of proteins in monolayers / J. Boucher, E. Trudel, M. Méthot, P. Desmeules, C. Salesse // Colloids Surfaces B Biointerfaces. - 2007. - V. 58. № 2. - P. 73-90.

18. Bouchonville, N. Charge-controlled assembling of bacteriorhodopsin and

semiconductor quantum dots for fluorescence resonance energy transfer-based nanophotonic applications / N. Bouchonville, M. Molinari, A. Sukhanova, M. Artemyev, V.A. Oleinikov, M. Troyon, I. Nabiev // Appl. Phys. Lett. - 2011. - V. 98. № 1. - P. 2-4.

19. Bouchonville, N. Nano-biophotonic hybrid materials with controlled FRET efficiency engineered from quantum dots and bacteriorhodopsin / N. Bouchonville, A. Le Cigne, A. Sukhanova, M. Molinari, I. Nabiev // Laser Phys. Lett. - 2013. - V. 10. № 8. - P. 85901.

20. Bouchonville, N. Semiconductor quantum dots affect fluidity of purple membrane from Halobacterium salinarum through disruption of bacteriorhodopsin trimer organization / N. Bouchonville, M. Molinari, A. Le Cigne, M. Troyon, A. Sukhanova, I.R. Nabiev // Proc. SPIE. - 2012. - P.8548.

21. Brizzolara R.A. A method for patterning purple membrane using self-assembled monolayers. // Biosystems. 1995. T. 35. № 2-3. C. 137-40.

22. Chen, Z. Bacteriorhodopsin oriented in polyvinyl alcohol films as an erasable optical storage medium / Z. Chen, A. Lewis, H. Takei, I. Nebenzahl // Appl. Opt. -1991. - V. 30. № 35. - P. 5188-5196.

23. Choi, H. Adsorption behavior and photoelectric response characteristics of bacteriorhodopsin thin films fabricated by self-assembly technique / H. Choi, J. Min, W.H. Lee, J.-W. Choi // Colloids Surfaces B Biointerfaces. - 2002. - V. 23. № 4. - P. 327-337.

24. Chu, J. Fabrication and photoelectric response of poly(allylamine hydrochloride)/PM thin films by layer-by-layer deposition technique / J. Chu, X. Li, J. Zhang, J. Tang // Biochem. Biophys. Res. Commun. - 2003. - V. 305. № 1. - P. 116121.

25. Chu, L.-K. On the Mechanism of the Plasmonic Field Enhancement of the Solar-to-Electric Energy Conversion by the Other Photosynthetic System in Nature (Bacteriorhodopsin): Kinetic and Spectroscopic Study / L.-K. Chu, C.-W. Yen, El-M.A. Sayed // J. Phys. Chem. C. - 2010. - V. 114. № 36. - P. 15358-15363.

26. Clapp, A.R. Förster Resonance Energy Transfer Investigations Using Quantum-Dot

Fluorophores / A.R. Clapp, I.L. Medintz, H. Mattoussi // ChemPhysChem. - 2006. - V. 7. № 1. - P. 47-57.

27. Dolfi, A. DC photoelectric signals from bacteriorhodopsin adsorbed on lipid monolayers and thiol/lipid bilayers supported by mercury / A. Dolfi, B.F. Tadini, M.R. Moncelli, R. Guidelli // Bioelectrochemistry. - 2002. - V. 56. № 1-2. - P. 151-156.

28. Dolfi, A. Photocurrents Generated by Bacteriorhodopsin Adsorbed on Thiol / Lipid Bilayers Supported by Mercury / A. Dolfi, F. Tadini-Buoninsegni, M.R. Moncelli, R. Guidelli // Langmuir. - 2002. - № 15. - P. 6345-6355.

29. Drachev, A.L. The action of lanthanum ions and formaldehyde on the proton-pumping function of bacteriorhodopsin/ A.L. Drachev, L.A. Drachev, A.D. Kaulen, L.V. Khitrina // Eur. J. Biochem. - 1984. - V. 138. № 2. - P. 349-356.

30. Elaissari, A. Colloidal nanoparticles in biotechnology / A. Elaissari. - John Wiley & Sons. - 2008. - 366 P.

31. Friedrich C., Lueking D., Griep M. Bacteriorhodopsin-based sensors / Patent US 2009/0142852. - 2008.

32. Furuno ,T. Denaturation of purple membranes at the air/water interface studied by SEM / T. Furuno, H. Sasabe // J. Colloid Interface Sci. - 1991. - V. 147. № 1. - P. 225232.

33. Ganea, C. Chloride- and pH-dependent proton transport by BR mutant D85N / C. Ganea, J. Tittorc, E. Bamberga, D. Oesterheltc // Biochim. Biophys. Acta - Biomembr. -1998. - V. 1368. № 1. - P. 84-96.

34. Green, M.A. Dunlop Solar cell efficiency tables (version 36) / M.A. Green, K. Emery, Y. Hishikawa, W. Warta, E.D. Dunlop // Prog. Photovoltaics Res. Appl. - 2010. - V. 18. № 5. - P. 346-352.

35. Griep, M. Optical protein modulation via quantum dot coupling and use of a hybrid sensor protein / M. Griep, Winder E., Lueking D., Friedrich C., Mallick G., Karna S // J. Nanosci. Nanotechnol. - 2010. - V. 10. № 9. - P. 6029-6035.

36. Griep, M.H. Quantum dot enhancement of bacteriorhodopsin-based electrodes / M.H. Griep, K.A. Walczak, E.M. Winder, D.R. Lueking, C.R. Friedrich // Biosens. Bioelectron. - 2010. - V. 25. № 6. - P. 1493-1497.

37. Griep, M.H. Förster Resonance Energy Transfer between Core/Shell Quantum Dots and Bacteriorhodopsin / M.H. Griep, E.M. Winder, D.R. Lueking, G.A. Garrett, S.P. Karna, C.R. Friedrich // Mol. Biol. Int. - 2012. - V. 2012. - P. 1-7.

38. Hampp, N. Bacteriorhodopsin and Its Potential in Technical Applications / N. Hampp, D. Oesterhelt. - Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA. - 2008. - P. 146-167.

39. Hardzei, M. Comparative Efficiency of Energy Transfer from CdSe-ZnS Quantum Dots or Nanorods to Organic Dye Molecules / M. Hardzei, M. Artemyev, M. Molinari, M. Troyon, A. Sukhanova, I. Nabiev // ChemPhysChem. - 2012. - V. 13. № 1. - P. 330335.

40. Haupts, U. Closing in on bacteriorhodopsin: Progress in Understanding the Molecule / U. Haupts, J. Tittor, D. Oesterhelt // Annu. Rev. Biophys. Biomol. Struct. -1999. - V. 28. № 1. - P. 367-399.

41. He, J. Oriented Bacteriorhodopsin / Polycation Multilayers by Electrostatic Layer-by-Layer Assembly / J. He, L.Samuelson, L. Li, J. Kumar, S.K. Tripathy // Langmuir. -1998. - V. 7463. № 16. - P. 1674-1679.

42. He, J.-A., Photoelectric Properties of Oriented Bacteriorhodopsin/Polycation Multilayers by Electrostatic Layer-by-Layer Assembly / J.-A. He, L. Samuelson, L. Li, J. Kumar, S.K. Tripathy // J. Phys. Chem. B. - 1998. - V. 102. № 36. - P. 7067-7072.

43. Henderson, R. Model for the structure of bacteriorhodopsin based on highresolution electron cryo-microscopy / R. Henderson, J.M. Baldwin, T.A. Ceska, F. Zemlin, E. Beckmann, K.H. Downing// J. Mol. Biol. - 1990. - V. 213. № 4. - P. 899929.

44. Hong, F.T. Interfacial photochemistry of retinal proteins / F.T. Hong // Prog. Surf. Sci. - 1999. - V. 62. № 1. - P. 1-237.

45. Horn, C. Photocurrents generated by bacteriorhodopsin adsorbed on nano-black lipid membranes / C. Horn, C. Steinem // Biophys. J. - 2005. - V. 89. № 2. - P. 10461054.

46. Jin, Y. Bacteriorhodopsin as an electronic conduction medium for biomolecular electronics / Y. Jin, T. Honig, I. Ron, N. Friedman, M. Sheves, D. Cahen// Chem. Soc. Rev. - 2008. - V. 37. № 11. - P. 2422.

47. Kononenko, A.A. Oriented purple-membrane films as a probe for studies of the mechanism of bacteriorhodopsin functioning. I. The vectorial character of the external electric-field effect on the dark state and the photocycle of bacteriorhodopsin / A.A. Kononenko, E.P. Lukashev, A.V. Maximychev, S.K. Chamorovsky, A.B. Rubin, S.F. Timashev, L.N. Chekulaeva // Biochim. Biophys. Acta - Bioenerg. - 1986. - V. 850. № 1. - P. 162-169.

48. Lavoie, H. The behavior of membrane proteins in monolayers at the gas-water interface: comparison between photosystem II, rhodopsin and bacteriorhodopsin / H. Lavoie, J. Gallant, M. Grandbois, D. Blaudez, B. Desbat, F. Boucher, C. Salesse // Mater. Sci. Eng. C. - 1999. - V. 10. № 1-2. - P. 147-154.

49. Li, R. Stationary current generated from photocycle of a hybrid bacteriorhodopsin/quantum dot bionanosystem / R. Li, C.M. Li, H. Bao, Q. Bao, V.S. Lee // Appl. Phys. Lett. - 2007. - V. 91. № 22. - P. 7-10.

50. Li, R. Ming Fabrication of oriented poly-l-lysine/bacteriorhodopsin-embedded purple membrane multilayer structure for enhanced photoelectric response / R. Li, X. Cui, W. Hu, Z. Lu, C. Li // J. Colloid Interface Sci. - 2010. - V. 344. № 1. - P. 150-157.

51. Manoj, A.G. Voltage-controlled spectral tuning of photoelectric signals in a conducting polymer-bacteriorhodopsin device / A.G. Manoj, K.S. Narayan // Appl. Phys. Lett. - 2003. - V. 83. № 17. - P. 3614-3616.

52. Manoj, A.G. Opto-electrical processes in a conducting polymer-bacteriorhodopsin system / A.G. Manoj, K.S. Narayan // Biosens. Bioelectron. - 2004. - V. 19. № 9. - P. 1067-1074.

53. Medintz, I.L. Quantum dot bioconjugates for imaging, labelling and sensing / I.L. Medintz, H.T. Uyeda, E.R. Goldman, H. Mattoussi // Nat. Mater. - 2005. - V. 4. № 6. -P. 435-446.

54. Méthot, M. In situ characterization of functional purple membrane monolayers at the air-water interface / M. Méthot, P. Desmeules, D. Vaknin, F. Boucher, C. Salesse// Langmuir. - 2004. - V. 20. № 3. - P. 934-40.

55. Miyasaka, T. Rectified photocurrents from purple membrane Langmuir-Blodgett films at the electrode-electrolyte interface / T. Miyasaka, K. Koyama // Thin Solid

Films. - 1992. - V. 210. - P. 146-149.

56. Murray, E.G.D. Red and purple membrane of h. h a l o b i u m 667 / E.G.D. Murray, N.R. Smith, S.T. Bayley, J. Boring, M. Kates, N.E. Gibbons, N.E. Gibbons, S.T. Bayley, R. Rowen, W.H. Kunau, L.S. Yengoyan, P.S. Sastry // 1968. - T. 483. - № 1964.

57. Nabiev, I. Fluorescent quantum dots as artificial antennas for enhanced light harvesting and energy transfer to photosynthetic reaction centers / I. Nabiev, A. Rakovich, A. Sukhanova, E. Lukashev, V. Zagidullin, V. Pachenko, Y.P. Rakovich, J.F. Donegan, A.B. Rubin, A.O. Govorov // Angew. Chemie - Int. Ed. - 2010. - V. 49. № 40. - P. 7217-7221.

58. Nabiev, I.R. Surface-enhanced Raman spectroscopy of biomolecules. Part II. Application of short- and long-range components of SERS to the study of the structure and function of membrane proteins / I.R. Nabiev, G.D. Chumanov, R.G. Efremov // J. Raman Spectrosc. - 1990. - V. 21. № 1. - P. 49-53.

59. Nicolini, C. Toward bacteriorhodopsin based photocells / C. Nicolini, V. Erokhin, S. Paddeu, C. Paternolli, M.K. Ram // Biosens. Bioelectron. - 1999. - V. 14. № 4. - P. 427433.

60. Niemeyer, C.M. Nanobiotechnology / C.M. Niemeyer, C.A. Mirkin. - Wiley-VCH. -2004.

61. Oesterhelt, D. The structure and mechanism of the family of retinal proteins from halophilic archaea / D. Oesterhelt // Curr. Opin. Struct. Biol. - 1998. - V. 8. № 4. - P. 489-500.

62. Oesterhelt, D. Isolation of the cell membrane of Halobacterium halobium and its fractionation into red and purple membrane / D. Oesterhelt, W. Stoeckenius // Methods Enzymol. - 1974. - V. 31. - P. 667-78.

63. Oesterhelt, D. Rhodopsin-like Protein from the Purple Membrane of Halobacterium halobium / D. Oesterhelt, W. Stoeckenius // Nature. - 1971. - V. 233. № 39. - P. 149.

64. Oleinikov, V.A. The effect of silver nanoparticles on the photocycle of bacteriorhodopsin of purple membranes of Halobacterium salinarum / V.A. Oleinikov, K.E. Mochalov, D.O. Solovyeva, A.A. Chistyakov, E.P. Lukashev, I.R. Nabiev // Opt.

Spectrosc. - 2016. - V. 121. № 2. - P. 210-219.

65. Patil, A.V. Enhanced Photocurrent in Engineered Bacteriorhodopsin Monolayer / A.Patil, V.T. Premaruban, O. Berthoumieu, A. Watts, J.J. Davis // J. Phys. Chem. B. -2012. - V. 116. № 1. - P. 683-689.

66. Patzelt, H. The structures of the active center in dark-adapted bacteriorhodopsin by solution-state NMR spectroscopy / H. Patzelt, B. Simon, A. terLaak, B. Kessler, R. Kühne, P. Schmieder, D. Oesterhelt, H. Oschkinat // Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. -2002. - V. 99. № 15. - P. 9765-70.

67. Pepe, I.M. Langmuir-Blodgett films of rhodopsin: an infrared spectroscopic study / I.M. Pepe, M.K. Ram, S. Paddeu, C. Nicolini // Thin Solid Films. - 1998. - V. 327. - P. 118-122.

68. Radionov, A.N. Cooperative phenomena in the photocycle of D96N mutant bacteriorhodopsin / A.N. Radionov, A.D. Kaulen // FEBS Letters. - 1995. - V. 377. - P. 330-332.

69. Rakovich, A. Resonance energy transfer improves the biological function of bacteriorhodopsin within a hybrid material built from purple membranes and semiconductor quantum dots / A. Rakovich, A. Sukhanova, N. Bouchonville, E. Lukashev, V.Oleinikov, M. Artemyev, V. Lesnyak, N. Gaponik, M. Molinari, M.Troyon, Y.P. Rakovich, J.F. Donegan, I. Nabiev // Nano Lett. - 2010. - V. 10. № 7. -P. 2640-2648.

70. Rashid, M.U. Synthesis of Silver Nano Particles (Ag-NPs) and their uses for Quantitative Analysis of Vitamin C Tablets / M.U. Rashid, M.K.H. Bhuiyan, M.E. Quayum // Dhaka Univ. J. Pharm. Sci. - 2013. - V. 12. № 1. - P. 29-33.

71. Renugopalakrishnan, V. Engineering a robust photovoltaic device with quantum dots and bacteriorhodopsin / V. Renugopalakrishnan, B. Barbiellini, C. King, M. Molinari, K. Mochalov, A. Sukhanova, I. Nabiev, P. Fojan, H.L. Tuller, M. Chin, P. Somasundaran, E. Padros, S. Ramakrishna // J. Phys. Chem. C. - 2014. - V. 118. № 30. -P. 16710-16717.

72. Roberts, G.G. Langmuir-Blodgett Films. / G.G. Roberts. - N.Y. & London: Plenum Press. - 1990. - 133 P.

73. Römer, W. Impedance Analysis and Single-Channel Recordings on Nano-Black Lipid Membranes Based on Porous Alumina / W. Römer, C. Steinem // Biophys. J. -2004. - V. 86. № 2. - P. 955-965.

74. Ru, E.C. Le. Enhancement factor distribution around a single surface-enhanced Raman scattering hot spot and its relation to single molecule detection / E.C. Le Ru, P.G. Etchegoin, M. Meyer // J. Chem. Phys. - 2006. - V. 125. № 20. - P. 204701.

75. Saito, S. Normal-coordinate analysis of retinal isomers and assignments of Raman and infrared bands / S. Saito, M.Tasumi // J. Raman Spectrosc. - 1983. - V. 14. № 4. - P. 236-245.

76. Seifert, K. Charge transport by ion translocating membrane proteins on solid supported membranes / K. Seifert, K. Fendler, E. Bamberg // Biophys. J. - 1993. - V. 64. № 2. - P. 384-91.

77. Smith, S.O. Determination of retinal chromophore structure in bacteriorhodopsin with resonance Raman spectroscopy / S.O. Smith, J. Lugtenburg, R.A. Mathies // J. Membr. Biol. - 1985. - V. 85. № 2. - P. 95-109.

78. Stuart, J. Birge Volumetric optical memory based on bacteriorhodopsin / J. Stuart, D.L. Marcy, K.J. Wise, R.R. Birge // Synth. Met. - 2002. - V. 127. № 1-3. - P. 3-15.

79. Subramaniam, S. Molecular mechanism of vectorial proton translocation by bacteriorhodopsin / S. Subramaniam, R.Henderson // Nature. - 2000. - V. 406. № 6796. - P. 653-657.

80. Sukhanova, A. Oriented conjugates of single-domain antibodies and quantum dots: toward a new generation of ultrasmall diagnostic nanoprobes / A. Sukhanova, K. Even-Desrumeaux, A. Kisserli, T. Tabary, B. Reveil, J.M. Millot, P. Chames, D. Baty, M. Artemyev, V. Oleinikov, M. Pluot, J.H. Cohen, I. Nabiev // Nanomedicine. - 2012. - V. 8. № 4. - P. 516-25.

81. Takei, H. Implementing receptive fields with excitatory and inhibitory optoelectrical responses of bacteriorhodopsin films / H. Takei, A. Lewis, Z. Chen, I. Nebenzahl // Appl. Opt. - 1991. - V. 30. № 4. - P. 500-509.

82. Thavasi,V. Study on the feasibility of bacteriorhodopsin as bio-photosensitizer in excitonic solar cell: a first report / V. Thavasi, T. Lazarova, S. Filipek, M. Kolinski, E.

Querol, A. Kumar, S. Ramakrishna, E. Padros, V. Renugopalakrishnan // J. Nanosci. Nanotechnol. - 2009. - V. 9. № 3. - P. 1679-1687.

83. Tittor, J. Inversion of proton translocation in bacteriorhodopsin mutants D85N, D85T, and D85,96N / J. Tittor, U. Schweiger, D. Oesterhelt, E. Bamberg // Biophys. J. -1994. - V. 67. № 4. - P. 1682-1690.

84. Tkachenko, N.V. Optical spectroscopy : methods and instrumentations / N.V. Tkachenko. - Elsevier. - 2006. - 322 С.

85. Toth-Boconadi, R. Optical and electric signals from dried oriented purple membrane of bacteriorhodopsins / R. Toth-Boconadi, A. Dér , L. Keszthelyi // Bioelectrochemistry. - 2011. - V. 81. № 1. - P. 17-21.

86. Ulman, A. An introduction to Ultrathin Organic Films from Langmuir-Blodgett to Self-assembly / A. Ulman. - Boston: Academic Press Inc.- 1991. - 442 P.

87. Vsevolodov, N. Biomolecular Electronics : an Introduction via Photosensitive Proteins / N. Vsevolodov. - Boston: Birkhäuser Boston. - 1998. - 125 P.

88. Weetall, H. Optical and electrical-properties of bacteriorhodopsin langmuir-blodgett-films/ H. Weetall, L.A. Samuelson // Thin solid Film. - 1998. - V. 312. № 1-2. - P. 306-312.

89. Weetall, H.H. D96N mutant bacteriorhodopsin immobilized in sol-gel glass characterization / H.H. Weetall // Appl. Biochem. Biotechnol. - 1994. - V. 49. № 3. - P. 241-256.

90. Wise, K.J. Optimization of bacteriorhodopsin for bioelectronic devices / K.J. Wise, N.B. Gillespie, J.A. Stuart, M.P. Krebs, R.R. Birge // Trends Biotechnol. - 2002. - V. 20. № 9. - P. 387-394.

91. Xu, H. Spectroscopy of Single Hemoglobin Molecules by Surface Enhanced Raman Scattering / H. Xu, E.J. Bjerneld, M. Käll, L. Börjesson // Phys. Rev. Lett. - 1999. - V. 83. № 21. - P. 4357-4360.

92. Yen, C.-W. Tailoring Plasmonic and Electrostatic Field Effects To Maximize Solar Energy Conversion by Bacteriorhodopsin, the Other Natural Photosynthetic System / C.-W. Yen, S.C. Hayden, E.C. Dreaden, P. Szymanski, M.A. El-Sayed // Nano Lett. -2011. - V. 11. - P. 3821-3826.

93. Yen, C.W. Plasmonic field enhancement of the bacteriorhodopsin photocurrent during its proton pump photocycle / C.W. Yen, L.K. Chu, M. El-Sayed // J. Am. Chem. Soc. - 2010. - V. 132. № 21. - P. 7250-7251.

94. Zaitsev, S.Y. Kinetics of dynamic hologram recording in polymer films with immobilized bacteriorhodopsin / S.Y. Zaitsev, N. M. Kozhevnikov, Yu. O. Barmenkov, M. Yu. Lipovskaya // Photochem. Photobiol. - 1992. - V. 55. № 6. - P. 851-856.

95. Zaitsev, S.Y. Controlled influence of quantum dots on purple membranes at interfaces / S.Y. Zaitsev, E.P. Lukashev, D.O. Solovyeva, A.A. Chistyakov, V.A. Oleinikov // Colloids Surfaces B Biointerfaces. - 2014. - V. 117. - P. 248-251.

96. Zaitsev, S.Y. Thin films and assemblies of photosensitive membrane proteins and colloidal nanocrystals for engineering of hybrid materials with advanced properties / S.Y. Zaitsev, D.O. Solovyeva, I. Nabiev // Adv. Colloid Interface Sci. - 2012. - V. 183184. - P. 14-29.

97. Bioelectronic Applications of Photochromic Pigments / eds. A. Dér, L. Keszthelyi. IOS Press, NATO Science Series, 2001. 725 C.