Влияние структурных свойств глобулярных белков на их механическую стабильность и термостабильность

• Автор: Глякина, Анна Владимировна
• Шифр специальности: 03.01.02
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2013
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 103 с. : ил.

Введение
Глава 1. Обзор литературы
1.1. Разворачивание белков в атомно-силовой микроскопии
1.2. Влияние силы на свободно-энергетический барьер разворачивания белка
1.3. Анализ данных по механическому разворачиванию белков
1.4. Ядро сворачивания белка. Ф-величины
1.5. Экспериментальное и теоретическое исследование процессов механического разворачивания различных белков
1.5.1. Взаимосвязь между топологией белка и его механической стабильностью
1.5.2. Влияние ориентации элементов вторичной структуры относительно направления приложения силы на механическую стабильность белка
1.5.3. Влияние взаимодействий боковых групп аминокислотных остатков на механическую стабильность белка
1.5.4. Влияние денатуранта на механическую стабильность белка
1.5.5. Промежуточные состояния на пути механического разворачивания белка
1.5.6. Зависимость величины максимальной силы разворачивания от длины белка
1.6. Термостабильность белков
Глава 2. Моделирование молекулярной динамики
2.1. Метод молекулярной динамики
2.2. Т1РЗР модель воды
2.3. Поддержание постоянной температуры и давления
2.4. Алгоритм вычисления взаимодействий валентно не связанных частиц (метод сканирования по пространству)

2.5. Численное интегрирование уравнений движения
Глава 3. Постановка вычислительных экспериментов
3.1. Объекты исследования
3.1.1. Нативные иммуноглобулинсвязывающие домены белков Ь и О
3.1.2. Иммуноглобулинсвязывающий домен белка Ь с введёнными аминокислотными заменами
3.2. Проведение молекулярно-динамических экспериментов
3.3. Характеристики исследуемых моделей белков, рассчитываемые из полученных траекторий
Глава 4. Моделирование механического разворачивания нативных иммуноглобулинсвязывающих доменов белков Ьи С
4.1. Постоянная скорость (у=сош1;)
4.2. Постоянная сила (Е=сопз1:)
4.3. Пути механического разворачивания белков Ьиб
4.4. Расчет ядер сворачивания белков
Глава 5. Моделирование механического разворачивания белка Г, с
точечными аминокислотными заменами
Глава 6. Поиск структурных факторов, ответственных за стабильность белков из термофильных организмов
6.1. Критерии отбора белков в базу
6.2. Структурные характеристики, рассчитываемые для белков из термофильных и мезофильных организмов
ВЫВОДЫ
Список литературы
Список сокращений

Введение
Трехмерная структура белка определяется балансом разных взаимодействий. Водородные связи, солевые мостики, гидрофобный эффект - все играет важную роль в сворачивании белка и приобретении им конечной нативной структуры. Физические свойства белков прямо связаны с их функциональной активностью и реакцией на внешние воздействия в различных биологических процессах. Они определяют структурную устойчивость и термостабильность макромолекул. Важное значение имеют зависимости механических свойств белков от температуры, степени их гидратации и свойств растворителя. Исследование физических характеристик белков является важной и актуальной задачей.
Механические свойства белков являются важными для широкого круга биологических процессов, таких как межклеточная адгезия, сокращение мышц, транслокация белков через мембрану. Понимание того, как природные белки достигают требуемой механической стабильности необходимо не только для понимания процессов происходящих в природе, но и для конструирования новых, основанных на этих данных, биоматериалов для медицинского и промышленного применения. А для этого необходимо знать то, как поведет себя тот или иной белок при различных способах воздействия на него.
Разворачивание отдельных белков растяжением их за концы стало возможным благодаря развитию атомно-силовой микроскопии (АСМ), которая открыла новые перспективы в изучении процесса сворачивания белков. Эксперименты по разворачиванию белков с помощью атомносилового микроскопа обычно проводятся на многодоменных белках, либо для цепочки «сшитых» одинаковых или разных белков.

1.5.6. Зависимость величины максимальной силы разворачивания от длины белка
В работе [67] авторы исследовали 7510 структур белков. Используя во модель [79] они растягивали эти белки за концы с постоянной скоростью и определяли максимальную силу, которая требуется для разворачивания каждого белка. И оказалось, что полученные ими теоретические максимальные силы хорошо коррелируют с максимальными силами, полученными в эксперименте (коэффициент Пирсона 0.89). Из этого авторы делают вывод, что их модель воспроизводит всё адекватно. После усреднения максимальных сил для белков, имеющих одинаковую длину, выявилась тенденция, что чем длиннее белок, тем большая сила нужна для его разворачивания.
В настоящей работе исследовалась механическая стабильность двух структурно похожих белков: иммуноглобулинсвязывающих доменов белков Ьиб, Проанализированы пути механического разворачивания, показано их сходство и различие [71-74].
1.6. Термостабильность белков
Важность различных факторов, дающих вклад в термостабильность белка, также является предметом интенсивных исследований. Организмы, живущие при высоких температурах (выше 50°С), называются термофилами, а адаптированные к нормальной температуре организмы - мезофилами. Исследователи [80-82] связывают многие структурные свойства с термостабильностью белка. К таким свойствам относят: число водородных связей и солевых мостиков; порядок контактов (среднее расстояние между