Механизмы реакций в фоторецепторных белках по результатам расчетов структуры и спектров модельных молекулярных систем

• Автор: Хренова, Мария Григорьевна
• Шифр специальности: 02.00.17
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2011
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 133 с. : ил.

Оглавление
Введение
1. Современные методы компьютерного моделирования строения и свойств фоторецепторных белков
1.1. Изучение конформационной подвижности белка и поиск минимумов на поверхностях энергии
1.2. Поиск равновесных геометрических параметров
1.2.1. Комбинированный подход квантовой и молекулярной механики
1.2.2. Методы описания молекулярно-механической подсистемы
1.2.3. Методы описания квантовой подсистемы
1.3. Расчёт электронных спектров
1.4. Расчёт колебательных спектров
2. Реакция цис-транс изомеризации хромофорной группы в родопсине
2.1. Анализ литературных данных
2.2. Структуры и свойства родопсина и батородопсина
2.2.1 Структура батородопсина
2.2.2. Энергия вертикального Эо—йі перехода
2.2.4. Колебательные спектры родопсина и батородопсина
2.2.5. Термодинамические параметры перехода Ш-ІО - ВАТНО
2.3. Реакция изомеризации при термической активации
3. Фотоиндуцированные электронодонорные свойства зеленого флуоресцентного белка
3.1. СТТБ-подобные состояния в кластерных моделях
3.2. Влияние водородных связей с фенильным фрагментом хромофора на его электронные свойства
4. Изучение фотореакции в ВЬОТ доменах
4.1. Рецепторное и сигнальное состояния ВЫ1Р домена белка АррА
4.1.1. Анализ литературных данных
4.1.2. Структуры сигнального и рецепторного состояний, полученные методом КМ/ММ !
4.1.3. Особенности динамики рецепторного состояния
4.2. Механизм фотореакции в ВИЗГ домене
4.2.1. Анализ литературных данных
4.2.2. Полученный механизм

4.3. Точечные мутации в ВЦОТ домене белка АррА
4.4. Методический аспект
5. Изучение путей передачи сигнала в белке В1гР
5.1. Нативная форма белка В1гР
5.2. Мутанты белка В1гР
6. Бактериальная светособирающая антенна ЬН
Выводы
Литература
Основные публикации по теме диссертации

Введение
Множество процессов в живых системах, происходящих при фотовозбуждении белков, лежат в основе таких явлений, как фотосинтез, передача нервных импульсов, регулирование биохимических реакций. Работа посвящена моделированию свойств ряда фоторецепторных белков с различными хромофорными группами. В случае ретиналя в родопсине в результате взаимодействия со светом происходит цис-транс изомеризация хромофора. Во флавин-содержащих белках изменения претерпевает локальное окружение хромофора с формированием новых межмолекулярных связей. При действии света на зеленый флуоресцентный белок происходит переход из одной протонированной формы хромофора в другую. Изменение оптических свойств комплексов светособирающих антенн в бактериальных фотосистемах, в частности, связано с изменением взаимного расположения хромофорных молекул бактерохлорофилла в белке.
Современные методы компьютерного моделирования оказывают существенную поддержку экспериментальным исследованиям сложных биомолекулярных систем, позволяя визуализировать отдельную молекулу, провести расчеты её геометрической конфигурации, оптических и колебательных спектров. На основании результатов расчетов молекулярных систем, моделирующих фоторецепторные белки, можно проводить интерпретацию экспериментальных данных и прогнозировать структуру и свойства новых перспективных вариантов белков.
Фотовозбуждение биомолекулярных систем приводит к каскаду реакций, часть из которых происходят на возбужденных поверхностях потенциальной энергии (ППЭ), после чего система переходит в основное электронное состояние, где и продолжается процесс. Поэтому значительный вклад в изучение фоторецепторных белков можно внести, исследуя поведение

2.2.2. Энергия вертикального Эо-Э-! перехода
Для расчета энергии вертикального 80—К ] перехода была использована расширенная техника построения эффективных гамильтонианов. Известно, что процедура за-СЛ88СР не всегда приводит к получению правильного порядка следования состояний. В частности, в нашем случае состояние, отвечающее переходу НОМО-ЬиМО, т.с. возбуждению с высшей занятой орбитали на низшую свободную орбиталь, является четвертым (рис. 2.4). Многоконфигурационная теория возмущений Меллера-Плессе второго порядка (МИМР2) изменила порядок состояний, однако не дала правильной количественной оценки.

Рис. 2.4. Энергии вертикальных переходов с основного на низколежащие синглетные состояния, рассчитанные методами САББСР, МКМР2, aug-MCQDPT2.
Для получения правильной количественной оценки использовалась расширенная техника построения эффективных гамильтонианов с модельным пространством, включающим первые 20 состояний. Эти состояния были
энергия, эВ

Экспериментальное
значение
САЭЭСР МРШР2 аид-МССЮРТ