Торсионная лабильность пептидной группы в организации α- и β-вторичных структур олигопептидов. Квантово-химический анализ

• Автор: Самченко, Александр Анатольевич
• Шифр специальности: 03.01.02
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2011
• Место защиты: Пущино
• Количество страниц: 167 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ
Актуальность проблемы
Цель и задачи исследования
Научная новизна работы
Практическая значимость работы
ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ
§ 1. Эволюция представлений о структуре белков (типы вторичных
структур, основные пространственные формы белков)
§ 2. Постулат Л.Полинга и Р.Кори о структуре пептидной группы
§ 3. Торсионная лабильность пептидной группы в амидах
§ 4. Взаимодействие аминокислотных остатков с пептидными группами
и друг с другом в структуре олигопептидов и белков
§ 5. Роль водного окружения в фолдинге пептидов и белков
§ 6. Гидрофобные и электростатические взаимодействия в белках
МЕТОДЫ КОМПЬЮТЕРНОЙ ХИМИИ
§ 1. Методы компьютерного моделирования
§ 2. Методы молекулярной механики
§ 3. Методы, основанные на представлениях молекулярных орбиталей
а) Основные положения теории молекулярных орбиталей
б) Полуэмпирические квантово-химические методы расчетов
в) Неэмпирические (ab initio) квантово-химические методы
г) Смешанные «гибридные» QM/MM - методы
§ 4. Обоснование выбора методики расчетов
§ 5. Детали расчетов

РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ
Глава I. Торсионная лабильность пептидной группы в простейших
модельных молекулах амидов
Глава II. Исследование зарождения «нативности» регулярной структуры аминокислотной последовательности на примере структурообразования
моно- и дипептидов
§ 1. Новый взгляд на карты Рамачандрана. Влияние непланарности
пептидной группы и внутримолекулярной водородной связи на структурную
организацию монопептидов
§1.1. Монопептиды глицина, пролина и аланина
§ 1.2. Монопептиды 17 других природных метиламид-Т4-ацетил-Ь-
аминокислот
§ 2. Вклад К- и С- концевых эффектов в структурный полиморфизм
пептидной группы
§ 3. Особенности формирования карт Рамачандрана дипептидов природных
аминокислот (метиламид-М-ацетил-ди-Ь-аминокислот)
§ 4. Оценка вклада нековалентных внутримолекулярных взаимодействий в
организацию вторичной структуры олигопептидов
Глава III. Влияние молекул связанной воды на структурную организацию
пептидов
§ 1. Влияние водородных связей и молекул связанной воды на исходную
бистабильность пептидной группы в простейших амидах
§ 2. Термодинамическая роль связанной воды в формировании устойчивых
форм вторичных структур дипептида лизина
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ВЫВОДЫ
СПИСОК РАБОТ АВТОРА ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

ВВЕДЕНИЕ
АКТУАЛЬНОСТЬ РАБОТЫ:
Исследование механизмов сворачивания полипептидных цепей в нативную структуру, остается одной из фундаментальных проблем физикохимической биологии.
В настоящий момент существует большое количество теорий фолдинга белков (теория каркасной модели [1,2], теория гидрофобного коллапса [3-5], теория нуклеации-конденсации [6,7] и другие), однако нет единой точки зрения, в какой момент времени происходит фолдинг - котрансляционно [8,9] или посттрансляционно [10]. Несмотря на противоречивость этих высказываний, они все основаны на том, что информации, содержащейся в линейных полимерах аминокислот, вполне достаточно для формирования трехмерных структур. При этом существует два взгляда на образование нативных конформаций белков: кинетический - векторная природа
биосинтеза белка (синтез от И- к С-концу белка, что позволяет избегать «кинетических ловушек», лимитирующих скорость ренатурации у больших белков) [11], термодинамический - минимизация энергии полипептидной цепи (достижение развернутой полипептидной цепью наиболее термодинамически стабильного конформационного состояния молекулы, которым характеризуется нативная структура) [12]. Большинство исследователей направляют свои силы в основном на изучение укладки уже сформированных вторичных образований в нативные пептиды и белки, нет четкого видения необходимости исследования механизма начальной стадии организации регулярной структуры полипептидных цепей. Считается, что вторичные структуры формируются путем минимизации общей энергии определенных аминокислотных последовательностей.
Как следствие, в настоящее время различные методики предсказывания структур белков и пептидов работают, максимум на 60%, что, конечно же, является не вполне удовлетворительным результатом. С помощью таких методик довольно сложно моделировать различные биомолекулы (в том
максимальным числом внутримолекулярных контактов между валентнонесвязанными атомами.
Предположение о согласованности в нативной конформации белка всех внутримолекулярных взаимодействий открывает принципиальную возможность для поэтапного, фрагментарного подхода к решению проблемы структурной организации белковой макромолекулы. Это можно осуществить путем учета, помимо валентных взаимодействий, еще трех других, невалентного типа взаимодействий, определяющих конформационное состояние каждого аминокислотного остатка в трехмерной структуре. К ним можно отнести, во-первых, взаимодействия атомов одного остатка с атомами двух смежных пептидных групп (ближние взаимодействия), во-вторых, взаимодействия остатка с соседними в последовательности остатками (средние взаимодействия) и, в-третьих, взаимодействия остатка с удаленными по цепи остатками (дальние взаимодействия) (рис. 7). Такое предложенное разделение взаимодействий, конечно, до некоторой степени условно. Однако среди возможных других оно представляется качественно наиболее естественным.
Рис.7. Модельные ближние (а), средние (б) и дальние (в) взаимодействия валентно-несвязанных атомов аминокислотных остатков, определяющих пространственную структуру белка.
Изучение в таком эмпирическом представлении ближних взаимодействий между валентно-несвязанными атомами в свободных аминокислотных остатках представляет особый интерес. Эти взаимодействия