Компьютерное исследование влияния высокого давления и температуры на структуру и функцию РНК-связывающего белка семейства Nip7 архей

• Автор: Медведев, Кирилл Евгеньевич
• Шифр специальности: 03.01.09
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2014
• Место защиты: Новосибирск
• Количество страниц: 211 с. : ил.

Оглавление
Оглавление

Список сокращений:

Введение

Глава 1. Обзор литературы

1.1. Живые системы в условиях высоких давлений

1.2. Влияние высокого давления на функции живых систем

1.2.1. Влияние высокого давления на физиологические процессы микроорганизмов.

1.2.2. Влияние высокого давления на метаболизм белков

1.2.3. Влияние высокого давления на мембранные белки

1.3. Влияние высокой температуры на функции живых систем
1.3.1. Гипертермофильные микроорганизмы -основа биотехнологий
1.3.2. Молекулярные адаптации и влияние температуры на метаболизм белков
1.3.3. Термостабилыюсть белков
1.3.4. Термодинамическая стабильность белков
1.3.5. Кинетическая стабильность белков
1.3 .6. Сравнение стабильности мезофильных и термофильных белков
1.4. Влияние повышенных давлений на структуру и функцию белков
1.5. Изучение влияние высокой температуры и давления на структуры белков методами молекулярной динамики
1.5.1. Теоретические основы молекулярной динамики
1.5.2. Протокол молекулярно-динамического эксперимента
1.5.3. Моделирование молекулярной динамики белка in silico
1.5.4. Изучение термостабильности белков методами молекулярной динамики
1.5.5. Моделирование белков в условиях повышенных давлений
1.6. Краткая характеристика архей рода Pyrococcus
1.7. Белок Nip7 Pyrococcus abyssi
1.8. PUA домен
1.9. Функции белка Nip7 и его близких гомологов
1.10. Методы сравнительного анализа аминокислотных последовательностей для выявления механизмов адаптаций белков к экстремальным условиям
1.10.1. Анализ аминокислотного состава белков термофильных и мезофильных организмов

1.10.2. Анализ аминокислотных остатков специфичных к температуре и давлению у
термофильных и мезофильных организмов
1.11. Заключение по обзору литературы и постановка задачи исследования
Глава 2.Материалы и методы
2.1. Модели белков
2.2. Подготовка моделей к моделированию молекулярной динамики
2.3. Моделирование молекулярной динамики
2.4. Сравнение моделей и оценка подвижности полипептидной цепи
2.5. Анализ вторичной структуры
2.6. Зависимость конформационных параметров моделей от температуры, давления и белковой последовательности
2.7. Анализ солевых мостиков
2.8. Визуализация трехмерных структур
2.9. Статистический анализ
2.10. Предсказание сайтов белок-белковых взаимодействий
2.11. Поиск и выравнивание гомологичных белков архей
Глава 3. Молекулярное моделирование белковых структур Nip7 глубоководного и мелководного организмов
3.1. Стабильность моделей белков
3.2. Взаимодействие с растворителем
3.3. Локальная структура полипептидной цепи
3.4. Анализ вторичной структуры белка
3.5. Флуктуации полипептидной цепи
3.6. Анализ солевых мостиков
3.7. Влияние типа белка на динамику белковой структуры
3.8. Эффект влияния температуры и давления на структуру и динамику белка Nip7 .„
3.9. Влияние высокого давления и температуры на функцию белка Nip
3.10. Различия в динамики белков мелководного и глубоководного организмов и их эволюционное значение
Глава 4. Поиск мутаций, связанных с адаптацией к экстремальным условиям в белках
Nip7 архей
4.1. Анализ специфичных позиций
Заключение
Выводы
Список литературы:

Приложение №I
Приложение №
Приложение №
Приложение №
Приложение Ха
Приложение №
Приложение №
Приложение №
Приложение №
Приложение №

взаимодействия во внутренней части белка обуславливают прочные связи между заряженными участками и молекулами воды.
Следует отметить, что, несмотря на интенсивные исследования влияния высоких давлений на стабильность и активность белка, до сих пор многие детали этих воздействий остаются неясными (Bowman et al., 2011). Относительно узкий интервал значений температуры и давления, в котором белки поддерживают свою нативную структуру, делает этот механизм более интригующим. Независимо от механизма, известно, что гидрофобные взаимодействия важны для стабильности белковых структур, хотя точная роль этих взаимодействий всё ещё вызывает разногласия. Гидрофобные взаимодействия отличаются от других взаимодействий своей температурной зависимостью. В то время как сила других взаимодействий уменьшается при увеличении температуры, сила гидрофобных взаимодействий наоборот увеличивается (Franks et al., 1973). Давление же наоборот уменьшает их силу (Caffarena et al., 2004). Учитывая, что гидрофобные взаимодействия играют важную роль в упаковке белка, можно предположить, что ослабление этих взаимодействий может быть основной причиной денатурации под воздействием высокого давления. В своей работе Ferarra с соавторами (Ferrara et al., 2012) изучали формирование гидрофобных кластеров из неполярных сферических частиц, взаимодействующих согласно потенциалу Леннарда-Джонса в воде. Исследование проводилось методом молекулярной динамики. Результаты показали, что давление практически не влияет на агрегацию гидрофобных частиц при температуре равной или ниже 270 К. То есть система Леннард-Джонсоновских частиц при таких температурах остаётся хорошо растворимой независимо от давления. При более высоких температурах наблюдается формирование кластеров частиц при нормальном давлении (0,1 МПа), которые диссоциируют при увеличении давления. Повышение температуры приводит к увеличению среднего размера кластеров неполярных частиц при одинаковом давлении. Однако при температуре 500К гидрофобные частицы теряют способность к