Компьютерное моделирование биомиметических макромолекул

• Автор: Чертович, Александр Викторович
• Шифр специальности: 02.00.06, 01.04.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2003
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 120 с. : ил

СОДЕРЖАНИЕ
Содержание.
Введение.

1. Обзор литературы.

1.1. Биологические макромолекулы и биомиметика

1.2. Сворачивание биологических макромолекул в уникальную

пространствен ную структуру

1.3. Гстерополимер со случайной последовательностью как модель

глобулярного белка.

1.4. Белковоподобные АВсонолимеры пример конформационнозависимого синтеза

1.5. Эволюционные атгоритмы синтеза первичных последовательностей

1.6. Сополимер с насыщающимися связями как пример
РНКподобных полимеров.
1.7. Строение и вторичная структура макромолекул РНК.
1.8. Компьютерная модель полимерной цепи с флуктуирующей
длиной связи.
2. Зависимость статистических свойств белковоподобной последовательности от условий проведения эксперимента.
2.1. Описание модели.
2.2. Статистические свойства первичных последовательностей белковоподобных сополимеров
2.3. Итерационный механизм конформационнозависимого синтеза.
2.3. Влияние относительного состава сополимера
на статистику первичной последовательности.
2.5. Влияние компактности материнской конформации
3. Моделирование глобул с акгивным центром.
3.1. Простейшая модель АВСглобулы с активным центром.
3.2. Восстановление активного центра
3.2.1. Сборка ядра активного центра при коллапсе из клубка
3.2.2. Восстановление ранее разрушенного активного
центра внутри глобулы.
3.3. Влияние первичной последовательности на структуру глобулы.
4. АВсополимеры с насыщающимися связями.
4.1. Метод мулътиканонического моделирования.
4.2. Модель сополимера с насыщающейся АВ связью
и кооперативными свойствами.
4.3. Свойства сополимера со случайной последовательностью
4.4. Свойства сополимера со специально приготовленными последовательностями переходы клубокглобулашиилька
4.5. Влияние жесткости на переходы клубокглобулашпилька
4.6. Вырожденность вторичной с груктуры в основном состоянии.
4.7. Влияние флуктуаций на свойства сополимеров с
насыщающимися связями
5. Эволюционные процедуры для оптимизации и синтеза сополимерных последовательностей.
5.1. Биоэволюционный подход к конформационнозависимому синтезу
5.2. Эволюционный синтез белковоподобных последовательностей.
5.3. Эволюция РНКподобных сополимеров.
Заключение
Литература


Инженерия биополимеров, то есть внесение конструктивных изменений в отдельные фрагменты, но всей вероятности, позволит добиться существенного расширения спектра их практического применения. Однако, неизмеримо более широкие перспективы открылись бы перед нами, если бы мы сумели перейти от реконструкции макромолекулярных систем, созданных природой, к конструированию их принципиальных аналогов, быть может из совершенно других фрагментов, возможно настроенных на выполнение иных конкретных функций, и н условиях, не свойственных биополимерам, но настроенных и функционирующих с биологической рациональностью и эффективностью. Одна из таких задач создание полимерных катализаторов разнообразных реакций, которые работают по принципу ферментов и приближаются к ферментам по активности и избирательности действия . Общеизвестно, что ферменты несоизмеримо продуктивнее лучших катализаторов небиологического происхождения, используемых химической промышленностью. Известно также, что белки представляют собой весьма сложные молекулярные конструкции, точное воспроизведение которых небиологическими способами весьма трудная залача. Преодолеть огромный разрыв между синтетическими биополимерами в обозримые сроки еще недавно казалось практически невозможным. Вместе с тем, не нужно доказывать, сколь привлекательна перспектива конструирования искусственных ферментов небелковой природы, настроенных на катализ практически важных реакций. Это позволило бы с колоссальной эффективностью получать промышленно важные продукты в малых реакционных объемах и без существенных энергетических затрат. Однако, предпосылки постановки исследований и научные основы создания подобных систем пока все же базируются на традиционных представлениях о макромолекулах или ассоциатах макромолекул, выполняющих функции носителей каталитически активных функциональных групп, как о статических ансамблях, которые имеет смысл характеризовал только усредненными параметрами средними размерами молекулярных цепей, средней концензрацией звеньев, средним составом и распределением по составу и тому подобное. Словом, они укладываются в рамки обычной статистики гибких макромолекул. Согласно этим представлениям, сыгравшим. Между макромолекулярными системами указанного типа и ферментами существует принципиальное различие. Проблему создания искусственного фермента, строго говоря, трудно даже обсуждать, оперируя только усредненными характеристиками и игнорируя то, что макромолекула является самостоятельным архитектурным ансамблем, в условиях синтеза и последующего функционирования в качестве катализатора. Иными словами, архитектура макромолекулы как целого или, по крайней мере, достаточно большой ее области, прилегающей к каталитически активной функциональной группе, в искусственном ферменте, как и в естественном, должна играть определяющую роль. Вот здесь мы и сталкиваемся с существенными трудностями даже при самой постановке задачи синтеза сополимеров небелковой природы, обладающих свойствами ферментов. Нетрудно видеть, что удовлетворение упомянутых структурнодинамических требований возможно только путем создания совершенной организации внутри макромолекулыкатализатора, воспроизводящейся от частицы к частице и не претерпевающей кардинальных изменений во времени, то ссгь достаточно стабильной и способной лишь обратимо деформироваться в ходе каждого реакционного цикла. В случае белков необходимая структурная организация в области активного центра и отстоящих от него областях возникает в рамках третичной структуры белковой молекулы. Она определяется закодированным аминокислотным составом и последовательностью аминокислот в цепи и, следовательно, автоматически оказывается идентичной для всех белковых глобул. Один из наиболее простых и естественных способов осознать и научится перенимать принципы создания и функционирования биологических макромолекул понять процесс сворачивания белков в основное состояние, когда образуется пространственная структура, устойчивая во времени и одинаковая для всех экземпляров этого белка. Но и это далеко не простой вопрос.