Компьютерное моделирование и статистический анализ самоорганизующихся молекулярных систем на основе пептидов

• Автор: Шайтан, Алексей Константинович
• Шифр специальности: 02.00.06
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2010
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 150 с. : ил.

Содержание
Введение

Глава 1. Принципы самоорганизации белковых и пептидполимерных структур

1.1. Пептиды и их строение

1.2. Пространственна я структура белков.

1.3. Термодинамика формирования пространственной структуры белков

1.4. Амилоиды и амилоидные фибриллы.

1.5. Молекулярные химеры и принципы их построения.

1.6. Гибриды тиофенов и пептидов

Глава 2. Некоторые методы компьютерного моделирования и анализа . .

2.1. Методы молекулярной динамики и механики

2.2. Методы расчета свободной энергии.
2.3. Молекулярные поверхности.
Глава 3. Изучение гидратации аминокислот у поверхности воды.
3.1. Введение.
3.2. Постановка задачи
3.3. Методы расчт
3.4. Результаты и обсуждение
3.0. Выводы к главе
Глава 4. Анализ распределения звеньев в глобулярных белках
4.1. Введение.
4.2. Постановка задачи
4.3. Создание набора белков.
4.4. Методы расчтов
4.5. Зависимость статистики от размера белков.
4.6. Статистический анализ доступных поверхностей аминокислот.
4.7. Корреляции с экспериментальными шкалами гидрофобпости
4.8. Факторы, влияющие на распределения аминокислот.
4.9. Выводы к главе.
Глава 5. Самоорганизующиеся тиофенпептидные диблок олигомеры . .
5.1. Введение
5.2. Постановка задачи.
5.3. Рациональный компьютерный дизайн моделей.
5 4. Моделирование однослойных фибрилл в объме.
5.5. Моделирование на подложке, виртуальная АСМ
5.0. Моделирование двуслойных фибрилл .
5.7. Упорядочение тиофеновых сегментов .
5.8. Сравнение эксперимента и моделирования
5.9. Выводы к главе
Заключение
Литература


В последнее время также широкое распространение получили исследования, связанные с искусственным синтезом определнных пептидных последовательностей, а также гибридных молекул спитепгноский полимер пептид как для биотехнологических приложений, так и для создания новых перспективных материалов. Способность природных аминокислотных последовательностей с высокой точностью сворачиваться в уникальную пространственную структуру является образцом для подражания 1и разработке новых материалов в области нанотехнологий. Следует выделить ещ несколько общих свойств белковых структур, изучение которых, в том числе, весьма полезно для различных технологических приложений. Вопервых, это возможность белков смоорганизовываться в надмолекулярные структуры с поразительными механическими и прочностными характеристиками. Так, некоторые типы паутины по своим прочностным характеристикам сравнимы со сталыо. При этом они обладают эластичностью, как у резины , благодаря самосборке молекул в структуры содержащие как кристаллические участки, гак и аморфные. Вовторых, следует отметить замечательное свойство адаптивности, которым природа наделила пептидные системы. Адаптивность относится как к подстройке свойств системы благодаря изменению пептидной последовательности без этого не могла бы происходить эволюция живых систем, так и к изменению свойств под воздействием внешних условий среды. Строение белков, их химическая структура и принципы организации подробно изложены во многих учебниках и монографиях например, ,. Природные пептиды являются результатом реакции пол и конденсации Ьааминокислот см. С и X атомами, особенностью которой является ее планарность изза размывания электронной плотности С О связи также и па СМсвязь. Рис. Пример химической формулы пентапептида, желтым цветом выделены пептидные связи между амннокилотными остатками. Природные пептиды состоят из типов аминокислот одна из которых, иролин, является. Соатомом. Их положение в белковой цепи кодируется генами. Однако последующая модификация белка иногда увеличивает разнообразие аминокислот. Все природные аминокислоты являют аминокилотами. Наличие в природных пептидах лишь одного типа энантиомеров имеет важное значение при формировании как пространственной, так и надмолекулярной структуры, поскольку влияет на хиральность этих структур. Список всех природных аминокислот и их формулы приведены в приложении А. По принятой классификации амннокилоты разделяют но свойствам их боковых цепей на гидрофобные, ароматические, полярные, положительно заряженные и отрицательно заряженные. Связь между хиральностью аминокислот и хиральностью формируемых из пептидов структур определяется уже энергетической выгодностью того или иного расположения. Стерически для пептидов из аминокислот разрешены как правые, так и левые альфаспирали, однако в реальности наблюдаются только правые. А амилоидные фибриллы, состоящие из беталистов, обладают свойствами лево закрученной ленты. Хиральность аминокислоты можно определить посредством мнемонического правила см. Саатом аминокислоты так, чтобы атом водорода был направлен от наблюдателя. СООН. Рис. Иллюстрация стереонзомерии аминокислот, слева аминокислота в Ivформе, справа в форме. Сконцу. Конформация пептидов обычно описывается в терминах торсионных двугранных углов остова пептидной цепи ф. Торсионные углы вращения вокруг соответствующих связей определяются как двугранные углы меджу плоскостями. По договорнности для абсолютно вытянутой конформации пептидной цепи когда все пептидные связи лежат в одной плоскости углы ф и ф принимаются равными 0. Опять же по договорнности, если смотреть со стороны атома, то торсионные углы фиф увеличиваются, когда азот или карбонильный углерод, соответственно, крутятся по часовой стрелке. Планарная пептидная связь, за которой закреплн угол , теоретически может находится в i 0 п 0 конформациях. Однако стерическое отталкивание Саатомов приводит к тому, что почти все пептидные связи в белках находятся в i конформациях. Исключение составляет лишь пептидная связь, предшествующая пролину имино, а не аминокислоте так как в пролине два почти симметричных массивных радикала при атоме, то для этой связи конформация лишь не намного лучше, чем i. Рис. Торсионные углы и длины связей в пептидной последовательности.