Теоретическое исследование анизотропии механических свойств белковых молекул

• Автор: Фалькович, Станислав Григорьевич
• Шифр специальности: 02.00.06
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2011
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 108 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ.

1.1. Экспериментальное изучение механических свойств отдельных полимерных молекул

1.2. Механические свойства глобулярных белков

1.3. Механические свойства фибриллярных белков.

ГЛАВА 2. ИССЛЕДОВАНИЕ МЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ

УБИКВИТИНА

2.1. Модель и метод исследования.

2.1.1. Модель объединнных атомов.

2.1.2. Полноатомная модель

2.2. Результаты моделирования растяжения убиквитина
2.2.1. Зависимость силы реакции от растяжения..
2.2.2. Структурные изменения, происходящие в молекуле убиквитина
при деформации
2.2.4. Разрушение ядра сворачивания.
ГЛАВА 3. ИССЛЕДОВАНИЕ МЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ МИОЗИНА
3.1. Модель и метод исследования.
3.2. Результаты моделирования растяжения миозина.
3.2.1. Деформация вдоль оси суперспирали.
3.2.1.1. Зависимость силы реакции от растяжения
3.2.1.2. Структурные изменения в молекуле миозина
3.2.1.3. Механизмы сдвиговой деформации и продольной деформации одной из цепей.
3.2.2. Поперечная деформация миозина.
3.2.2.1. Поперечная деформация миозина со скоростью 1 нмпс
3.2.2.2. Поперечная деформация миозина со скоростью 3 нмпс
3.2.2.3. Поперечная деформация миозина со скоростью нмпс
3.2.2.3. Обсуждение механизмов поперечной деформации
3.2.3. Сравнение поперечной деформации со сдвиговой деформацией и
продольной деформацией одной из цепей.
БЛАГОДАРНОСТИ
ВЫВОДЫ.
СПИСОК ПУБЛИКАЦИЙ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ


Впервые проведено компьютерное моделирование механического растяжения макромолекулы глобулярного белка в направлениях с постоянной скоростью. Установлено, что модель объединнных атомов и нолноатомная модель позволяют получить согласующиеся друг с другом результаты. Показано, что разворачивание белковой глобулы начинается в окрестности точек приложения нагрузки, а наиболее стабильными элементами
молекулярной структуры глобулярного белка являются аспираль и Ршпилька. Найдены направления приложения нагрузки, растяжению в которых белковая глобула сопротивляется в наименьшей степени. Установлено, что эти направления могут не совпадать с координатой реакции е спонтанного разворачивания. Впервые методом молекулярной динамики проведено моделирование растяжения фибриллярного белка с постоянной скоростью в продольном и поперечном направлениях. Установлено, что при его продольной деформации вначале происходит раскручивание суперспирали и разворачивание аспиральных витков на концах цепей, затем разворачивание аспиральных витков внутри обеих спиралей и в конце растягиваются развернутые участки цепей. Показано образование новых гидрофобных контактов и водородных связей между разврнутыми участками цепей. Предложен механизм поперечной деформации белковой суперспирали, состоящий во взаимодействии одной из цепей с суперспиральной частью молекулы белка. Положения, выносимые на защиту. Для всех направлений растяжения разворачивание молекулы глобулярного белка убиквитина начинается в пространственной близости от точек приложения нагрузки. В процессе деформации молекулы аспираль и Ршпильки разрушаются в последнюю очередь, если нагрузка не приложена непосредственно к ним. У молекул глобулярного белка направление с наименьшей степенью сопротивления растяжению и координата реакции спонтанного разворачивания не обязательно совпадают. Сила реакции при растяжении белковой суперспирали в продольном направлении превышает силу реакции при е поперечной деформации. Продольная деформация белковой суперспирали проходит в три этапа раскручивание суперспирали и разворачивание аспиральных витков на концах цепей разворачивание витков внутри обеих аспиралей растяжение уже развернутых участков цепей. В зависимости ог скорости растяжения возможны два механизма разворачивания белковой суперспирали поэтапное разделение цепей без их взаимодействия с суперспиральиой частью молекулы при больших скоростях растяжения и разделение при наличии такого взаимодействия при меньших скоростях растяжения. Практическая значимость. Согласие между результатами моделирования, полученными с использованием обобщенной и полноатомной моделей, позволяет исследовать механические свойства глобулярных белков, используя только обобщенные модели, что значительно ускоряет расчеты. Полученные результаты могут быть использованы при разработке гибридных материалов для биомедицинских приложений, обладающих повышенной прочностью, а также для разработки молекулярных машин на основе суперспиральных белков. Апробация работы и публикации. Основные результаты работы представлены на шестом симпозиуме Порядок и подвижность в полимерных системах СанктПетербург, Россия, Июнь , Европейском полимерном конгрессе Граз, Австрия, Июль , Международном симпозиуме Достижения полимерной науки Майнц, Германия, Июнь , Международной конференции Новые направления в теории и компьютерном моделировании полимеров Россия, Москва, Июнь , четвртой и пятой петербургских конференциях молодых учных Современные проблемы науки о полимерах Россия, СанктПетербург, Апрель и Октябрь , первой международной научной школе Наноматериалы и нанотехнологии в живых системах Россия, Москва, июнь . По материалам диссертации опубликованы восемь работ в том числе 2 статьи в рецензируемых журналах. Структура и объм работы Диссертационная работа состоит из введения, трх глав, выводов, списка цитируемой литературы наименований. Работа изложена на 8 страницах, включает рисунка, 9 таблиц и 3 приложения. Личный вклад автора состоял в проведении компьютерного моделирования изученных систем, в обработке, анализе и интерпретации полученных результатов, а также в подготовке докладов и публикаций.