Механизм ферментативных реакций гидролиза гуанозинтрифосфата по результатам молекулярного моделирования

• Автор: Шадрина, Мария Сергеевна
• Шифр специальности: 02.00.17
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2008
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 127 с. : ил.

Оглавление
Введение

Глава 1. Литературный обзор.

1.1. Методы молекулярного моделирования, использованные в работе

1.1.1. Комбинированный метод квантовой и молекулярной механики

на основе потенциалов эффективных фрагментов.

1.1.2. Метод молекулярного докинга.

1.1.3. Метод молекулярной динамики

1.2. Объекты исследования семейство ГТФаз.

1.2.1. Общие сведения о ГТФазах.

1.2.2. Мономерный белок

1.2.3. Белковый фактор
1.2.4. Гетсротримерный белок .
1.2.5. Мономерный белок .
1.2.6. Гетеротримерный белок .
1.2.7. Мономерные белки .
1.2.8. Мономерные белки .
Глава 2. Моделирование реакции гидролиза гуанозиитрифосфата в белке .
2.1. Сравнение конформаций пептидных цепей в белках и .
2.2. Молекулярный докннг.
2.3. Молекулярная динамика.
2.4. Результаты расчетов методом КМММ.
2.5. Сравнение механизмов гидролиза ГТФ в белках и .
Глава 3. Моделирование реакции гидролиза гуанозиитрифосфата в белке .
3.1. Сравнение кристаллических структур белка
3.2. Молекулярная динамика.
3.3. Расчеты КМММ модель закрытой конформации
3.4. Расчеты КМММ модель открытой конформации
3.5. Сравнение механизмов гидролиза ГТФ для двух моделей.
Глава 4. Сравнительный анализ дез алей механизма гидролиза ГТФ для систем р2Шак, р2ШаЯа8САР, ЕЕТи, ЕЕТиаагРНКрибосома
4.1. Сопоставление данных моделирования структуры и энергии
4.2. Расчет кинетического изотопного эффекта КИЭ
4.2.1. Экспериментальное определение КИЭ.
4.2.2. Методика расчета КИЭ
4.2.3. Результаты расчетов.
Глава 5. Исследование активных центров различных ГТФаз
5.1. Моделирование ферментсубстратного комплекса для белка
5.2. Моделирование ферментсубстратного комплекса для белка Яап.
5.3. Моделирование фсрментсубстратного комплекса для белка вБ.
5.4. Сравнительный анализ строения активных центров ГТФаз
5.5. Другие важные примеры ГТФаз.
5.5.1. Мономерный белок Кар1
5.5.2. Мономерный белок ЛаЬЗЗ.
5.5.3. Белковые факторы.
ЗаключениеИЗ
Основные результаты и выводы.
Список литературы


Оказалось, что применение жесткого докинга для поиска места связывания среди всей поверхности белка позволило установить место связывания и расположение лигандов с достаточно высокой точностью среднее отклонение положений атомов от соответствующих рентгеноструктурных данных составило от 0,1 до 1,0 А. В нашей работе с помощью программы АиЫоск были проведено исследование адекватности использования аналогов ГТФ для получения структур вбелков в активном состоянии. Было показано, что ГТФ обладает большей комплементарностыо к Обелкам, чем его аналоги. Всего в работе были проанализированы структур ферментсубстратных комплексов. Результаты докинга ГТФ в различные белковые системы также свидетельствуют о возможности использования профаммы АШобоск для получения начальных геометрических конфигураций активных центров белков, которые затем могут быть использованы для моделирования ферментативных реакций. Начальные координаты тяжелых атомов для расчета берутся из структур, содержащихся в банке данных белковых структур . Общая схема работы с программой 3. Подготовка структуры. На первом этапе происходит подготовка структуры. Для этого исходный файл с комплексом белка и лиганда разделяется на два файла. Первый из этих файлов содержит координаты белка, катиона магния и для некоторых случаев молекулы воды. Второй содержит координаты молекулы ГТФ. К молекулам белка, воды и ГТФ добавляются полярные атомы водорода атомы водорода, связанные с атомами О, , Р с помощью утилиты , реализованной в рамках программы . Каждому атому присваиваются частичные атомные заряды силового ноля с помощью утилизы . Коллмапа для атомов аминокислот с объединенными неполярными атомами водорода . Каждому атому белка присваиваются параметры сольватации с помощью модуля . Расчет энергетических карт. Для расчета энергетических карт используется модуль i, также входящий в состав пакета . Строится трехмерная решетка из равностоящих в трех направлениях x,, точек, которая включает в себя весь объем молекулы белка. В каждый узел решетки помещается пробный атом для всех типов атомов, присутствующих в молекуле ГТФ С, Р, О, , Н, и рассчитывается энергия взаимодействия его со всеми атомами белка. Таким образом генерируются энергетические карты для атомов С, Р, О, , Н и электростатическая карта. В данной работе расстояние между точками в решетке составляло 0,5 А, число точек х х . Расчет энергии водородных связей и вандерваальсовых взаимодействий осуществлялся в соответствии с потенциалами ЛеннардДжонса и 6 в качестве межатомных расстояний и энергий диссоциации использовались параметры силового поля . При расчете карт электростатических взаимодействий была использована зависимость диэлектрической проницаемости от расстояния МехлераСолмайера. Докинг молекулы ГТФ в белок. Далее с использованием заранее рассчитанных энергетических карг проводится непосредственно поиск оптимального положения молекулы ГТФ в белке с помощью программы . Для этого мы использовали ламарковский генетический алгоритм с
, локальным поиском по измененному методу Солиса и Вэтса . Каждый докилг начинался со случайного положения лиганда в пространстве. Максимальное число поколений составляло 1 х 6, число особей в каждом поколении , максимальное число оценок энергии 1 х . В расчете каждой задачи выполнялось 0 докингов. Обработка результатов. Результат каждой задачи представлял собой набор из 0 конфигураций лиганда, каждая из которых соответствовала минимуму энергии взаимодействия лигандбелок, найденному в результате соответствующего докинга. Среди всех полученных положений лиганда в результате последующего анализа отбиралась конфигурация, отвечающая минимальной энергии взаимодействия лигандбелок. Гст координаты соответствующего атома из рентгеноструктурных данных, число атомов, для которых производится расчет . Метод молекулярной динамики представляет собой компьютерный эксперимент по моделированию поведения молекулярной системы во времени с помощью численного интегрирования уравнений движения классической механики ,. Силы, используемые в молекулярной динамике, могут иметь различное происхождение. В квантовой молекулярной динамике метод Карааринелло силы вычисляются с помощью iii методов.