Теоретическое исследование сворачивания белков и пептидов

• Автор: Галзитская, Оксана Валериановна
• Шифр специальности: 03.00.02
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2006
• Место защиты: Пущино
• Количество страниц: 259 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР

1.1. Проблема сворачивания белка

1.2. Открытие одностадийного перехода всеилиничего в кинетике

1.3. Ядра сворачивания и скорости сворачивания

экспериментальные работы

1.4. Ядра сворачивания и скорости сворачивания теоретические работы

1.5. Сворачивание 3шпилек

1.6. Экспериментальные работы по сворачиванию Ршпилек

1.7. Скорость сворачивания Рструктуры

1.8. Теоретические работы по сворачиванию ршиилек
1.9. Предсказание границ доменов
1 Предсказание нативноразвернутых участков белковой цепи
1 Предсказание амилоидогенных участков белковой цепи
ГЛАВА 2. РАЗВИТИЕ МЕТОДА ДЛЯ ПРЕДСКАЗАНИЯ ЯДЕР СВОРАЧИВАНИЯ В ГЛОБУЛЯРНЫХ БЕЛКАХ
2.1. Условия моделирования точка термодинамического равновесия
2.2. Сеть путей разворачивания белка
2.3. Оценка свободной энергии
2.4. Переходные состояния на путях разворачивания белка
2.5. Анализ сети путей разворачивания белка при помощи метода динамического программирования поиск оптимального переходного состояния.
2.6. Полный набор возможных переходных состояний,
найденных методом динамического программирования
2.7. Ограничения, присущие поиску переходных состояний
методом динамического программирования
2.8. Поиск переходных состояний методом МонтеКарло
2.9. Вычисление величин Ф для аминокислотных остатков
2 Исследованные белки
2 Сравнение экспериментально полученных величин Ф с вычисленными при помощи метода динамического программирования
2 Предсказание ядер сворачивания для белков, величины Ф для которых еще не исследованы экспериментально
2 Сравнение качества предсказаний ядер сворачивания при использовании метода динамического программирования и метода МонтеКарло
ГЛАВА 3. РАЗЛИЧИЯ МЕЖДУ СТРУКТУРАМИ БЕЛКА, ОПРЕДЕЛЯЕМЫМИ С ПОМОЩЬЮ РЕНТГЕНОСТРУКТУРНОГО АНАЛИЗА И ЯДЕРНОГО МАГНИТНОГО РЕЗОНАНСА
3.1. Введение
3.2. Создание базы белков, структура которых разрешена с помощью методов рентгеноструктурного анализа и ядерного магнитного резонанса
3.3. Контакты аминокислотных остатков в структурах белков, расшифрованных методами рентгеноструктурного анализа и ядерного магнитного резонанса
3.4. Анализ водородных связей в главной цепи для РСА и ЯМРструктур
3.5. Сравнение ЯМРструктур до и после их уточнения
ГЛАВА 4. РАСЧЕТ СКОРОСЕТЙ СВОРАЧИВАНИЯ И СРАВНЕНИЕ С ЭКСПЕРИМЕНТОМ
4.1. Оценка скорости сворачивания белка по вычисленной свободной энергии переходного состояния
4.2. Вычисление скоростей сворачивания методом МонтеКарло
4.3. Длина цепи один из определяющих факторов для сворачивания белков, имеющих интермедиаты сворачивания
ГЛАВА 5. ВЛИЯНИЕ СРЕДНЕЙ КОНФОРМАЦИОННОЙ ЭНТРОПИИ И СРЕДНЕЙ ЭНЕРГИИ ОСТАТКА НА СКОРОСТЬ СВОРАЧИВАНИЯ БЕЛКА
5.1.Ввеедние
5.2. Энтропийная емкость для белков с заданной топологией.
5.3. Измеение величины барьера свободной энергии от изменения величины энтропийной емкости
5.4. Статистический анализ средней конформационной энтропии и
среднего числа контактов на остаток для различных классов белков
5.5. Корреляция между скоростью сворачивания и энтропийной
емкостью для различных структурных классов
5.6. Обсуждение 0 ГЛАВА 6. МОДЕЛИРОВАНИЕ СВОРАЧИВАНИЯ ПЕПТИДОВ МЕТОДОМ МОЛЕКУЛЯРНОЙ ДИНАМИКИ И
МУ Л ЬТИК АНОНИЧЕСКОГ О МОДЕЛИРОВАНИЯ
6.1 Введение
6.2 Моделирование сворачивания дистальной шпильки из
домена методом молекулярной динамики
6.3 Моделирование сворачивания дистальной шпильки из
домена методом мультиканонического моделирования
6.4. Заключение
ГЛАВА 7. ПРЕДСКАЗАНИЕ ГРАНИЦ ДОМЕНОВ ПО АМИНОКИСЛОТНОЙ ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТИ
7.1. Введение
7.2. Создание базы двухдоменных белков
7.3. Статистика аминокислотных остатков на границе доменов
7.4. Построение вероятностного профиля
7.5. Определение качества предсказания границ доменов нашим методом
7.6. Результаты и обсуждения
ГЛАВА 8. ПРЕДСКАЗАНИЕ НАТИВНОРАЗВЕРНУТЫХ УЧАСТКОВ БЕЛКОВОЙ ЦЕПИ
8.1. Создание баз данных белков
8.2. Наблюдаемое среднее число сближенных остатков в глобулярном состоянии на заданном расстоянии
средняя плотность окружения
8.3. Предсказания формы свернутой или развернутой нативного состояния белка
8.4. Предсказание разупорядоченных участков белковой цепи
8.5. Сравнение различных методов для предсказания разупорядоченных участков белковой цепи
8.6. Заключение
ГЛАВА 9. ПРЕДСКАЗАНИЕ АМИЛОИДОГЕННЫХ УЧАСТКОВ БЕЛКОВОЙ ЦЕПИ
9.1. Поиск амилоидогенных участков в белках и пептидах,
связанных с амилоидными болезнями
9.2. Изменения скорости агрегации при мутациях в белках и пептидах 5 ЗАКЛЮЧЕНИЕ
РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ
ЦИТИРУЕМАЯ ЛИТЕРАТУРА
ВВЕДЕНИЕ


Следовательно, анализ позволяет выяснить степень вовлечнности в ядро сворачивания отдельных контактов между аминокислотными остатками, а также исследуя характер зависимости скорости сворачивания от концентрации ионов металла напрямую определить долю ядер сворачивания со сформированным контактом во всм ансамбле переходных состояний. Таким образом, исследуя отдельные остатокостаточные взаимодействия, можно оценить степень гетерогенности ансамбля переходных состояний i, vi . Один из возможных способов увеличить скорость сворачивания молекул белка это увеличить стабильность тех участков цепи, которые уже структурированы в переходном состоянии. Так для некоторых белков было показано, что стабилизация аспиралей Vi . Ршпилек i , входящих в ядро сворачивания, приводит к увеличению скорости данного процесса. Так же было показано, что низкие концентрации трифлюрэтанола, который как известно увеличивает стабильность локальных водородных связей, ускоряет процесс сворачивания ii . Данный эффект для белков, сворачивающихся по механизму все или ничего, только подчеркивает важность образования локальных водородных связей в процессе, лимитирующем скорость сворачивания белков. Из накопленных экспериментальных данных по изучению структуры ПС пока нельзя сформулировать четкие топологические правила, определяющие расположение и структуру ядра сворачивания, но можно сделать несколько выводов 1 Структуры ПС очень разнообразны по отношению к типу стабилизирующих их контактов. Так для белков I2 Ii . Структуры ПС очень разнообразны по положению ядра относительно полной структуры белка. Так для белков I2 Ii . Vi , оно располагается в центре гидрофобного ядра, а для БИЗдоменов v . Структуры ПС очень разнообразны и по площади доступной поверхности , . Показано, что циркулярная пермутация, изменяя топологию белка, иногда изменяет Vi ядро сворачивания, а иногда нет , . Также показано, что белки с различными аминокислотными последовательностями, но похожей трехмерной структурой имеют похожие ядра сворачивания i i . Одна из возможностей изучить влияние деталей последовательности на процесс сворачивания это рассмотреть два близких белка из одного семейства, с одинаковой топологией. Так охарактеризованы и экспериментально изучены переходные состояния четырех белков с ферредоксиновым фолдом АсР ацилфосфотазы, 2 активационный домен человеческой прокарбоксипептидазы А2, 1 сплайсосомный белок 1 А и 6 две спирали упакованы на листе из 5 или 4 ручастков. Эти белки имеют симметричное расположение элементов вторичной структуры, которое нарушается соединением этих элементов в цепочку. ПС белков 2 и АсР сходны по структуре, несмотря на низкое сходство по первичной последовательности и различной длиной элементов вторичной структуры ii . Альтернативное ядро сворачивания, включающее первую спираль, было найдено для белка 1 и другое ядро, с обеими спиралями, для белка 6 . При этом скорости сворачивания 2 и АсР различаются на 3 порядка по величине. Авторы объясняют такой результат различием в относительном порядке контактов для этих белков ii . Сильная корреляция наблюдается между относительным порядком контактов и логарифмом скорости сворачивания для ряда других белков с такой же топологией НРг, МегР и 1 iv, . К другому примеру белков, являющихся структурными гомологами, но с различными аминокислотными последовательностями, относятся иммуноглобулин связывающие домены белков и . В этих белках спираль упаковывается против 3 листа из 4 тяжей. Интересен тот экпериментальный факт, что симметрия данной топологии полностью нарушается при сворачивании этих белков рис. Так в ядро сворачивания белка входит первая шпилька, и вторая для белка i . Такой результат может быть объяснен наличием более выгодных контактов во второй Ршпильке белка . Действително, изолированный фрагмент, соответствующий второй ршпильке, стабилен в водном растворе . Поэтому, области белка, имеющие высокую склонность к образованию локальных структур в развернутом состоянии, могут играть не последнюю роль в стабилизации ансамбля ПС. Экпериментальные данные для других белков i .