Стохастическая модель мотора F1-АТФазы

• Автор: Погребная, Александра Францевна
• Шифр специальности: 03.00.02
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2005
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 115 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ

Глава 1. Общие сведения о ферменте литературный обзор

1.1. Энергетические ресурсы клетки.

1.2. Общая характеристика РРоАТРсинтазы

1.3. Пространственное строение АТРсинтазы

1.4. Каталитические центры РгАТФазы .

1.5. Каталитический цикл. Двух и трех центровий механизм катализа.

1.6. Структурные перестройки АТРазЕл вращение ротора.

1.7. Теоретические модели мотора РгАТФазы

Выводы.
Глава 2. Электростатические взаимодействия в каталитических центрах РгАТРазы
2.1. Вычисление энергии ферментсубстратного комплекса.
2.2. Конформационные состояния ферментсубстратного комплекса.
2.3. Результаты расчетов и их обсуждение.
2.4. Обсуждение результатов
Выводы.
Глава 3. Стохастическая модель молекулярного мотора ЕгАТФазы
3.1. Потенциалы взаимодействия ротора и статора молекулярного мотора.
3.2. Основные уравнения
3.3. Численное решение уравнений.
3.4. Результаты численного моделирования работы мотора по
вращению нагрузки
Глава 4. Синтез АТФ КгАТАФазон в стохастической модели
4.1. Последовательность событий в режиме синтеза АТФ
4.2. Основные уравнения.
4.3. Результаты численного моделирования синтеза ЛТФ под действием
постоянного внешнего вращающего момента.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ЛИТЕРАТУРА


И наоборот работая в обратном направлении, он гидролизирует АТФ в АДФ и неорганический фосфат Р , вырабатывая энергию и перекачивая протоны. К настоящему времени доказано, что в изолированном фрагменте Рг АТФазе не только гидролиз АТФ может происходить, но и синтез АТФ. При этом БрАТФаза работает как мотор, внутри которого вращается у субъединица по центру статора состоящего из трех идентичных копий ар субъединиц. Вращение инициируется конформационными изменениями 3ар субъединиц. Такой результат, доведенный до уровня наглядности получен в тонких биохимических и биофизических экспериментах с применением методов рентгеноструктурного анализа и оптики с использованием лазеров и видеотехники. Не менее важную роль в осмысливании работы такого мотора сыграло математическое моделирование. К настоящему времени предложены уравнения динамики ротора у субъединицы. При этом силовые поля вводятся из общих феноменологических представлений. С другой стороны прилагаются усилия для построения полной модели РоРгАТФспнтазы. Кроме того, анализ результатов и точности их получения в такой глобальной модели является сам по себе чрезвычайно сложной задачей. Безусловно, такое моделирование будет результативным и эффективным, если будет проводиться наряду с моделированием более простых систем с небольшим числом выделенных существенных степеней свободы. Такие степени свободы всегда имеются как в технических устройствах, так и молекулярных машинах. Именно поэтому такие конструкции и называются машинами. Настоящая работа лежит в русле исследований, в которых строятся модели, отражающие изменения существенных переменных. Влияние других атомов учитывается введением суммарных потенциалов взаимодействия и тепловых шумов. Главной целью работы является построение и анализ модели стохастической динамики РАТФазы в режиме гидролиза и синтеза АТФ. Получить количественные характеристики и закономерности поведения мотора в зависимости от экспериментально устанавливаемых параметров. Для решения поставленных задач были получены потенциалы взаимодействия между ротором и статором молекулярного мотора. Для определения функций, определяющих вращение ротора, была проведена серия вычислений, в которых оценивалась энергия электростатического взаимодействия гидролизированых атомов молекул субстратов и продуктов с заряженными и поляризованными аминокислотными остатками каталитических центров РрАТФазы во всех конформациях фсрмснтсубстратного комплекса. А также подробно исследованы режимы вращения мотора в зависимости от различных экспериментально определяемых параметров. Оценена энергия электростатического взаимодействия в ферментсубстратном комплексе РрАТФазы на различных этапах каталитического цикла в известных устойчивых конформациях ферментсубстратного комплекса. Показано, что изменение электростатической энергии качественно адекватно описывает процессы, происходящие в ферментсубстратном РрАТФазы комплексе во время каталитического цикла гидролиза АТФ. Данные потенциалы позволяют описать направленное движение ротора в результате гидролиза АТФ и наоборот описать синтез АТФ в результате направленного движения ротора под действием момента внешней силы. Разработана самосогласованная модель мотора РрАТФазы, в которой учитываются как существенные динамические переменные, так и переменные, описывающие химическую кинетику. На основе исследования данной модели определены статистические характеристики динамики мотора и кинетика химических превращении практически на любых временах тогда как молекулярная динамика позволяет это сделать лишь на временах порядка сотен пс. Предложенная модель может быть использована как блок в общей модели РоЛТФсиитазы. Практическая значимость работы определяется возможностью проследить стохастическую динамику работы РгЛТФазы в иммобилизованном режиме. Осмыслить качественно и количественно работу отдельных элементов совершенной конструкции молекулярного мотора важнейшего нанотехнологического объекта, возникшего в результате биологической эволюции. Модель может помочь в выборе стратегии и определении параметров соответствующих биофизических экспериментов. Дда 1.