Быстрые движения боковых остатков в белках по данным методов молекулярной динамики и спин-метки

• Автор: Никольский, Дмитрий Олегович
• Шифр специальности: 03.00.02
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2006
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 83 с. : ил.

Содержание
Введение.

Глава 1. Обзор литературы

Спектроскопия магнитного резонанса и метод спинметки

Методы решения обратной задачи спектроскопии ЭПР.

Описание быстрой хаотической переориентации спинметки.

Динамические модели движения, использующиеся при интерпретации спектров ЭПР.

Численные методы моделирования

Метод Молекулярной Динамики.

Метод МонтеКарло.

Методы Оптимизации

Исследования макромолекул методом молекулярной динамики.
Глава 2 Исследование локальной динамической структуры белка в спиимечеиом
тетрагональном кристалле лизоцима методом спинметки ЭПР
Условия эксперимента
Результаты и обсуждение.
Глава 3. Обнаружение спинсшшового взаимодействия при введении в иммуноглобулин
Миб спинметки по углеводной части
Условия эксперимента
Результаты исследования.
Обсуждение результатов.
Глава 4 Моделирование спектров ЭПР
Вычисление спектров ЭПР монокристалла для низкомолекулярных соединений
Вычисление спектров ЭПР спинмеченых макромолекул в составе монокристалла
Глава 5. Постановка вычислительного эксперимента на основе метода молекулярной
динамики
Построение модельной системы и оптимизация
Расчеты методом МД
Глава 6. Вычисление спектров ЭПР спинмеченых макромолекул по данным МД
Заключение
Список литературы


Интерпретация спектров ЭПР монокристаллов спинмеченого лизоцима при наличии различных ориентаций тетрагонального кристалла белка относительно направления магнитного поля проводилась с привлечением метода молекулярной динамики МД. Предложена простая модель, согласно которой расчет траекторий движения спинметки методом МД реализуется за сравнительно небольшое время. В рамках предлагаемой модели рассматривается замороженная в целом молекула белка и размороженный спинмеченый аминокислотный остаток. Для расчта траекторий в вакууме была собрана модель спинмеченого лизоцима и заданы параметры силовых потенциалов атомов молекулы белка, включая спинмегку. Из проведенных расчтов следует, что белковое окружение стерически ограничивает область возможных угловых переориентаций репортерской 0 группы нитроксила в составе спинметки, что в свою очередь влияет на форму спектра ЭПР. Однако, как оказалось, разброс положений репортерской группы в угловом пространстве соответствует распределению Гаусса. Используя координаты атомов спинметки, полученные методом МД в выбранном временном интервале и учитывая распределение состояний спинметки по ансамблю спинмеченых макромолекул в кристалле, мы смоделировали спектры ЭПР монокристаллов спинмеченного лизоцима. Полученные теоретические спектры ЭПР оказались сходными со спектрами, полученными экспериментальным путем. Глава 1. Обзор литературы. Спектроскопия магнитного резонанса и метод сиииметкн. Спектроскопия электронного парамагнитного резонанса ЭПР спинмечегшых биомолскул это метод, который позволяет изучать локальную структуру и динамику макромолекул белков и нуклеиновых кислот 9,,. Идея этого метода состоит в использовании стабильного парамагнитного радикала в качестве репортерской группы. Радикал обычно нитроксильный присоединяется к определенной части макромолекулы как правило, на ее поверхности. Представляется удобным использование следующей терминологии. Ковалсггтносвязаппын с макромолекулой через боковой остаток нитроксил принято называть спинметкон, напротив нековапентносвязанный адсорбированный с исследуемым объектом нитроксил принято называть спинзондом приставка спин относится к иеспаренному электрону в нитроксильной группе, главной характеристикой магнитного момента которого является спин. Попытки получить информацию о динамической структуре макромолекул в растворе с помощью техники спиновых меток предпринимались сравнительно давно. В самом начале существования метода для извлечения количественной информации из спектров ЭПР предполагалось, что подвижность ковалентно связанной с макромолекулой спинметки непосредственно отражает подвижность этой макромолекулы. Более того, считалось, что метка, связанная с макромолекулой, вращается как бы изотропно. Поводом для такого предположения послужила форма спектра ЭПР состоящая из трех острых линий разной интенсивности, аналогичная форме спектра ЭПР для изотропного вращения радикала свободног о в растворе в диапазоне времени корреляций от 3 до 0, но. В тех случаях, когда спектр ЭПР имеет иммобилизованную форму с хорошо выраженными крайними широкими пиками, расчет времени корреляции т в области изотропных медленных вращений раликала проводили методом Кузнецова , Макконела . Однако все эти способы моделирования спектров ЭПР противоречивы и не вполне адекватно учитывают процесс быстрой хаотической переориентации нитроксила относительно макромолекулы. На сегодняшний день существуют, в основном, две модели описания движения нитроксила, прикрепленного к макромолекуле. Первая модель разработана американским исследователем Фридом , и заключалась в том, что движение объемной молекулы нитроксильного радикала, присоединенного к макромолекуле, описывается эллипсоидом вращения, где параллельная компонента характеризовала быструю переориентацию нитроксила относительно носителя, а перпендикулярная медленную диффузию самого носителя. Рис. I. Эллипсоидная модель описания движения нитроксильного радикала. Перпендикулярные компоненты характеризуют медленное движение радикала вместе с макромолекулой, параллельная быстрое движение самого радикала.