Молекулярное моделирование структурных и функциональных аспектов взаимодействия АТФаз Р-типа с АТФ

• Автор: Косинский, Юрий Анзельмович
• Шифр специальности: 03.00.02
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2006
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 114 с. : ил.

ВВЕДЕНИЕ

Глава 1. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ПРОБЛЕМЫ

ЛТФазы Ртипа классификация, структура, механизм работы.

1.1. История вопроса и основные сведения по АТФазам Ртипа

1.2. Геномика и субстратная специфичность семейства АТФаз Ртипа

1.3. Исследования пространственной структуры АТФаз Ртипа

1.4. Молекулярный механизм работы АТФаз Ртипа.

1.5. Регуляция активности АТФаз Ртипа.

1.6. Заключение

Глава 2. МЕТОДЫ И ПОДХОДЫ МОЛЕКУЛЯРНОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ

2.1. Применение метода молекулярной динамики для изучения

динамической подвижности белков
2.2. Построение 3мерных моделей белков на основании гомологии аминокислотной последовательности с белками, для которых
пространственная структура установлена экспериментально
2.3. Оценка качества 3мерных моделей белков с помощью метода Айзенберга РгоАПезЗО.
2.4. Применение метода молекулярного докинга для предсказания
структуры комплекса белоклиганд.
2.5. Метод оценки комплементарности гидрофобных взаимодействий белокАТФ.
Глава 3. Исследования кристаллических структур Са2АТФазы саркоплазматического ретикулума. Изучение , характерных
взаимодействий в комплексах белков с АТФ.
3.1. О кристаллических структурах Б Са2АТФазы
3.2. Анализ траекторий МД изолированнх нуклеотидсвязывающих доменов Са2АТФазы.
3.3. Докинг АТФ в МДконформеры нуклеотидсвязывающих доменов
ЭЯ СагЛТФазы
3.4. Разработка качественного критерия для оценки результатов докинга АТФ. Применения критерия для анализа результатов докинга АТФ в МДконформер Б Са2ЛТФазы
Построение 3мерной модели нуклеотидсвязывающих доменов Ыа,КАТФазы. Исследование структурнофункциональных аспектов связывания АТФ.
Общие сведения о Ка,КАТФазе
Построение и оценка качества 3мерных моделей нуклеотид
связывающих доменов Ыа,КАТФазы.
Анализ траекторий МД 3мерных моделей Ыа,КАТФазы в явно
заданном растворителе.
Результаты докинга АТФ в структуры из МД 3мерных моделей
ИаКАТФазы
Анализ экспериментальных данных точеченого мутагенеза на основе
3мерной модели ЫаКАТФазы
Термодинамическая модель, выявляющая связь между стабилизацией закрытой конформации И и Рдоменов АТФаз Р
типа и свободной энергией связывания АТФ
Построение 3мерной модели нуклеотидсвязывающих доменов мсдьтранспортирующей АТФазы. Исследование структурнофункциональных аспектов связывания АТФ и механизмов проявления мутаций, сопряженных с болезнью Вильсона УКОР.
Общие сведения о медьтранспортирующей АТФазе человека
Построение и анализ 3мсрных моделей нуклеотидсвязывающих
доменов V.
Анализ траекторий МД моделей нуклсотидсвязываюших доменов
Построение и анализ альтернативной 3мсрной модели Идомсна
Результаты докинта АТФ в МДструктуры Змерных моделей
Интерпретация данных мутагенеза на основе 3мсрной модели
ВЫВОДЫ .
ЛИТЕРАТУРА


В обычном режиме работы АТФазы типа используют энергию АТФ для создания градиента концентраций ионов по разные стороны клеточной мембраны, но каждый этап процесса обратим. Таким образом, АТФазы, в принципе, могут использовать трансмембранный градиент концентраций ионов для синтеза АТФ. АТФазы Ртипа обширное и разнообразное семейство мсмбраносвязанных белков, которые участвуют в транспортных процессах практически во всех живых организмах. Как показано на Рис. АТФаз Ртипа выделяют три цитоплазматических А, и Р домена и трансмембранный домен. Рдомене, в котором обратимо фосфорилируемый в каталитическом цикле остаток . Рисунок 1. Схема структурной организации АТФаз Ртипа. Р фосфорилируемый домен А вспомогательный домен ТМ трансмембранный домен, состоящий из аспиралей. Черным кружком в домене показан участок связывания АТФ. Другая общая характеристика ферментов этого семейства наличие гидрофобных аспиралей, пронизывающих мембрану М 1М , но некоторые белки содержат только 6 или 8 трансмембранных спиралей. Аминокислотная последовательность цитоплазматических доменов включены между спиралями М2МЗ и М4М5, соответственно достаточно консервативна. Выравнивание последовательностей показывает, что из 0 остатков инвариантны, т. Так как четыре белка, представленные в Приложении 1, были выделены из весьма разнообразных организмов, можно заключить, что консервативные участки являются структурно иили функционально важными. Геномика и субстратная специфичность семейства АТФаз Ртипа. Гены АТФаз Ртипа более широко распространены и разнообразны в геномах эукариотических организмов но сравнению с геномами бактерий и архей. Только четыре АТФазы Ртипа идентифицированы в геноме i i 7, у термофильных архей ii одна 8, а некоторые паразитические бактерии не имеют их вовсе. Поиск АТФаз типа в геномах нематоды ii и плодовой мушки i выявил до и генов, соответственно И. Аналогичного исследования геномов человека или мыши пока не проводилось. Вес АТФазы Ртипа мультидоменные мсмбраиосвязанныс белки с молекулярной массой 0 кДа. Сконцевые остатки находятся на цитоплазматической стороне мембраны. По гомологии аминокислотных последовательностей АТФазы Ртипа разделяют на 5 подсемейств, обозначаемых как типы IV. Внутри каждого семейства ферменты делятся на подтипы, каждый из которых специфичен к конкретному иону субстрату. Будущие геномные исследования, возможно, модифицируют эту систему классификации. АТФазы типа1. Наиболее просто устроенные и, возможно, наиболее эволюционно древние представители семейства принадлежат к типу1. Подтип1А включает бактериальные ферменты, прототипом которых служит К из Е. АТФаза К комплекс из четырех различных мембранных белков , , и . Белок кДа содержит каталитический центр и участок, связывающий и переносящий ионы . В составе только 6 трансмембранных спиралей, этот белок наименьший из АТФаз Ртипа. Хотя большинство АТФаз Ртипа переносят малые катионы Н, , К, Са2 и 2, субстратами подтипа I являются ионы тяжелых металлов. АТФазы подтипа I, например, бактериальные белки устойчивости к металлам СорА , и А удаляют из клетки такие токсичные ионы, как i, , 2 2 и 2. Гомеостаз по концентрации необходимых для клетки элементов i и 2 достигается балансом активности соответствующих АТФаз, выделяющих их из клетки, и системы белковтранспортеров металлов АВСтипа , , осуществляющей поступление этих ионов в клетку. В отличие от АТФаз подтипа I, ферменты из подтипа I состоят из одной полнпептндной цепи и включают 8 трансмембранных спиралей. Интересно, что последние четыре спирали в подтипе I не соответствуют консенсусной последовательности, общей для прочих АТФаз Ртипа, а концевой участок содержит две дополнительные трансмембранные спирали. Большинство АТФаз подтипа I бактериальные, но близкие гомологи были обнаружены в . Мутации в медьтранснортирующей АТФазе человека обусловливают редкие, но летальные, наследственные болезни Мепкена и Вильсона. Изза большого значения для медицины, исследованиям этого фермента, открытого около лет назад, уделяется много внимания .