Статистические потенциалы атомарной гидратации биополимеров

• Автор: Рахманов, Сергей Викторович
• Шифр специальности: 03.00.03
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2008
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 93 с. : ил.

Оглавление

Общие сведения о работе. Актуальность темы исследования

Цель и задачи исследования

Научная новизна и практическое значение работы

Апробация работы.

Список работ автора, опубликованных по теме диссертации

Объем и структгра диссертации.

Введение


Ввиду практической невозможности провести прямое моделирование межатомных взаимодействия в макромолекулах, основываясь непосредственно на физических законах, основные усилия исследователей в этой области направлены на создание упрощнных эмпирических математических моделей взаимодействия атомов. Одним из классов моделей такого рода являются статистические модели взаимодействий, также часто называемые моделями, основанными на знаниях при их построении производится статистическая обработка данных по большим наборам экспериментально определнных трхмерных структурах биополимеров. При этом большое значение имеет нулевая гипотеза, на которой базируется статистическая обработка этих экспериментальных данных. В качестве таковой выстуает так называемое референсное состояние макромолекулы, в котором межатомные взаимодействия умозрительно выключаются. Ожидаемое распределение статистических параметров в нашем случае межатомных расстояний для такого референсного состояния используется для оценки интенсивности реальных межатомных взаимодействий. В то время как основные усилия исследователей в последние десятилетия были в основном направлены на изучение внутримолекулярных взаимодействий в биополимерах, а также взаимодействий между макромолекулами, описание функционирования белков и нуклеиновых кислот в водной среде оставалось сравнительно менее разработанной областью, несмотря на определяющую роль воды в определении укладки в и взаимодействия большинства биологических макромолекул. В то же время успехи в описании белковой сольватации могут быть использованы для решения ряда прикладных задач, в частности предсказание расположения связанной воды вокруг белков. Знание местоположения молекул связанной воды позволяет повысить качество построения интерфейсов белковых молекул в задачах оценки взаимодействия белков с другими белками, нуклеиновыми кислотами, малыми молекулами и лигандами, а также другими макромолекулами. Кроме того, определяющая роль гидратации в формировании пространственной структуры белка позволяет использовать статистические модели относительно взаимодействия атомов белка с молекулами воды для выделения правильной укладки белка среди множества неправильных вариантов укладки. Такая задача возникает в ряде алгоритмов моделирования пространственных структур белков, т. При построении статистических моделей межатомных взаимодействий основные трудности заключаются в построении т. СНЭВ, характеризующих ожидаемое распределение контактных частот в случае выключенных внутримолекулярных взаимодействий. Имея в руках удачное СНЭВ, можно достаточно однозначно построить эмпирические потенциалы межатомного взаимодействия. В настоящей работе для построения СНЭВ предложено использовать метод стохастического моделирования, также называемый методом МонтеКарло. Разработка алгоритма построения СНЭВ с помощью метода МонтеКарло для получения СНЭВМК состояний с нулевой энергией взаимодействий, полученных методом МонтеКарло. Программное воплощение и проверка метода СНЭВМК применительно к различным структурам белков и нуклеиновых кислот. Получение с помощью СНЭВМК потенциалов атомарной гидратации ПАГ белков и нуклеиновых кислот, основанных на статистике парного взаимодействия различных атомов с молекулами воды в трхмерных структурах обучающей выборки. Проверка ПАГ в тестах по предсказанию расположения связанной воды в трхмерных структурах белков. Распознаванию нативной укладки белков среди множества ненативных структурдекоев. Разработан принципиально новый способ задания невзаимодействующих состояний в статистикомеханических атомных ансамблях СНЭВМК. Этот способ учитывает размер и форму пространственной структуры, мономерный состав, число и распределение контактирующих атомов, и позволяет получать распределения ожидаемых межатомных контактных расстояний с любой требуемой точностью, на неограниченном диапазоне контактных расстояний. Впервые получены потенциалы атомарной гидратации ПАГ белков и нуклеиновых кислот, основанные на статистиках парных взаимодействий различных атомов с молекулами воды в трхмерных структурах обучающей выборки. Показана способность ПАГ предсказывать, с высокой точностью, расположение связанной воды в белках и белковых комплексах.