Энергетические характеристики α-спиральных конформаций в глобулярных и фибриллярных белках

• Автор: Килосанидзе, Гелена Тенгизовна
• Шифр специальности: 03.00.03
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2003
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 103 с.

Содержание.
Введение.

1. Обзор литературы.

Методы предсказания вторичных структур

Оценка точности предсказания

Метод молекулярной механики.

Заключение

2. Материалы и методы

Набор анализируемых структур

Общее описание алгоритма построения модели и профиля энергии

Моделирование структур

Моделирование аспиральной конформации полипептидной цепи
Построение модели с реальной стереохимией.
Моделирование реперной структуры
Построение энергетических профилей
Расчет среднего абсолютного изменения значений энергии соседних
пентапептидов.
Оценка точности предсказания
Анализ энергий всевозможных комбинаций четырех аминокислот
3. Результаты и обсуждение.
Выявление аспиралей по энергетическим профилям.
Вклад вандерваальсовых взаимодействий в полную энергию
аспиральной конформации.
Сравнение стандартной и реальной стереохимии белков
Распределение энергии аспиральных моделей со стандартной и
реальной стереохимией
Анализ значений углов х
Выявление 3спиралей на энергетических профилях.
Выявление поворотов на энергетических профилях.
Фибриллярные белки.
Белки v
Выбор длины олигопептидов и поля сил.
Анализ вандерваальсовых взаимодействий атомов боковых
радикалов и остова цепи
Предсказание аспиралей
Исследование тетрапептидов.
Заключение.
Список литературы


Согласно общепринятому принципу иерархичности строения белковых молекул, их структурная организация отвечает нескольким уровням, детально описанным Шульцем и Ширмером 5. В нативной структуре можно выявить регулярные элементы вторичной структуры, такие как аспирали, рструктура, левая спираль типа поли1пролин II и повороты. Эти элементы часто формируют мотивы супервторичную структуру, из которых затем строятся домены. Функциональная же форма белка часто является олигомерной структурой, состоящей из нескольких полипептидных цепей. В большинстве методов предсказания укладки белка придерживаются такого определения иерархии их организации 6. Таким образом, для решения глобальной задачи белкового фолдинга необходимо уметь получать информацию о низшей ступени такой иерархии вторичной структуре белковых цепей. Цели и задачи исследования. Цель данной работы заключалась в исследовании энергетических и конформационных характеристик аспиральных элементов белка и разработке метода предсказания данного типа вторичной структуры полипептидных цепей с использованием полученных характеристик. В основе работы лежит построение и изучение белковых моделей аспиральной конформации средствами молекулярной механики. Идея метода заключается в том, что для участков полипептидной цепи, которые в реальном белке действительно свернуты в спираль, конформация боковых групп является самой оптимальной из возможных, что диктуется соответствующей аминокислотной последовательностью. С другой стороны, для участков, не являющихся аспиралями в реальном белке 3структуры, петли и другое, конформация боковых цепей, отвечающая спиральному состоянию основной цепи, в реальных глобулярных белках не является оптимальной среди допустимого набора конформаций для данных аминокислотных остатков. Таким образом, локальная энергия на участках модельной структуры, соответствующая участкам отдельно аспиралей и не аспиральных структур, будет либо отвечать возможному минимуму энергии на данном участке для аспиралей, либо нет для не аспиралей. Разница в энергиях участков позволит выявить аспиральные области. При анализе расположения на полипептидной цепи участков вторичной структуры использовалась информация базы данных РЗЭР о границах структурных единиц объектов банка данных пространственных структур белков РОВ. При этом достоверность точности разметки вторичных структур опиралась на использование в качестве объектов исследования белков, определенных рентгеноструктурным анализом с высоким разрешением. Разработка метода предсказания аспиральных конформаций полипептидной цепи на основе ее энергетических характеристик. Глава I. Исследование пространственной структуры белков началось за много лет до окончательного установления их химического строения 7. Возможность осуществления белками разнообразных и многочисленных функций не может быть прямо связана с химическим строением молекул, так как все белки являются полипептидами, построенными из одних и тех же двадцати основных аминокислот. Химическая универсальность и практически необозримое многообразие свойств соединений этого класса связаны с пространственным строением молекул. Впервые такую мысль высказали в г. К. Мейер и Г. Марк 8,9, изучая дифракцию рентгеновских лучей на мышечных белках. Ими же было сделано предположение о зависимости механических свойств белков от пространственной формы полипептидных цепей. В и годах появились работы Полинга и Кори, во многом определившие становление и последующее развитие самой молекулярной биологии 2,,. Были четко сформулированы геометрические требования к полипептидной цепи. Для своего времени Полинг и Кори наиболее детально учитывали условия упаковки цепи, считая стабильными те конформации, которые отвечали минимумам торсионных потенциалов. Тем самым косвенно учитывались невалентные взаимодействия атомов. Для полипептидной цепи был предложен ряд структур, среди которых выделены в качестве самых стабильных аспираль и 5складчатый лист. Позднее стали ясны причины уникальности этих структур. В оспирали и рскладчатом листе имеет место определенная согласованность между всеми видами взаимодействий.