Моделирование структуры и мембранной топологии цитохрома b5

• Автор: Смолинская, Юлия Юрьевна
• Шифр специальности: 03.00.04
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2005
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 114 с. : ил.

В то же время около белков живых организмов связаны с биологическими мембранами. Однако пока определены только единичные пространственные структуры таких белков. Это обусловлено существующими проблемами экспрессии и кристаллизации мембранных белков СпздЬатшег с1 а1. Некоторые исследователи пошли по пути модификации мембранных белков с помощью методов генной инженерии для получения их водорастворимых аналогов и последующей кристаллизации УШ1ат с1 а1. Vii Ы а1. Данный подход несомненно представляет собой новую технологию в изучении пространственных структур отдельных мембранных белков. Однако существует ряд проблем при его реализации. В первую очередь это сложный выбор оптимального набора точечных мутаций и искажение пространственной структуры в результате генноинженерных модификаций. Таким образом, данный подход пока не может существенно сократить гигантский разрыв между числом известных последовательностей и пространственных структур мембранных белков. Кроме того, структура белка в кристалле является статической, тогда как дтя понимания механизма функционирования необходима динамика структуры белка. Очевидный дефицит данных заставляет исследователей прибегать к методам компьютерного молекулярного моделирования. Основным подходом в трехмерном моделировании белков является метод моделирования по гомологам, где для предсказания структуры моделируемого белка используются данные об аминокислотных последовательностях и о пространственной структуре известных белковгомологов. К сожалению, такой подход невозможно применить к мембранным белкам, по причине небольшого количества известных структур мембраносвязанных белков. Для оптимизации модельной структуры белка необходимо использовать методы молекулярной механики и молекулярной динамики в естественном окружении. Для мембранных белков естественным окружением является липидный бислой. Компьютерное моделирование мембранных белков в липидном бислое является одним из методов, позволяющих исследовать структуру и мембранную топологию мембраносвязанных белков. Ю i . Модель липидного бислоя должна быть достаточно устойчивой при длительном моделировании молекулярной динамики МД и правильно отражать взаимодействия с водным окружением и белком. Для выполнения компьютерных расчетов по моделированию молекулярной системы, состоящей из липидного бислоя, двух водных фаз и пептида или белка требуются как значительные вычислительные мощности, так и длительные по времени вычисления. Однако даже в этом случае можно смоделировать только относительно короткий отрезок 5 не реального времени жизни системы i . Для оценки адекватности моделирования МД необходимо анализировать систему, достигшую состояния равновесия. В случае моделирования встраивания белков или пептидов в бислой необходимо рассчитывать траектории МД порядка нескольких десятков не i . В связи с тем, что не всегда существует возможность расчета таких продолжительных траекторий, используют несколько подходов, упрощающих описание мембраны. Все эти подходы основаны на упрощении системы путем введения неполноатомной модели мембраны. Одним из таких подходов является использование модели мембраны в неявном виде Нольде и др. В ней молекулы липидов и воды нс задаются явно, а их влияние на белок учитывается с помощью введения в расчет дополнительных эмпирических потенциалов взаимодействия белокмембрана и белоквода. Достоинствами такой модели является, вопервых, возможность быстро получать достаточно длинные траектории МД в несколько десятков нс, вовторых, способность учитывать основные особенности взаимодействий белоксреда . Одним из основных недостатков такого подхода является то, что расчеты проводят с дополнительным потенциалом, способствующим образованию аспиральной конформации как наиболее часто встречающейся в мембраносвязанных доменах белков ii . Поэтому при использовании мембраны в неявном виде практически невозможно моделирование структуры белков в конформации, отличной от аспиральной. Другим подходом является имитация границы раздела фаз водамембрана с помощью двух сред с различной величиной диэлектрической проницаемости .