Отзыв к.ф.-м.н.. с.н.с. Мазо М.А. (Исследование топологии гидратных оболочек белков)

на диссертационную работу Рубцовой Екатерины Владимировны "Исследование топологии гидратных оболочек белков", представленнувз на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук по специальности 03.01.02 — биофизика. Диссертационная раоота Рубцовой Е.В. посвящен~ изучению структуры гидратньгх оболочек двух белков, имеющих существенно различное строение: молекул коллагена и убиквитина. Водная оболочка, окружающая молекулы белка, существенным образом Влияет на их пространственную структуру, на их взаимодейстВие с ионами и другими макромолекулами.

а ~начит, и на их функционирование. С пру~ой с~ороны, белковая глобула сама влияет на структуру и подвижность расположенных рядом молекул воды, Некоторая. обычно небольшая часть мол~кул воды может образовывать сильные связи с белком, заполняя внутренние или приповерхностные полости. Эти молекулы сохраняются В Оелке при крнсталлизации или сильнОм ВысушиВании.

Молекулы прилежащие к поверхности бел~а имеют меньший козффициент дифф~зии и бодрее плотно упакованы, по сравнению с более удаленными. В свободном состоянии как в жидкой, так и твердой фазе молекулы воды образуют сетку водородных связей„которая существенно влияет на физические свойства воды или льда, Однако какая сетка водородных связей образуется около белковой молекулы и можно ли вообще говорить о некоторой специфической структуре воды около белковой глобулы до сих пор было не ясно. В связи с згим исследование структуры гидратной оболочки молекул белка, анализ топологии и устойчивости ее сетки водородных связей имеет как теоретическое, так и практическое значение н ивлиетси, несомненно„весьма актуальной задачей. Для решения зтОЙ задачи РубцовОЙ Е.В. Вполне обосно~~~о воспользовалась методами молекулярного моделирования, хорошо зарекомендовавшими себя при решение аналогичных задач в чистой воде, в воде с ионами и В воде около кристаллических ~оверхностей.

Содержание работы излагается на 97 страницах, включающих введение, пять глав, результаты и выводы, список цитируемой литературы (94 источника) и содержит ЗО рисунков и 14 таблиц. Введение состоит из одного короткого абзаца, в котором обосновывается постановка задачи диссертации. В первой главе представлен литературный обзор, в котором рассматриваются различные методы молекулярного моделирования, )зазличные модечи ВОды, данные 0 поверхностном слое воды около молекул белка, обсуждаются возможные структуры, которые может образовывать сетка водородных связей. В конце обзора формулируются цели работы. Во второй главе диссертантом, используя метод молекулярной динамики, анализирует устойчивость небольших кластеров воды при различной температуре.

Для этих расчетов была выбрана модель воды ГЗС, Интегрирование уравнений движений проводилось методом Рунге-Кутты, который, как было отмечено Рубцовой Е.В., имеет более высокий порядок точности, чем обычно применяемый алгоритм Верде. Рассмотрение четырех кластеров воды (Т-кластер, 1.-1.-кластер. фрагмента кристалла льда из 43 молекул и кластера в виде спирали ЗО'11) показало, что эги кластеры могут достаточно долго сохранять свою стабильность в вакууме при наличии температуры.

Показано, что нз рассмо~ренны~ клас*еров решетка льда являет~~ наиболее стабильной, а Т-кластер - обладает самой низкой удельной энергией на одну водородную связь, К сожалению, в диссертации не поясняется, почему были выбраны именно эти кластеры и не приведены температуры, при которых проводились расчеты. В третьей главе анализируется топология связанной с белком воды. Для этого из Ртов)п 0а1а Ва~й бьшн выбраны два белка: фрагменты фибрнллярного белка коллагена, полученные с разрешением 1,5 А и 1 А, и глобулярный белок убнквитин, Каждая из этих молекул была окружена большим числом молекул воды, после чего проводилась минимизация потенциальной энергии всей системы, Для описания молекул воды при этом использовалась модель Т1РЗР.

После минимизации энергии анализировалась топология водородной сетки: поиск и анализ гексациклов как во всей системе, так и в гидратной оболочке, Здесь получен весьма интересный результат: впервые показано, что в гидратной оболочке рассматриваемых молекул белка практически все 1более 95%) молекул воды принадлежат по крайней мере к очному гексациклу.

Анализируются также способы соединения гексациклов и отдельно ведется статистика по гексациклам, имеющим струк|уру твист-ванна. Однако почему именно эта структура привлекла внимание диссертанта остается неясным. В четвертой главе сравниваются геометрические параметры сетки водородных связей в гндратной оболочке белка и в объемной воде. Впервые показано, что существуют статистически значимые отличия в распределении углов О-О-О 1"валентных" углов) и ОО-О-О 1"торсионных" углов) око~о белка н в ооъемной воде. Ра~считы~ается также число молекул воды.

образующие различное число водородных связей. Отмечается, что отношение числа молекул с 3-мя водородными связями к числу молекул с 4-мя Водородными сВязями уменьшается с увеличением ши1?ины слОя, что показьпзает непротиворечивость модели". Однако, как видно из таблицы 13 ~стр.

74), это соотношение может и увеличиваться. Также остается не ясным. о какой модели в данном случае идет В питой главе анализиру~~~~ распределения плотности и элект1?остатического потенциала в гидратных оболочках тройных спиралей коллагена и убиквитина в зависимости от расстояния от поверхности белка. Как оказалось. молекулы воды около белка образуют слоевук? структуру, при этом хорошо видны 3 гидратные оболочки ~в автореферате говорится о "четко выраженных" 4-х оболочках). Такое распределение плотности воды окою достаточно твердых молекул белка вполне согласуется с известными данн~ми о расслоение растворителя около твердых стенок.

На сколько мне известно, такой подробный анализ распределения плотности молекул воды около белковых молекул ранее не проводился, Было бы интересно выяснить диффузионные свойства молекул Воды В этих С~~ях и как влияе~ на их подвижное*ь структура поверхности белка, в том числе наличие зарядов вблизи его поверхности. В конце работы приведены выводы, которые содержат основные результаты диссе1?тации. Представленная к защите диссертация содержит законченное научное исследование, Результаты исследования. сформулированные в выводах, являются новы ми, Достоверность результатов и выводов диссертации определяется высоким теоретическим уровнем работьь Работа написана хорошим литературным языком.

Основные результаты полно отражены в автореферате и В публикациях по теме диссертации. При безусловноЙ положительной оценке работ~ в дополнении к уже приведенным выше необходимо сделать несколько замечаний. 1, В ведении диссертации обычно дается общая характеристика работы: раскрывается актуальность, формулируются цели и задачи исследОВання, научная ноВизна, научная и практическая ее значимость, приводятся положения, Выносимьге на заши1у. В положении ВАК нет обязагельного требования включать эти данные в диссертацию ~их необходимо отразить только автореферате), однако их отсутствие затрудняет и понимание, и оценку проведенной диссертантом работы.

2. Стр. 10. На рис. 2 ~о~~зан~ "Масштабы обьектов моделирования", ~дна~~ сами масштабы на приведенных рисунках не указаны. 3. На стр. 27 определяется, что в дальнейшем будет считаться устойчивой структурой„ однако время жизни этой стр~:ктуры, за которое должны измениться не более 10% всех водородных связей почему-то не указано. 4. Стр. 28. "Были взяты структуры, полученные с использованием потенциала ПолтеваМельникова...' - кем взяты и откуда". 5.

Стр. 83-89. На рис, 69-80 не пояснено, какая величина отложена на оси абсцисс. б. Несколько неудачных выражений: Стр. 20. " ... на малых расстояниях (- А)" - о скольких А идет речь~; Стр. 22, "....полиморфизм льдов характеризуется различньгмп алгоритмами соединения молекул ...". алгоритм - это конечный набор правил, позволяющих чисто механически решать любую конкретную задачу нз некоторого класса однотипных задач. Стр. 28. "...

ненулевые граннчные условия", "... свободная динамика". Несмотря на сделанные замечания. диссертация Рубцовой Е..В. представляет собой законченное фундаментальное исследование, наиболее существенные достижения которого достаточно полно отражены в основных результатах и выводах работы, а также в публикациях диссертанта. Автореферат и публикации соответствуют содержанию диссертации. Результаты исследования могут представлять интерес для таких организаций как высшие учебные заведения 1физический, биологический и химический факультеты МГУ, биологический н химический факультеты СПбГУ, Казанский государственный университет, Московский физико-технический институт, Тверской государственный университет) и химические и биологические институты Академии наук 1ИБХФ РАН, ИБ РАН, ИВС РАН, ИБГ РАН, ИБХ РАН, ИБК РАН и.т.д,).

Результаты исследования, сформулированные в выводах. являются новыми, По результатам исследования опубликовано 9 печатных работ, в том числе, в 2-х статьях в рецензируемых научных журналах, входящих в перечень журналов ВАК РФ, работа прошла апробацию на международных и российских научных конференциях. Диссертационная работа Рубцовой Е.В. полностью удовлетворяет требованиям и, 9 "Положения о порядке присуждения ученых степеней", утвержденного постановлением Правительства Российской Федерации от 24 сентября 2013 г. № 842 и другим требованиям ВАК РФ, предвявляеммм к диссертациям на ~оискание ученой Степени кандидата наук, Автор диссертации, Рубцова Е.В„ заслуживает присвоения ей ученой степени кандидата физико-математических наук по специальности 03,01.02 — биофизика, Старший научный сотрудник Учреждения Российской академии наук Института химической Физики им, Н.Н.

Се~ено~а кандидат Физико-математических наук ИХФ РАН, тел. 81495)939-75-15 зл, адрес тйЬа11,тпако1йт,;йтпа11.сот .