Отзыв_ведущеи_организации_Рубцова (Исследование топологии гидратных оболочек белков)

,боОБКУ"ИИГГОЛ7 'аевъ ИЕ Вд. энгантв ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО НАУЧНЫХ ОРГАНИЗАЦИЙ Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт молекулярной биологии им. В.А. Энгельгардта Российской академии наук ~ИМБ РАН) 119991, г ОПг1, г Москва 8334 ул. Бавилова, 32 Для телеграмм: Москва 8334, ИМБ УЛНс л/с Об319001290 в ОФК ао КЗЗЛО г.Москввб т,ос 40503810300001009007, в Отделении Ие1 Московского ГТУ Баню России г,.Москва 705, БИК 044583001, ИНН.

БЛНКЛ 772418995б ОКНО -02599501, ОКОНХ -95110 тел. 135-23-11. 135-11-бб, факс 135-14 05 На Ме УТВЕРЖДАЮ Заместитель директора ИМБ РАН фессор Карпов 2015 г. О Т З Ы ',;:. ":,,....: -"- ведущей организации о диссертационной работе Рубцовой Екатерины Владимировны на тему: «Исследование топологии гидратных оболочек белков», представленной на соискание ученой степени кандидата физико- математических наук по специальности 03.03.02 — биофизика.

Актуальность темы диссертации. В проблемах физики белка исследование воды занимает одно из центральных мест: во многих белковых системах молекулы воды играет роль важных функциональных групп, часто ключевых в аспекте функционирования макромолекул. Вода играет важнейшую структурную роль в генезисе фибриллярных структур.

В коллагеновых же системах она не только является по существу частью структуры белка, но и определяет главный параметр термостабильности — температуру перехода: в коллагенах температура фазового перехода соответствует физиологической температуре. Что касается проблемы физических свойств воды, то она ие решена только в рамках биологи, но и фундаментальной физике осталось много нерешенных задач, связанных со структурой и свойствами воды.

Сопоставление физики воды и биологии получает отражение в диссертационной работе Е.В. Рубцовой, где сравниваются статистические характеристики объемной воды и гидратных оболочек белков. Исследуются задачи возможности существования параметрических водных кластеров при 1 ненулевых температурах, нахождения параметрических водных структур в гидратных оболочках различных белков. Тема подобного рода теоретического исследования представляется актуальной, в связи с тем что несмотря на наличие ряда экспериментальных работ, свидетельствующих о различиях в структурах гидратных оболочек белков и объемной воды, интерпретация полученных экспериментальных результатов не приводит к однозначным выводам.

Научная новизна диссертации Научная новизна работы состоит в осуществлении оригинального подхода к анализу топологических особенностей сеток водородных связей в гидратных оболочках белков и объемной воды, тогда как обычно они интерпретируются только с точки зрения статистических усредненных характеристик.

Данный подход дает конкретную информацию о параметрах водородных связей, что позволяет выявить существенные различия в структурах гидратных оболочек белков и объемной воды. Достоверность и обоснованность результатов исследования Достоверность полученных результатов обеспечена использованием в работе комплекса независимых методических подходов: современных программных пакетов, а также оригинальных библиотек, самостоятельно написанных автором, тщательным учетом и подробной оценкой результатов численного моделирования с использованием адекватных методов обработки данных. В целом, использованные методы оказались достаточными для выполнения основной задачи исследования: сравнительного анализа сеток водородных связей в гидратных оболочках различных белков, а также в объемной воде.

В каждой из глав приведены подробные обоснования корректности проведенного моделирования. Основные положения и результаты работы Диссертационная работа состоит из Введения, пяти глав, Результатов и Выводов, Списка литературы, содержащего 94 ссылки на источники. Общий объем работы составляет 97 страниц. Во Введении кратко аргументирована необходимость изучения свойств воды и процессов гидратации биологически важных макромолекул. В первой главе приводится обзор литературы, дано описание существующих распространенных моделей воды от простых, неполно описывающих основные свойства водного слоя, до современных детальных моделей, требующих для их рассмотрения больших компьютерных мощностей в виду использования значительного количества параметров. В обзоре литературы представлены сведения об основных потенциалах, используемых при моделировании белков.

В данной части работы рассмотрены популярные методы моделирования биосистем, обсуждено понятие топологии, применяемое по отношению к сеткам водородных связей. В конце главы сформулированы цели диссертационной работы. Вторая глава посвящена исследованию динамики водных кластеров. В главе приведено подробное описание используемых методов моделирования (параметров моделирования, а также методов численного интегрирования уравнений движений), представлены исследуемые водные кластеры. Показано, что водные кластеры остаются стабильными в течение времени, которое на несколько порядков превышает период самых быстрых колебаний в структуре димера воды. В третьей главе приводятся результаты анализа топологии, связанной с белком воды. В работе проведено сравнение гидратных оболочек белков и твистгексациклов с точки зрения топологии связанных структур.

Показано, что сеть водородных связей может быть представлена как структура гексациклов, проведена классификация найденных гексациклов в соответствии с параметрической моделью связанной воды. В четвертой главе выполнен подробный сравнительный анализ распределений «валентных» и торсионных углов в гидратных оболочках белков, проведена оценка вклада топологически различных частиц ' в функцию распределения «валентных» углов. Обозначены качественные особенности в рассмотренных статистических характеристиках структур, приведены гипотезы, объясняющие обнаруженные различия. Пятая глава посвящена анализу функций плотности и электростатического потенциала в гидратных оболочках белков.

Приведено подробное описание метода получения соответствующих статистических характеристик, установлена периодичность в распределениях плотности молекул воды в гидратных оболочках белков. Выводы диссертации отражают и резюмируют полученные автором результаты численных экспериментов, соответствуют поставленным в работе задачам, обоснованы и достоверны. Замеченные недостатки Работа, в целом производящая благоприятное впечатление, не свободна от некоторых недостатков. Так, на стр.

39 приведены графики зависимостей температуры и диаметра кластера, но не указывается величина временного шага, который был применен в моделировании, данный вопрос лишь обсужден в неявном виде ранее; на стр. 43 обсуждается процесс нагрева кластера, в то же время алгоритм процедуры нагрева кластеров описан недостаточно полно; на рисунках 41, 42 1стр. 53) приведены иллюстрации гидратных оболочек тройной спирали фрагмента коллагена в различных проекциях, однако необходимые подробности, характеризующие вид проекции, не указаны, Приведенные замечания не носят принципиального характера и ни в коей мере не снижают общей положительной оценки работы.

Заключение Диссертационная работа Е.В. Рубцовой «Исследование топологии гидратных оболочек белков» является актуальным научным исследованием, в результате проведения которого удалось установить принципиальное отличие первого гидратного слоя, непосредственно примыкающего к макромолекуле, от структурных и динамических свойств ансамблей Заведующий Лабораторией вычислительных методов системной биологии ИМБ РАН доктор физико-математических ~фк, профессор ~специальность 03.01.02 — «Биробу~ Туманян Владимир Гайевич Ведущий научный сотрудник Л вычислительных методов систе кандидат физико-математических наук (специальность 03.01.02 — «Биофизика») и ИМБ РАН Есипова Наталия Георгиевна г~-с~Л Контактная информация: 119991, ГСП-1, г.

Москва, ул. Вавилова, д. 32, ИМБ РАН Тел.: 8(499)135-23-11, 8(499)135-11-60 объемной воды. Диссертация Е.В. Рубцовой является завершенным научно- квалификационной работой, выполненной на высоком научно- методологическом уровне с использованием современных методов исследования, что позволило обеспечить достоверность полученных результатов и объективность выводов. Результаты работы доложены на нескольких конференциях, в том числе международных конференциях, и семинарах и представлены в девяти научных публикациях.

Автореферат и публикации отражают содержание выполненной диссертационной работы. Сделанные автором выводы вполне обоснованы и достоверны и подтверждаются приведенным в работе фактическим материалом. Теоретическая значимость работы и ее высокий методический уровень, позволяют сделать вывод о том, что диссертация Е.В. Рубцовой «Исследование топологии гидратных оболочек белков» соответствует критериям, установленным «Положением о присуждении ученых степеней» (утверждено Постановлением Правительства РФ от 24.09.2013 г. №842), предъявляемым к диссертациям на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук, а диссертант заслуживает присуждения искомой степени по специальности 03.01.02 — биофизика.

Отзыв обсужден и одобрен на заседании научного коллоквиума Лаборатории вычислительных методов системной биологии 14-го ноября 2015 г, протокол № 7. .