Автореферат (1102343), страница 4
Текст из файла (страница 4)
Модель воспроизводитизвестныйэффект,чтовысотамолекулыуменьшается,адлинаувеличивается на более гидрофобной поверхности. На рисунке 8 можнолегко заметить, что на поверхности гидрофобной ГМДС-слюды концевыеглобулярные D-домены плотно контактируют с поверхностью, тогда какобласти альфа-спиралей приподняты над поверхностью и образуют меньшеконтактов. На чистой гидрофильной слюде ситуация обратная, участкиальфа-спиралей плотно примыкают к подложке, а D-домены приподняты.Можнопредположить,чтонесоответствиемежду экспериментомимоделированием связано с отсутствием αC-областей в модели. Хотяпоследовательность аминокислот αC-домена в среднемгидрофильна(средняя гидрофобность GRAVY = -0.994), более важно, как этот доменструктурирован.
На сегодняшний день такойинформации нет, и неисключено, что присутствие αC-доменов делает молекулу на гидрофобнойподложке немного длиннее, чем в моделировании. Также важно отметить,20что, хотя конечные конформации расценены как устойчивые, могут иметьместо очень медленные процессы разворачивания белка на гидрофобныхповерхностях.Раздел 3.3 содержит описание эксперимента по адсорбции лизоцима,полученного из белка куриного яйца, на поверхность слюды, а такжепредложенной методики сравнения данных АСМ и молекулярной динамики.Подробно описывается методика обработки полученной в модели молекулы,адсорбированной на кремниевую подложку.
Для этого строится двумернаясеточная функция, напоминающая изображение топологии поверхности вАСМ: в каждой точке этой функции регистрируется максимальная высота пооси Z, на которой происходит перекрытие Ван-дер-Ваальсовых радиусовпробного зонда из 8 атомов кремния с атомами белка. Методика аналогичнаиспользованной при сравнении данных по адсорбции фибриногена.На рисунке 9 показано АСМ-изображение молекул лизоцима на поверхностислюды. При увеличении концентрации раствора лизоцима вдвое количествоединичных молекул увеличивается также вдвое, что позволяет считать, чтоРисунок 9.
Данные атомно-силовой микроскопии лизоцима, концентрация лизоцима в воде0,05мкг/мл и 0,02 мкг/млданные молекулы – единичные белки.По описанной ранее процедуре были получены изображения единичногобелка на слюде в АСМ-эксперименте и в модели (Рисунок 10), после чего21былопроведеносравнениеиххарактерныхвеличин.Результатыпредставлены в Таблице 2.Рисунок 10 Визуализация данных АСМ-эксперимента и моделирования зондового сканированияШаг измерений высоты по осям х и у составлял 0,3 Ǻ для компьютерногоэксперимента и 4 Ǻ для АСМ-эксперимента.Таблица 2.Сравнение экспериментальных и модельных размеров лизоцимаНаименованиехарактеристикиОбразец Образец Образец Образец ОбразецМодель№1№2№3№4№5Характерныйлатеральный размер,4,55,17,34,14,97,23,41,51,91,61,82,1нмМаксимальнаявысота , нмДанные таблицы показывают характерноеуширение латеральных изанижение вертикальных размеров молекулы в АСМ-эксперименте, чтоприводит к некоторому различию данных компьютерного и реальногоэкспериментов.
Однако из данной таблицы можно сделать важные выводы опорядке этих искажений. На данный момент характерные величины белков,полученных в АСМ-экспериментах, сравнивают в основном с даннымисветорассеяния или ЯМР, то есть размеры адсорбированных молекул22сравнивают с размерами молекул в растворе, что в общем случае можетпривести к ошибке.Рисунок 11 Начальная и промежуточная конформации адсорбированного лизоцима после 5 нсПоданнымэкспериментовлизоцимнаотрицательнозаряженнойповерхности не сохраняет свою изначальную форму, а расползается поповерхности, что существенно влияет на его высоту и латеральные размеры.Тот же самый эффект характерен и для фибриногена, хотя и в меньшейстепени из-за большего размера белка.
На Рисунке 11 видно, чтопромежуточнаяформализоцимаимеетбольшиеразмеры,чемпервоначальная, взятая из кристалла. Причем различие получается примернов 2 раза. Модельная топология адсорбированной молекулы должна датьболее хорошее соответствие с данными АСМ.В целом, сравнение размеров дало хорошее соответствие между моделью иэкспериментом.Следуетотметить,чтопредложенныйподходдляпредставления модельных данных в виде топологии поверхности имеетбольшие перспективы для развития метода АСМ, т.к. позволяет учесть вполученной топологии особенности взаимодействия зонда с белком, добавивили убрав итоговую высоту в соответствии со знаком и величиной сил,действующих на зонд.23РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ ДИССЕРТАЦИИ1.
Построены молекулярные модели агрегатов ранних стадий(протофибрилл) σ70-субъединицы РНК полимеразы E.сoli,показано соответствие их размеров с данными АСМ.2. Проведено моделирование адсорбции фибриногена назначимые для АСМ поверхности свежесколотой слюды и слюды,покрытой ГМДС. Показано существенное влияние гидрофобныхсвойств белка на характер адсорбции.
Построена модельадсорбции лизоцима на поверхность слюды. Характерныеразмеры моделей хорошо согласовываются с данными АСМ.3. Построены модели часто используемых в АСМ подложек:графита, слюды, ГМДС-слюды и графита, покрытого GM.Обнаружена характерная конформация молекулы GM в видешпильки на поверхности графита с характерными размерами 1,8нм и 0,4 нм.4. Доказано, что энергетическая минимизация не сдвигаетструктуру белка ближе к нативному состоянию, однако изменяетвсе белки единообразно, что показывает принципиальнуювозможность использовать эту процедуру для уточненияструктур белков с низким разрешением.5. Проведен сравнительный анализ данных АСМ и МДдостроенных белков с использованием методов предсказанияструктуры отсутствующих фрагментов белков .
На основеданного метода построена близкая к нативной структура белка24σ70-субъединицы РНК-полимеразы E.сoli при разных уровняхионной силы раствора.Поставленные задачи выполнены и цель работы достигнута.СПИСОК ПУБЛИКАЦИЙ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИСписок работ, опубликованных в перечне изданий, рекомендуемых ВАК1.
М.Г. Годзи, А.П. Громова (Толстова), И.В. Оферкин, П.В. Миронов.Можно ли использовать локальную энергетическую минимизациюдля уточнения PDB-структур разного разрешения? // Биофизика ,2009, том 54, вып. 4, с. 622-629.2. М.Г. Годзи, А.П. Толстова, И.В. Оферкин. Применение молекулярнойдинамики для интерпретации данных атомно-силовой микроскопии.// Биофизика, 2010, том 55, вып.
3, с. 415-423.Список работ, опубликованных в виде статей в журналах, не входящих вперечень рекомендуемых ВАК3. А.Толстова, А.Протопопова, И.Оферкин, М.Годзи. Компьютерноемоделированиеиданныеатомно-силовоймикроскопии.//Наноиндустрия, 2011, вып. 3, с. 42-44Список работ, опубликованных в виде тезисов конференций4. Толстова А.П. Компьютерное моделирование, как основа дляинтерпретации данных атомно-силовой микроскопии наносистем //Сборник тезисов VIII Международной конференции "Проблемыбиологической физики", 27-28 ноября 2009 стр. 2295.
Толстова А.П. Годзи М.Г. Модуль компьютерного моделированиядля полуавтоматической интерпретации данных атомно-силовоймикроскопии // Сборник тезисов Международной конференцииЛомоносов 2010, Выставка инновационных проектов и достижениймолодых ученых СНГ, 12 апреля 2010, стр. 51256. А.П. Толстова, М.Г. Годзи, Новый метод получения трехмерныхструктур адсорбированных биополимеров в нативных условиях //Актуальные вопросы теоретической и прикладной биофизики,физики и химии, том 2 - биофизика и биофизическая медицина, стр.79-827. Толстова А.П Компьютерное моделирование как способ повышенияинформативности атомно-силовой микроскопии биополимеров //СборниктезисовЧетвертоймеждународнойконференции"Современные достижения бионаноскопии", 15 - 18 июня 2010, стр.728. ТолстоваА.П.ГодзиМ.Г.Применениекомпьютерногомоделирования для уточнения данных атомно-силовой микроскопии// Сборник тезисов Международной конференции Ломоносов 2011, 11— 15 апреля 2011, стр.
539. Толстова А. П., Протопопова А. Д., Оферкин И. В., Завьялова Е. Г.,Годзи М. Г. Трактовка данных атомно-силовой микроскопии методоммолекулярной динамики // Сборник тезисов Пятой международнойконференции «Современные достижения бионаноскопии», Москва15–17 июня 2011, стр. 52–53.10. Protopopova A. D., Tolstova A. P., Oferkin I.
V., Zavyalova E. G., GodsieM. G., Structure of adsorbed fibrinogen studied by atomic forcemicroscopy and molecular dynamics simulation // Absracts book of 17thInternational Biophysics Congress, 31 October – 3 November 2011, p.244.11. Protopopova A.D., Tolstova A.P., Zavyalova E.G., Kopylov A.M.,Tverdislov V.A., Yaminsky I.V. Structure of adsorbed fibrinogen studiedby single-molecule atomic force microscopy and molecular dynamicssimulation // Сборник тезисов 2-й Международной школы по физикеповерхности «Технологии и измерения атомного масштаба», 1-7октября 2012 г., Сочи. стр 372612. Протопопова А.Д., Завьялова Е.Г., Толстова А.П., Оферкин И.В.,Годзи М.Г., Ахмерова Д.Р., Копылов А.М., Яминский И.В.Исследование структуры и свойств фибриногена и фибрина //Сборник тезисов научной конференции по биоорганической химии ибиотехнологии "X чтения памяти академика Юрия АнатольевичаОвчинникова", 14-17 ноября 2011, стр. 5413.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
