Диссертация (1102344), страница 15
Текст из файла (страница 15)
В такой модели в каждом узлерешетки пробный зонд будет совершать колебания с частотой резонанса иамплитудой, полученными из эксперимента, регистрация сигнала будетпроводиться при изменении амплитуды колебаний на порядок, указанный вэксперименте.3.4.3 ВыводыРазработанаметодикакоррекцииизображенийатомно-силовоймикроскопии на базе алгоритма сопоставления с данными компьютерногомоделирования. Показано, что использование коррекции изображенийатомно-силовой микроскопии по объектам известного размера и формы самопо себе не дает существенного улучшения данных, но в составеразработанного автором метода может дать более точные данные. Показанаработоспособность предложенной методики коррекции на лизоциме.Полученные результаты могут использоваться в атомно-силовоймикроскопии при решении задачи визуализации единичных белков иинтерпретации полученных данных, а также в компьютерном моделированиипроцессов адсорбции в рамках молекулярной динамики для определенияобласти применимости модели.108ЗаключениеАнализ состояния методов МД и АСМ на сегодняшний день показалсущественные недостатки МД, обусловленные качеством исходных структурбелков, полученных методом РСА и недостатки АСМ, обусловленныенедостаточной точностью измерения рельефа поверхности белка а такжеискажениями, возникающими в процессе сканирования.
В результате,молекулярные модели белков с неструктурированными участками этимиметодами построены быть не могут.Целью данной работы являлось изучение физических особенностейвзаимодействия класса белков, имеющих неструктурированные участки, спомощью атомно-силовой микроскопии и молекулярной динамики дляразвития методологии анализа данных этих методов. В рамках поставленнойнаучной задачи была проделана следующая работа.Были изучены физические особенности фибриллообразования а такжеконформационных преобразований при изменении ионной силы белка σ70субъединицы РНК полимеразы E.сoli. В результате были полученымолекулярные модели фибрилл и свободных молекул белка при разныхконцентрациях солей.
Полученные конформации подтверждаютсярезультатами ведущих исследовательских работ пв этой области, а такженнесут новую информацию о роли C-концевого домена белка в процессахсамоингибирования и фибриллообразования.Были выяснены физические особенности процесса адсорбции белковфибриногена и лизоцима на поверхности некоторых подложек,используемых в АСМ. В результате моделирования фибриногена был сделанвывод о том, что основной вклад в адсорбцию вносятгидрофильные/гидрофобные свойства белка, а не его электростатическиесвойства. Также было показано, что αС-цепи не вносят существенный вклад вразличие высот D-доменов молекулы.109Оба эксперимента демонстрируют преимущества применения совместногоанализа данных АСМ и МД для изучения белков с неструктурированнымиучастками.Для получения этих результатов были проведены вспомогательныеисследования метода МД для адаптации его к решению поставленной задачи.Так, были построены молекулярные модели свежесколотых графита ислюды, а также ГМДС-слюды и графита, покрытого слоем молекул GM.
ДЛяэтого были дополнены популярные для моделирования белков силовые поляAMBER и OPLS. Впервые была построена модель адсорбции молекулы GMна поверхность графита.Был произведен анализ применимости энергетической минимизации дляуточнения исходных структур белков, полученных методом РСА.Также был разработан алгоритм сравнения данных АСМ и МД,базирующийся на вычислении топологии модели адсорбированной молекулына примере молекулы лизоцима.
Этот алгоритм был успешно применен длясравнения данных АСМ и МД фибриногена на поверхности свежесколотойслюды и модифицированной ГМДС-слюды.Основные выводы и результаты диссертации можно сформулироватьследующим образом:1. Построены молекулярные модели агрегатов ранних стадий(протофибрилл) σ70-субъединицы РНК полимеразы E.сoli, показаносоответствие их размеров с данными АСМ.2. Проведено моделирование адсорбции фибриногена на значимые для АСМповерхности свежесколотой слюды и слюды, покрытой ГМДС. Показаносущественное влияние гидрофобных свойств белка на характер адсорбции.Построена модель адсорбции лизоцима на поверхность слюды. Характерныеразмеры моделей хорошо согласовываются с данными АСМ.1103.
Построены модели часто используемых в АСМ подложек: графита,слюды, ГМДС-слюды и графита, покрытого GM Обнаружена характернаяконформация молекулы GM в виде шпильки на поверхности графита схарактерными размерами 1,8 нм и 0,4 нм.4. Доказано, что энергетическая минимизация не сдвигает структуру белкаближе к нативному состоянию, однако изменяет все белки единообразно, чтопоказывает принципиальную возможность использовать эту процедуру дляуточнения структур белков с низким разрешением.5.
Проведен сравнительный анализ данных АСМ и МД достроенных белковс использованием методов предсказания структуры отсутствующихфрагментов белков . На основе данного метода построена близкая к нативнойструктура белка σ70-субъединицы РНК полимеразы E.сoli при разныхуровнях ионной силы раствора.Поставленные задачи выполнены и цель работы достигнута.111БлагодарностьВыражаю искреннюю благодарность моим научным руководителям:Твердислову Всеволоду Александровичу и Дубровину ЕвгениюВладимировичу за всестороннюю помощь в работе, ценные замечания иумелое руководство.От всей души благодарю моих коллег Протопопову Анну Дмитриевну,Оферкина Игоря Владимировича и Годзи Максима Германовича, без вкладакоторых эта работа не состоялась бы.Благодарю сотрудников лаборатории Сканирующей зондовоймикроскопии Кафедры полимеров и кристаллов, в особенности МешковаГеоргия Борисовича и Синицыну Ольгу за творческую, дружескуюатмосферу и поддержку.Особенную благодарность хочу вынести Яминскому Игорю Владимировичуза предоставленную возможность провести исследования на атомно-силовыхмикроскопах, а также за многочисленные консультации.112Список литературы[1] Phillips J.C., Braun R., Wang W., Gumbart J., Tajkhorshid E., Villa E., ChipotC., Skeel R.D., Kalé L.
and Schulten K. Scalable molecular dynamics withNAMD// J. Comp. Chem.- 2005,-v. 26 (16),- pp. 1781-1802.[2] Miao Y., Ortoleva P.J. Molecular dynamics/order parameter extrapolation forbionanosystem simulations // J. Comp. Chem.- 2009,- v.30 (3) - pp.423-437.[3] Jorgensen W.L., Tirado-Rives J. The OPLS Force Field for Proteins. EnergyMinimizations for Crystals of Cyclic Peptides and Crambin// JACS,- 1988,v.110 (6).- pp.1657–1666.[4] Halgren T.A. Merck molecular force field. I. Basis, form, scope,parameterization, and performance of MMFF9// J.
Comp. Chem.- 1996,-v.17, - pp.490-519[5] Cornell W.D., Cieplak P., Bayly C.I., Gould I.R., Merz K.M. Jr, FergusonD.M., Spellmeyer D.C., Fox T., Caldwell J.W., Kollman P.A. A SecondGeneration Force Field for the Simulation of Proteins, Nucleic Acids, and OrganicMolecules// JACS,- 1995,- v.117,- pp.5179–5197[6] Rappe A.K., Casewit C.J., Colwell K.S., Goddard III W.A., Skiff W.M. UFF, aFull Periodic Table Force Field for Molecular Mechanics and Molecular DynamicsSimulations // JACS,- 1992,- v.114, - pp.10024–10035[7] Bekker H., Berendsen H.J.C., Dijkstra E.J., Achterop S., van Drunen R., vanderSpoel D., Sijbers A., Keegstra H., Reitsma B., Renardus M.K.R. Gromacs: Aparallel computer for molecular dynamics simulations// Physics Computing 92.Singapore, 1993,- de Groot R.A., Nadrchal J., eds.
World Scientific.113[8] Ponder J.W., Richards F.M. An efficient newton-like method for molecularmechanics energy minimization of large molecules // J. Comp. Chem.- 1987,v.8 (7),- pp.1016.[9] Mongan J., Case D.A., and McCammon J.A. Constant pH molecular dynamicsin generalized Born implicit solvent // J. Comp. Chem.- 2004,- v.25(16),- pp.2038–2048[10] van der Spoel D., Lindahl E., Hess B., van Buuren A.R., Apol E., MeulenhoffP.J., Tieleman D.P., Sijbers A.L.T.M., Feenstra K.A., van Drunen R. andBerendsen H.J.C. Gromacs User Manual version4.5.4.
// www.gromacs.org(2010)[11] Chaichian, M. Demichev, A. Path Integrals in Physics Volume 1: StochasticProcess and Quantum Mechanics// Taylor & Francis,- 2010,- p. 174[12] Zimmerman K. All purpose molecular mechanics simulator and energyminimizer. // J. Comp.
Chem.-1991,- v.12,- pp.310–319.[13] Malouf R. A comparison of algorithms for maximum entropy parameterestimation // Procedures of Sixth Conferential on Natural Language Learning(CoNLL), – 2002,- pp. 49–55.[14] Berendsen H.J.C., Postma J.P.M., DiNola A., Haak J.R. Molecular dynamicswith coupling to an external bath // J. Chem. Phys.-1984, - v.81, - pp.3684–3690[15] Bussi G., Donadio D., Parrinello M. Canonical sampling through velocityrescaling// J. Chem.
Phys.- 2007,- v.126,- pp.014101.[16] Nose, S. A molecular dynamics method for simulation sin the canonicalensemble // Mol. Phys.- 1984,- v.52,- pp.255–268.[17] Hoover, W.G. Canonical dynamics: equilibrium phase-space distributions. //Physics Review A.-1985,- v.31,- pp.1695–1697.114[18] Berendsen, H.J.C. Transport properties computed by linear response throughweak coupling to a bath // Computer Simulations in Material Science. Meyer,M.,Pontikis,V. eds..Kluwer.- 1991,- pp.139–155.[19] Parrinello M., Rahman A. Polymorphic transitions in single crystals: A newmolecular dynamics method.// Journal of Appied Physics,- 1981,- v.52,- pp.7182–7190,.[20] Martyna G.J., Tuckerman M.E., Tobias D.J., Klein M.L.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
