Диссертация (1102344), страница 2

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 2)

Поскольку сами αС-цепине фигурировали в компьютерном исследовании, выполненная работаоткрывает перспективы для повышения точности и адекватностиметодамолекулярной динамики.Данные об адсорбции лизоцима на поверхность слюды позволяют вперспективе перейти кавтоматическому объединению данных АСМ имолекулярной динамики и повышению информативности АСМ.Все вместе проведенные компьютерные и АСМ экспериментыпредставляют научную иметодологическую ценность, внося вклад в7развитие обоих методов и показывая перспективность объединения ихрезультатов.Положения, выносимые на защиту1) Молекулярные модели фибрилл σ70-субъединицы РНК полимеразыE.coli, позволяющие исследовать ранние стадии амилоидоза.2) Уточненные молекулярные модели σ70-субъединицы РНК полимеразыE.coli с восстановленными участками в водной среде при разныхуровняхионнойсилы,позволяющиеисследоватьпроцесссамоингибирования белка при высоких концентрациях солей.3) Молекулярные модели адсорбированных белков фибриногена илизоцима на поверхности слюды и других исследуемых в АСМподложек.4) Молекулярные модели подложек свежесколотого графита, графита,покрытого слоем молекул GM, свежесколотой слюды и слюды,покрытойгексаметилдисилозаном,позволяющиепроводитьмоделирование адсорбции белков.5) Метод получения топологии поверхности молекулярныхмоделейадсорбированных белков.Личный вклад диссертантаАСМ-изображения лизоцима получены и обработаны автором лично.Все модели в среде Gromacs построены автором лично.Параметризация подложек и подбор парциальных зарядов, а такжеконструирование новых молекул и подложек проведены автором лично.Построениетопологий поверхности адсорбированных белков исравнение с данными АСМ проведено автором лично.Данные АСМ по адсорбции фибриногена на исследуемые поверхностиполучены совместно с Протопоповой Анной Дмитриевной.8Данные АСМ по фибриллообразованию сигма-фактора полученысовместно с Кузьминой Натальей Викторовной.Модели в среде NAMD построены совместно с Оферкиным ИгоремВладимировичем.Все результаты, составляющие основное содержание диссертации,получены автором самостоятельно.Апробация работыОсновные результаты диссертационной работы докладывались наследующих научных конференциях и школах:1) VIIIМеждународнаяконференция"Проблемы биологическойфизики" 27-28 ноября 2009 Москва, Россия2) МеждународнаяконференцияЛомоносов2010,Выставкаинновационных проектов и достижений молодых ученых СНГ, 12апреля 2010, Москва, Россия3) Актуальные вопросы теоретической и прикладной биофизики,физики и химии 26 - 30 апреля 2010 , Севастополь, Украина4) Четвертая международная конференция "Современные достижениябионаноскопии", 15 - 18 июня 2010, Москва, Россия5) Международная конференция Ломоносов 2011, 11 — 15 апреля2011, Москва, Россия6) Пятая международная конференция «Современные достижениябионаноскопии», 15–17 июня 2011 Москва, Россия7) 17th International Biophysics Congress, 31 октября – 3 ноября 2011Пекин, Китай8) 2-я Международная школа по физике поверхности «Технологии иизмерения атомного масштаба», 1-7 октября 2012 Сочи, Россия99) Научная конференция по биоорганической химии и биотехнологии"X чтения памяти академика Юрия Анатольевича Овчинникова", 1417 ноября 2011, Москва, Россия10)Международная конференция Ломоносов 2015, 13-17 апреля2015, Москва, Россия11)МеждународнаяконференцияSuperresolution in differentdimensions, 2-3 июня 2015, Москва, Россия12)Международная конференция 18th International Conference of noncontact Atomic Force Microscopy, 7-11 сентября 2015, Кассис,ФранцияПубликацииПо теме диссертационой работы опубликовано 15 работ, в том числе 3статьи, 1 публикация в сборнике трудови 11 публикаций в сборникахтезисов докладов конференций.1.

М.Г. Годзи, А.П. Громова, 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. Применениемолекулярной динамики для интерпретации данных атомно-силовоймикроскопии. // Биофизика, 2010, том 55, вып. 3, с. 415-423.3. А.Толстова,КомпьютерноеА.Протопопова,моделированиеиИ.Оферкин,данныеМ.Годзи.атомно-силовоймикроскопии.

// Наноиндустрия, 2011, вып. 3, с. 42-44.4. Толстова А.П. Компьютерное моделирование, как основадляинтерпретацииданныхатомно-силовоймикроскопиинаносистем // Сборник тезисов VIII Международной конференции"Проблемы биологической физики", 27-28 ноября 2009 стр. 229.105. ТолстоваА.П.ГодзиМ.Г.Модулькомпьютерногомоделирования для полуавтоматической интерпретации данныхатомно-силовой микроскопии // Сборник тезисов Международнойконференции Ломоносов 2010, Выставка инновационных проектов идостижений молодых ученых СНГ, 12 апреля 2010, стр. 51.6. А.П. Толстова, М.Г.

Годзи, Новый метод получениятрехмерных структур адсорбированных биополимеров в нативныхусловиях // Актуальные вопросы теоретической и прикладнойбиофизики, физики и химии, том 2 - биофизика и биофизическаямедицина, стр. 79-82.7. Толстова А.П Компьютерное моделирование как способповышенияинформативностибиополимеров //атомно-силовоймикроскопииСборник тезисов Четвертой международнойконференции "Современные достижения бионаноскопии", 15 - 18июня 2010, стр. 72.8. Толстова А.П. Годзи М.Г. Применение компьютерногомоделирования для уточнения данных атомно-силовой микроскопии// Сборник тезисов Международной конференции Ломоносов 2011,11 — 15 апреля 2011, стр. 53.9.

Толстова А. П., Протопопова А. Д., Оферкин И. В.,Завьялова Е. Г., Годзи М. Г. Трактовка данных атомно-силовоймикроскопии методом молекулярной динамики // Сборник тезисовПятой международной конференции «Современные достижениябионаноскопии», Москва 15–17 июня 2011, стр.

52–53.10.Protopopova A. D., Tolstova A. P., Oferkin I. V.,Zavyalova E. G., Godsie M. G., Structure of adsorbed fibrinogen studiedby atomic force microscopy and molecular dynamics simulation //Absracts book of 17th International Biophysics Congress, 31 October – 3November 2011, p. 244.1111.Protopopova A.D., Tolstova A.P., Zavyalova E.G.,Kopylov A.M., Tverdislov V.A., Yaminsky I.V. Structure of adsorbedfibrinogen studied by single-molecule atomic force microscopy andmoleculardynamicssimulation//Сборниктезисов2-йМеждународной школы по физике поверхности «Технологии иизмерения атомного масштаба», 1-7 октября 2012 г., Сочи.

стр. 37.12.Протопопова А.Д., Завьялова Е.Г., Толстова А.П.,Оферкин И.В., Годзи М.Г., Ахмерова Д.Р., Копылов А.М., ЯминскийИ.В. Исследование структуры и свойств фибриногена и фибрина //Сборник тезисов научной конференции по биоорганической химиии биотехнологии "X чтения памяти академика Юрия АнатольевичаОвчинникова", 14-17 ноября 2011, стр. 54.13.механизмовТолстоваА.П.образованияКузьминаамилоидныхН.В.Исследованиенанофибриллсиспользованием бактериальных наносистем // Сборник тезисов XXIIМеждународной научной конференции студентов, аспирантов имолодых ученых "Ломоносов-2015", 13-17 апреля 2015 , стр. 55.14.A.P. Tolstova , N.V. Kuzmina , E.V. Dubrovin , O.N.Koroleva , I.V.

Yamisky , V.L. Drutsa Comparison of atomic forcemicroscopy and molecular dynamics data of protein amyloid fibrils inbacterial systems. // Сборник тезисов Международной конференцииSuper resolution in different dimensions, 2-3 июня 2015, стр. 69.15. E.V. Dubrovin , O.N. Koroleva, N.V. Kuzmina ,A.P.Tolstova, I.V. Yamisky , V.L. Drutsa. AFM study of wormlike aggregatesof Esherichia coli RNA polymerase σ70 subunit. // Сборник тезисовмеждународной конференции 18th International Conference of noncontact Atomic Force Microscopy, 7-11 сентября 2015, стр.

108.12Работа поддержана грантами РФФИ 15-32-20629 Атомно-силоваямикроскопия конвергентных транскрипционных комплексов и 13-0401504Исследованиемеханизмовобразованиянанофибрилл с использованием бактериальных систем.13амилоидныхГлава 1.динамикииАнализсостоянияатомно-силовойметодовмикроскопиивмолекулярнойприложениикисследованию класса белков с неструктурированными участками1.1Компьютерное моделирование биомакромолекулметодом молекулярной динамикиКомпьютерное моделирование - один из мощнейших инструментовизучения молекулярной структуры биомакромолекул.

Одним из методовкомпьютерного моделирования является метод молекулярной динамики. Егосуть заключается в том, что состояние системы в каждый момент времениполучается интегрированием уравнений движения всех элементарныхчастиц, входящих в систему. Эти уравнения движения получаются изклассической аналитической механики, а силы взаимодействия междучастицами считаются потенциальными.

Таким образом, уравнения движениясистемы имеют вид[1]: m r    U (r1 , r2 ,..., rN ) ,r  1,2,..., N(1.1)Где m - масса частицы, r - ее положение в пространстве, U - полнаяпотенциальная энергия системы, зависящая от координат всех частиц. Вмолекулярной динамике способ задания этой энергии – очень важныйвопрос, поскольку полная энергия должна учитывать все взаимодействиямежду частицами в системе, при этом оставаясь простой функцией с точкизрения математики для быстрого компьютерного расчета.Второй принципиальный вопрос – каким способом решать полученныеуравнения движения. Для решения используется стандартная процедура,когда для заданных начальных условий вычисляются силы, а такжекоординаты и скорости частиц в следующий момент времени, то есть вследующий шаг выполнения алгоритма.

Эти данные являются начальными14величинами для второго шага, и так далее. При этом расчеты могутпроводиться либо при постоянной энергии системы, либо, чаще, припостоянной температуре. Такое представление тесно связано с теоретическойстатистической физикой: Наборы конфигураций, получаемые в ходе расчетовметодом молекулярной динамики, распределены в соответствии с некоторойстатистической функцией распределения, например, микроканоническимраспределением.Мгновенная температура задается как средняя кинетическая энергиясистемы, приходящаяся на одну ее степень свободы:T (t ) 1 N mi vi2 ,3 Nk i 1где k(1.2)- постоянная Больцмана.

Температура получается путемусреднения ее мгновенных значений по некоторому интервалу времени.Полная потенциальная энергия системы в молекулярной динамикезадается эмпирически. Она определяется из решения уравнения Шредингерадля обеспечения перехода от уравнений движения системы квантовоймеханики к уравнениям движения частиц классической механики.

Тогда этаэнергия будет иметь вид силового поля, а ее частные производные покоординатам частиц есть силы, действующие на частицы.Как уже было сказано выше, силовое поле должно описывать всевзаимодействия частиц системы, оставаясь при этом простой математическойфункцией. Для достижения этого требования силовое поле представляется ввиде суммы потенциалов различных типов взаимодействий[1]:U  U bond  U angle  U dihedral  U vdW  U Coulomb .(1.3)Первые три составляющие описывают растяжение, сгиб и упругие(торсионные углы) взаимодействия связанных атомов:15U bond kbondi(ri  r0i ) 2 ,(1.4)( i   0i ) 2 ,(1.5)bondsU angle kangleianglesU dihedral k idih [1  cos(ni i   i )], ni  0, k dih (0   ) 2 , n  0dihedral ii i(1.6)где [ bondtypes ] – все ковалентные связи системы, [ angletypes ] – уголв каждой паре ковалентных связей с общей частицей в вершине, dihedral –торсионныевзаимодействия,ковалентнымисвязями,гдехарактерныецентральнаядляпар атомов ссвязьзадаеттремядвугранныйторсионный угол  .Последние два слагаемых описывают взаимодействия несвязанныхатомов:U vdW ij  4 ij  riji j iU Coulumb  ij iqi q j4 0 rij126  ij     ,r   ij  (1.7),(1.8)это Ван-дер-Ваальсово (в приближении потенциала Леннарда-Джонса)и электростатическое взаимодействия соответственно.Таким образом, потенциальная энергия системы имеет в целомэлектромагнитную природу.

Характеристики

Список файлов диссертации