Автореферат (1102955)
Текст из файла
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТИМ. М. В. ЛОМОНОСОВАНа правах рукописиРУБЦОВА ЕКАТЕРИНА ВЛАДИМИРОВНАИССЛЕДОВАНИЕ ТОПОЛОГИИ ГИДРАТНЫХОБОЛОЧЕК БЕЛКОВСпециальность 03.01.02 — биофизикаАВТОРЕФЕРАТдиссертации на соискание учёной степеникандидата физико-математических наукМосква2015Работа выполнена на кафедре математики физического факультетаМосковского государственного университета имени М.
В. Ломоносова.Научный руководитель:доктор физико-математических наук,профессорЛобышев Валентин ИвановичОфициальные оппоненты: доктор физико-математических наук,ведущий научный сотрудникЕрмаков Юрий Александрович,Федеральное государственное бюджетноеучреждение наукиИнститут физической химии иэлектрохимии им.
А.Н. Фрумкина РАНкандидат физико-математических наук,старший научный сотрудникМазо Михаил Абрамович,Федеральное государственное бюджетноеучреждение наукиИнститут химической физикиим. Н.Н. Семенова РАНВедущая организация:Институт молекулярной биологииим. В.А. Энгельгардта РАНЗащита диссертации состоится 17 декабря 2015 г. в ЦФА в 15.30 на заседании диссертационного совета Д 501.002.11 при Московском государственном университете имени М.В.
Ломоносова по адресу: 119991, ГСП-1,Москва, Ленинские горы, д.1, стр. 2, физический факультет МГУС диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Московского государственного университета имени М.В. Ломоносова и на сайте диссертационного совета http://www.phys.msu.ru/rus/research/disser/sovet-D501-00211/Автореферат разосланУченый секретарьдиссертационного советакандидат технических наукоктября 2015 г.Сидорова Алла ЭдуардовнаОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫРабота посвящена исследованию топологии гидратных оболочек белков различных типов с использованием параметрической модели воды.Установлено наличие параметрических структур определённого типа вслое воды, прилегающем к белку. В работе рассмотрены статистическиераспределения внутренних параметров гидратных оболочек белков: «валентных» и торсионных углов, функции плотности и электростатическогопотенциала, проведено сравнение полученных статистических характеристик гидратных оболочек белков с соответствующими характеристикамиобъёмной воды.Актуальность темы.Процесс гидратации белков чаще всего рассматривается с энергетической точки зрения, но структуры с различными распределениями внутренних параметров («валентных» и торсионных углов, функции плотности и электростатического потенциала) могут не отличаться друг отдруга энергетически, а лишь иметь топологические различия.
Рассмотрение топологии структур гидратных оболочек белков важно для понимания свойств водного слоя, процесса гидратации, а также для пониманияпричин функциональных различий белков, в связи с чем тема работыявляется актуальной.Литературные данные о гидратации белков свидетельствуют о существовании водной оболочки, средняя плотность которой на 10% больше,чем в объёмной воде при аналогичных условиях [1]. Таким образом, наповерхности макромолекул появляется слой связанной воды, физическиесвойства которой существенно отличаются от свойств объёмной воды.В данной работе гидратная оболочка белка рассматривается не с точки зрения статистических закономерностей, а с точки зрения детерминированных координат (положения в пространстве и скоростей), основнойхарактеристикой при рассмотрении параметрических структур являютсяпаттерны связывания модулей.Цель исследования.Целью диссертационной работы является исследование существования3водных кластеров, построенных в рамках параметрической модели, с учётом тепловых колебаний, установление факта наличия параметрическихструктур в гидратных оболочках белков, сравнение структур гидратныхоболочек белков и объёмной воды, объяснение возможных причин существующих характерных особенностей разных систем.Предмет и объект исследования.Объектом исследования в диссертационной работе являются смоделированные биологические структуры.
Предмет исследования состоит в анализе различных структур, установлении характерных различий и объяснении найденных особенностей.В нашей работе для исследования были выбраны белки, по-разномувзаимодействующие с водой: белки коллагена и его фрагменты, определённые с различным разрешением (структуры взяты из PDB-банка).Результаты, полученные для структурных белков, коллагенов, сравнивались с аналогичным характеристиками для небольшого белка убиквитина.В работе проводилось изучение следующих структур:∙ 1CAG.pdb — тройная спираль коллагена, определённая с разрешением 1.9 Å, длина каждой цепочки — 30 аминокислот, количествомолекул растворителя — 10062∙ 1BKV.pdb — тройная спираль коллагена, определённая с разрешением 2 Å, длина каждой цепочки — 30 аминокислот, количество молекул растворителя — 7164∙ 1ITT.pdb — тройная спираль коллагена, определённая с разрешением 1.9 Å, длина каждой цепочки — 7 аминокислот, количество молекул растворителя — 2292∙ 1UBQ.pdb — белок убиквитин, определённый с разрешением 1.8 Å,количество молекул растворителя — 9630Убиквитин — один из самых распространённых белков в природе, синтез данного белка происходит во всех эукариотических клетках.
Одна из4форм убиквитина является маркером деградации белков, выполнившихсвою функцию. Однако система убиквитина вовлечена и в другие важныепроцессы в клетке, например, развитие, реакция на стресс и т.д.Структура и функции коллагена достаточно хорошо изучены. Экспериментальные данные дают нам представление об основных мотивах(паттернах) третичной структуры коллагена.
Вода играет важную рольв формировании структуры нативной конформации коллагена. С помощью различных экспериментальных техник (например, ЯМР и диэлектрической релаксации) было показано, что молекулы воды в структурахволокон коллагена менее подвижны, чем в объёмной воде [2]. Экспериментальные исследования подтверждают, что молекулы воды формируютцепочки водородных связей вокруг молекулы коллагена [3].Всё это дало основания для выбора коллагена в качестве основногообъекта исследования, и сравнения характеристик коллагенов с характеристиками убиквитина.Методы исследования.При выполнении диссертационного исследования использовались современные методы математического моделирования биосистем: применялись готовые программные пакеты (NAMD, SOLVATE, HyperChem, библиотека CGAL, Gromacs), а также были разработаны собственные библиотеки на языках Python, C++, Matlab с применением численных схемрешений уравнений движения высоких порядков.Научная новизна.При экспериментальном исследовании гидратации белков топологиясвязанной воды не подвергается подробному анализу, чаще всего доминирует представление о связанной воде как о структуре льда.
В теоретических исследованиях, как правило, анализируются парные взаимодействияближнего порядка, поэтому вопрос о топологии также не рассматривается. Определение топологии или характера связей молекул воды в гидратной оболочке — непростая задача для численного моделирования, а такжедля доказательства соответствия результатов моделирования и реальныхфизических свойств объектов.5В диссертации были разработаны новые подходы к исследованию структуры слоя воды вокруг белка: было показано, что гидратная оболочка может быть представлена как система гексациклов.
Данный факт позволяетупростить получение таких статистических характеристик водного прибелкового слоя, как функции распределений «валентных» и торсионныхуглов.Достоверность научных положений обусловлена получением статистически достоверных характеристик рассматриваемых структур и использованием апробированных научных методов.Практическая значимость работы.Для улучшения и упрощения качества обработки существующих экспериментальных данных, полученных для систем «белок + вода», необходимо использовать как можно более точную модель воды, учитывающуюособенности взаимодействия с белком. Таким образом понимание особенностей структуры гидратного слоя воды представляет собой практическизначимую задачу для определения белковой структуры с высокой точностью.Апробация результатов.Основные результаты работы докладывались автором на следующихроссийских и международных конференциях:∙ 9th Annual Conference on the Physics, Chemistry, and Biology of Water(Bulgaria, 2014)∙ 18-я Международная Пущинская школа-конференция молодых ученых «Биология — наука XXI века» (Пущино, Россия, 2014)∙ XXI международная научная конференция студентов, аспирантов имолодых ученых «Ломоносов-2014» (Москва, Россия, 2014)∙ XIII ежегодная международная молодежная конференция ИБХФ РАНВУЗы «Биохимическая физика» (Москва, Россия, 2013)∙ 8th Annual Conference on the Physics, Chemistry, and Biology of Water(Bulgaria, 2013)6∙ XX международная научная конференция студентов, аспирантов имолодых ученых «Ломоносов-2013» (Москва, Россия, 2013)∙ XIX международная научная конференция студентов, аспирантов имолодых ученых «Ломоносов-2012» (Москва, Россия, 2012)∙ 7th Annual Conference on the Physics, Chemistry and Biology of Water(USA, 2012)∙ IV Съезд биофизиков России (Нижний Новгород, Россия, 2012)Публикации.Полученные в диссертации результаты опубликованы в 9 работах, список которых приведен в конце автореферата.
Характеристики
Тип файла PDF
PDF-формат наиболее широко используется для просмотра любого типа файлов на любом устройстве. В него можно сохранить документ, таблицы, презентацию, текст, чертежи, вычисления, графики и всё остальное, что можно показать на экране любого устройства. Именно его лучше всего использовать для печати.
Например, если Вам нужно распечатать чертёж из автокада, Вы сохраните чертёж на флешку, но будет ли автокад в пункте печати? А если будет, то нужная версия с нужными библиотеками? Именно для этого и нужен формат PDF - в нём точно будет показано верно вне зависимости от того, в какой программе создали PDF-файл и есть ли нужная программа для его просмотра.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
