Автореферат (1102955), страница 3
Текст из файла (страница 3)
Аналогичным способом следили за несколькими случайными углами − − Таким образом мы следили за тем, что молекулы воды в нежёстком потенциале F3C сохраняют свою целостность.На рис. 5 изображены расстояние − и угол − − для некоторой случайной молекулы T-кластера. На данных графиках видны биения.Биения можно объяснить наложением двух колебаний с близкими частотами, например, колебаний связей − и ∠.Были установлены характерные времена стабильностей кластеров, т.е.такие характерные времена, в течение которых для различных начальныхусловий кластер сохраняет свою целостность в указанном смысле. Впроцессе моделирования с нагревом было установлено, что всерассматриваемые структуры оказались стабильны на временахпорядка 1пс.13б)а)Рис. 5: T-кластер, графики зависимостей (а) расстояния − , (б) угла − − Глава 3.
Топология связанной с белком воды, поиск цикловВ третье главе проводится исследование топологии связанной с белкомводы.В данной части работы проведено изучение топологических характеристик гидратных оболочек коллагенов и убиквитина, используя силовоеполе CHARMM и модель воды TIP3P. На рис. 6 показаны различныепроекции фрагмента белка коллагена в гидратной оболочке.б)а)Рис. 6: тройная спираль [Gly-Pro-Pro] — фрагмент структуры коллагена, толщинагидратного слоя 8Å, а, б — ортогональные проекцииПредставим гидратную оболочку белка как граф.
Вершинами графаявляются атомы кислородов водной оболочки, а рёбрами — водородные14связи (если между молекулами воды есть водородная связь, то считаем,что соответствующие вершины графа соединены).Для сравнения гидратных оболочек белков и th-циклов с точки зрениятопологии связанных структур необходимо установить наличие гексациклов в гидратных оболочках. Прежде всего, мы нашли простые циклы, тоесть пути с неповторяющимися вершинами и рёбрами, кроме начальнойи конечной вершины, начальная и конечная вершины совпадают.С помощью традиционного алгоритма поиска циклов в ширину (breadthfirst search, BFS) [9] было установлено наличие гексациклов в гидратныхоболочке белков.В данной главе было показано, что практически все молекулы (∼ 95%,табл. 1) в исследуемых гидратных оболочках принадлежат хотя бы одному гексациклу.
Это позволяет нам исследовать гидратные оболочки каксистему гексациклов (рис. 7).Таблица 1: Отношение числа молекул, принадлежащих по крайней мере одному гексациклу, к общему числу молекул в гидратной оболочкеидентификатор белка∈ℎ1ITT1A3I1UBQ0.970.960.95Рис. 7: Водная оболочка фрагмента коллагена как система гексацикловПосле того, как существование простых циклов в сетке водородныхсвязей структуры гидратной оболочки белка было установлено, мы де15а)б)Рис.
8: Примеры гексациклов типа «твист-ванна» для гидратной оболочки коллагена1CAG.pdbтально проанализировали распределение торсионных углов в гексациклах.Было показано, что некоторые гексациклы являются гексациклами типа «твист-ванна» с небольшими искажениями, составляющими не более5∘ (на рис. 8 изображены примеры найденных в гидратных оболочках«твист-ванн»), а конформации гексациклов типа «кресло» и «ванна» отсутствуют.Гексациклы могут соединяться друг с другом различными способами,2 гексацикла могут иметь различное число общих вершин V: 2 (иллюстрация на рис.
9, a), 3 (рис. 9, b), 4 (рис. 9, c) общие вершины.Был выявлен основной паттерн соединения гексациклов между собой(рис. 9, а).а)б)в)Рис. 9: Возможные способы соединения гексациклов (с 2, 3, 4 общими вершинами)Было показано, что сеть водородных связей может быть рассмотренакак структура гексациклов, так как в гидратных оболочках исследуемыхструктур более 95% молекул воды принадлежат по крайней мере к одному16гексациклу. Эти гексациклы можно разделить на классы в зависимостьот их торсионных углов. Среди этих гексациклов были выделены параметрические структуры — «твист-ванны».Глава 4.
Распределения «валентных» и торсионных углов вгидратных оболочках белковВ четвёртой главе были детально рассмотрены функции распределения «валентных» (будем называть «валентным» угол − − , рис. 10,а) и торсионных (рис. 10, б, в) углов в гидратных оболочках белков .Например, на рис. 11 приведено распределение «валентных» углов дляобъёмной воды и гидратной оболочки белка 1UBQ.pdb.а)б)в)Рис. 10: Пример «валентного» (а) и торсионного угла (б, в) молекул водыа)б)Рис. 11: Распределение «валентных» углов О-О-О в объёмной воде (а) и в гидратнойоболочке белка 1UBQ.pdb (б)В случае объёмной воды наблюдали большое число молекул с «валентным» углом 60-75∘ (рис.
11, a), это не идеальные тетраэдрические кон17струкции, поэтому небольшой энергии достаточно, чтобы вывести молекулы воды из состояния равновесия, тем самым в объёмной воде обеспечивается бóльшая подвижность по сравнению с гидратной оболочкой.В распределениях валентных углов для гидратных оболочек (примертакого распределения приведён на рис. 11, б) наблюдается минимум вобласти 60-75∘ . Для количественной оценки глубины этого минимума посмотрим на следующую величину: отношение числа молекул с валентнымуглом 60-75∘ к общему числу молекул. Оказалось, что для гидратных оболочек рассматриваемых белков эта величина составляет 7%, а для объёмной воды – 12%.
Данные оценки сохраняют значения для несколькихструктур каждого белка, что свидетельствует о значимом характере данного минимума в гидратных оболочках белковВ главе проведён детальный анализ полученных ранее функций распределения «валентных» углов, проведено рассмотрение этой функциираспределения для частиц разных типов. Молекулы воды в графе, вершинами которого являются молекулы кислородов, а рёбрами — водородныесвязи, представляют собой топологически различные частицы, так каккаждая молекула воды может образовать до четырёх водородных связей,если учитывать возможность образования бифуркатных связей — то до 5- 6. Типичные представители классов молекул воды с различным числомводородных связей N показаны на рис.
12а) N = 3б) N = 4в) N = 5Рис. 12: Топологически различные молекулы воды (с тремя (а), четырьмя (б) и пятью(в) водородными связями)В главе получены функции распределения «валентных» углов для топологически различных частиц, эти функции имеют качественные осо18бенности: топологически различные частицы вносят неодинаковый вкладв суммарную функцию распределения. Так, вклад в суммарную функциюраспределения «валентных» углов от молекул с 3-мя водородными связями (N = 3) выражен в виде максимума, соответствующего валентномууглу − − , равному 104.5∘ (рис.
13).Рис. 13: Распределения валентных углов O-O-O для топологически различных частиц,толщина водного слоя 12Å, число образованных частицей водородных связей N, белок1A3I.pdbНа рис. 14 приведено распределение торсионных углов для объёмнойводы и гидратной оболочки белка 1UBQ.pdb.б)а)Рис. 14: Распределение торсионных углов О-О-О-O в объёмной воде (a) и в гидратнойоболочке белка 1UBQ.pdb (b)На распределении торсионных углов в гидратной оболочке убиквитина19можно отметить максимумы +40∘ и -40∘ (рис.
14, б). Такие углы характеризуют искажённый гексацикл «твист-ванна» (углы в идеальном гексацикле «твист-ванна» составляют ±36∘ ) .Сетки водородных связей объемной воды и гидратных оболочек отличаются по распределениям внутренних параметров («валентных» и торсионных углов), следовательно, можно предположить, что они отличаются топологически, то есть отличие существует в алгоритме связываниямолекул посредством водородной связи.Глава 5. Функции плотности и электростатического потенциала в гидратных оболочках белковПятая глава посвящена исследованию особенностей таких статистических характеристик, как функции плотности и электростатического потенциала.В главе приведено описание алгоритма нахождения функции плотности как функции расстояния до белка.
Было показано, что функции плотности сохраняют качественные особенности для различных начальныхсостояний системы «белок + вода».а)б)Рис. 15: Функции распределения плотности в гидратных оболочках: a) 1UBQ.pdb, б)1CAG.pdbНа рис. 15 представлены усреднённые радиальные распределения плотности гидратных оболочек двух белков. Видно качественное различие радиального распределения связанной воды глобулярного и фибриллярного20белков. У коллагена наблюдается первый пик на расстоянии 2.9Å, а у глобулярного белка положение максимума такое же, но этот пик уширен, вгидратной оболочке убиквитина присутствует некоторое количество молекул воды на более близком расстоянии.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
