Колективні дифузійні рухи у білках та мембранно-пептидних комплексах

Размещено на http://www.allbest.ru

Размещено на http://www.allbest.ru

Вступ

Актуальність теми. Дослідження колективної дифузійної динаміки білків є однією з найбільш актуальних та складних задач сучасної біофізики. Білки та мембранно-пептидні комплекси містять рухи з характерними часами у діапазоні від 10_12 с до секунд і навіть хвилин, що робить їх динаміку надзвичайно складною. Всі рухи білків умовно поділяють на локальні та колективні. Зазвичай локальні рухи мають характерні часи менші за 10-100 пс. Вони зачіпають максимум один амінокислотний залишок та носять, як правило, вібраційний характер. До них відносяться коливання довжин ковалентних зв'язків та валентних кутів, обертання рухливих хімічних груп у бічних ланцюгах амінокислотних залишків, деформації гетероциклів, коливання пептидних зв'язків тощо.

Колективні рухи, як правило, мають характерні часи більші за 10-100 пс. Їх спектр простягається до секунд, а у деяких специфічних випадках навіть до хвилин. Колективні рухи зачіпають велику частину макромолекули, чи навіть всю її структуру та носять зазвичай дифузійний передемпфований характер. До колективних дифузійних рухів відносяться зміни положення та орієнтації елементів вторинної структури (б-спіралей, в-шарів та невпорядкованих петель) а також зміщення, обертання та деформації білкових доменів.

Добре відомо, що саме колективні дифузійні рухи у більшості випадків відповідають за функціонування білків та мембранно-пептидних комплексів. Такі процеси як ферментативний каталіз, молекулярна рецепція, білок-білкове та білок-нуклеїнове впізнавання, пасивний та активний транспорт, робота молекулярних моторів і т.д. пов'язані з колективними конформаційними перебудовами відповідних білкових макромолекул. Наприклад, стохастичне переключення між закритим та відкритим станами іонних каналів відбувається за рахунок колективного повороту кількох трансмембранних б-спіралей. Цей рух зачіпає всю білкову глобулу та має характерні часи порядку мілісекунд. Періплазматичні транспортні білки грам-негативних бактерій захоплюють та вивільняють субстрат за рахунок дифузійного руху двох білкових доменів навколо механічного шарніру. Молекула кальмодуліну здатна зв'язувати іони кальцію, після чого її конформація глобально змінюється шляхом деформації довгої б-спіралі та зближення двох глобулярних доменів білку. Така зміна конформації є сигналом у цілому ряді складних каскадів молекулярних взаємодій у клітині в яких кальмодулін виступає в якості сенсора концентрації іонів кальцію.

Особливий клас колективних рухів спостерігається у системах, що містять невеличкі пептиди, здатні взаємодіяти з ліпідними клітинними мембранами, проникати крізь них або утворювати у мембранах гідрофільні пори. Деякі з них (так-звані проникаючі пептиди) знаходять використання у медицині як засоби доставки ліків через мембранний бар'єр, інші є ефективними антимікробними агентами. Колективна дифузійна динаміка мембранно-пептидних комплексів, що містять кілька пептидів та декілька сотень ліпідів є дуже складною та нетривіальною. Характерні часи спонтанного утворення пор та інших структур у таких системах сягають секунд.

Таким чином вивчення та моделювання колективних дифузійних рухів білків та білково-пептидних комплексів є актуальною та практично важливою задачею. Дуже актуальним є створення нових методик моделювання колективних рухів, що базуються на чітких фізичних принципах, та розв'язок супутніх теоретико-фізичних задач. Узгодження нових та традиційних методів опису колективних дифузійних рухів в рамках єдиного комплексного дослідження також є актуальною задачею.

Мета і задачі дослідження. Метою дисертаційної роботи є дослідження фізичних механізмів, що лежать в основі колективних дифузійних рухів білків та мембранно-пептидних комплексів.

Для досягнення даної мети розв'язувалися наступні задачі:

1. дослідження фізичних механізмів спонтанного переносу пенетратину та пептиду ТАТ крізь модельну ліпідну мембрану;

2. визначення профілю вільної енергії для переносу пенетратину та пептиду ТАТ крізь мембрану;

3. визначення ролі великомасштабних рухів та деформацій ліпідної мембрани у трансмембранній дифузії кластерів проникаючих пептидів;

4. створення та параметризація моделі води, що поляризується, для грубозернистого силового поля MARTINI;

5. вивчення фізичних механізмів явищ електропорації та трансмембранної дифузії іонів за допомогою грубозернистого силового поля MARTINI;

6. створення аналітичної теорії багаточастинкової однорядної дифузії у вузьких порах, що може застосовуватися до пор білкових іонних каналів;

7. з'ясування фізичних принципів колективних рухів іонів у селективному фільтрі іонного каналу KcsA;

8. пояснення феномену безбар'єрної виштовхувальної провідності у селективному фільтрі каналу KcsA;

9. створення фізичної моделі явища іонно-конформаційної взаємодії у каналі KcsA на основі даних про його структуру та механізм колективних ворітних рухів;

10. з'ясування можливості виникнення явищ динамічної самоорганізації у каналі KcsA;

11. вивчення появи самоузгодженого провідного стану каналу та станів субпровідності у каналі KcsA за рахунок динамічної самоорганізації;

12. створення концепції динамічних доменів у білках, які є одиницями колективної дифузійної динаміки білкової глобули;

13. створення методу ідентифікації динамічних доменів у білках з відомою просторовою структурою на основі кореляційних матриць рухів амінокислотних залишків;

14. створення методу ідентифікації динамічних доменів у білках на основі траєкторій молекулярної динаміки;

15. визначення кількісного фізичного критерію стабільності та взаємозалежності динамічних доменів у білках;

16. ідентифікація динамічних доменів у великій кількості білків з відомою просторовою структурою, розрахунок стабільності та взаємозалежності їх доменів, визначення статистики міждоменних лінкерів та енергій взаємодії доменів;

17. з'ясування впливу зв'язування лігандів на властивості динамічних доменів у ліганд-зв'язуючих білках;

18. визначення ліганд-зв'язуючих білків, що можуть бути ефективними біосенсорами, на основі властивостей їх динамічних доменів;

19. вивчення колективних дифузійних рухів динамічних доменів у дводоменних шарнірних білках;

20. дослідження колективних дифузійних рухів, що призводять до компактизації доменів у тирозил-тРНК синтетазі людини;

21. виявлення міждоменних інтерфейсів та ділянок переважного формування контактів між доменами у тирозил-тРНК синтетазі людини;

1. Огляд літератури з питань колективної динаміки білків

Розглянуто загальні особливості динаміки білків, описано функціональне значення колективних рухів, наведено приклади білків, у функціонуванні яких колективні рухи грають вирішальну роль (калієвий іонний канал KcsA, бактеріальні періплазматичні транспортні білки, кальмодулін, тирозил-тРНК синтетаза людини та комплекси пептидів, що проникають у клітину, з ліпідними мембранами). Наведено також приклади колективних рухів у мембранно-пептидних комплексах. Розглянуто основні підходи до моделювання колективних рухів білків з різними характерними часами, зокрема методи квантової хімії, молекулярної динаміки (МД), грубозернистої МД, методи рівня залишків, методи рівня доменів та аналітичні методи.

2. Колективна дифузійна динаміка комплексів так званих пептидів, що проникають у клітину (ППК) з модельною ліпідною мембраною вивчається методами молекулярної динаміки

ППК є одними з найбільш перспективних агентів доставки гідрофільних лікарських препаратів та інших речовин у клітину. Це короткі (до 30 залишків) позитивно заряджені пептиди, які здатні спонтанно проникати крізь клітинну мембрану та переносити зв'язані з ними речовини. У дисертації досліджено трансмембранну дифузію двох найбільш вивчених ППК - пенетратину та пептиду ТАТ.

Оскільки трансмембранна дифузія ППК має характерні часи порядку секунд, було використано методи нерівноважної МД, що дозволяють вивчати процеси, які не відбувається спонтанно протягом доступного для звичайної рівноважної МД часу. Методом нерівноважного протягування за допомогою зовнішньої сили було досліджено проходження одиночних пептидів крізь мембрану. Показано, що пептиди індукують виникнення гідрофільної пори у мембрані та проходять крізь неї.

Методом парасолькового сканування отримано профілі умовної вільної енергії трансмембранної дифузії пептидів. Показано, що висота енергетичного бар'єру для пенетратину не більша за 75±10 кДж/моль.

Це відповідає характерним часам дифузії крізь мембрану порядку секунд при температурі 300K, що добре узгоджується з експериментальними даними. Висота енергетичного бар'єру для пептиду ТАТ на 50-60 кДж/моль більша за висоту бар'єру для пенетратину, відповідно, пенетратин має більшу схильність до спонтанної трансмембранної дифузії.

Досліджено також взаємодію кількох ППК з мембраною. Вперше показано, що кластер пептидів здатен деформувати ліпідну мембрану та самолокалізуватися в утвореному вгинанні, що може бути одним з етапів переносу ППК крізь мембрану.

У розділі також створено, параметризовано та протестовано модель води, що поляризується, для популярного грубозернистого силового поля MARTINI. За допомогою цієї моделі вперше досліджено явище електропорації мембран та вперше отримано реалістичні профілі умовної вільної енергії для трансмембранної дифузії іонів у МД з грубозернистим силовим полем.

3. Колективні дифузійні рухи іонів у порах іонних каналів

Розв'язується загальна теоретико-фізична задача багатоіонної однорядної дифузії у вузькому каналі, який сполучає два рівноважні розчини з концентраціями іонів c1 та c2 та трансмембранним потенціалом Ш. Однорядність полягає у тому, що іони не можуть проходити повз один одного через малий діаметр пори. Запропоновано новий підхід до побудови теорії однорядної дифузії у вузьких порах, оснований на припущенні про миттєву втрату кореляцій на границях пори. План побудови теорії наступний:

1. Будується N-частинкова функція розподілу для всієї системи

де - координати іонів, t - час, Z - нормування, - функція розподілу n іонів всередині каналу, М - максимально можлива заселеність каналу, - факторизована функція розподілу у розчинах. На границях каналу виконуються граничні умови, що відповідають наближенню миттєвого розриву кореляцій при виході іону з каналу у розчин

.

2. Вираховуються імовірності реалізації станів заселеності з n іонами всередині каналу wn для

,

де , , L - напівширина каналу.

3. Знаходяться часткові функції розподілу для m (m? n) частинок в каналі, за умови що він містить рівно n частинок

.

На цьому етапі відбувається перехід до термодинамічної границі і зникають всі величини для зовнішніх розчинів крім c1,2 та .

4. Показується, що будь-яку макроскопічну характеристику каналу B можна отримати як зважену суму по станам заселеності

,

де , а функція - мікроскопічна величина, що відповідає макроскопічній величині В, є симетричною відносно перестановок будь-якої пари аргументів і не може бути зведена до суми функцій, залежних менш ніж від m змінних. Середнє значення В залежить виключно від n-частинкових функцій розподілу всередині каналу .

5. Функції є розв'язками ієрархічної системи рівнянь Фокера-Планка, що отримується зі стохастичних рівнянь Ланжевена для руху окремих іонів у порі

,

де - загальний потенціал для n іонів у порі, - одноіонний потенціальний профіль каналу, - потенціал міжіонного відштовхування.

Було отримано аналітичні вирази для наступних макроскопічних характеристик каналу. Для густини іонів у порі

,

Для струму через канал

,

де D - коефіцієнт дифузії у порі, .

Для середньої заселеності каналу:

.

Показано, що невідомі функції знаходяться з ієрархічної системи еліптичних диференційних рівнянь:

з граничними умовами:

, ,

де , .

Розроблено метод чисельного розв'язку цієї системи рівнянь за допомогою багатосіткового методу, який базується на ітеративній згладжуючій операції яку визначено у внутрішніх вузлах n-вимірної сітки:

,

де .

Загальну теорію застосовано до спрощеної моделі селективного фільтру каналу KcsA. Показано, що вона відтворює такі властивості реального каналу як середня заселеність та пояснює феномен безбар'єрної виштовхувальної провідності у цьому каналі.

На основі загальної теорії багатоіонної однорядної дифузії у вузьких порах сформульовано концепцію суперіонів - квазічастинок, що відповідають скорельованому руху колективу іонів у порі каналу. Показано, що одноіонні потенціальні профілі, подібні до профілю каналу KcsA, призводять до появи вузького жолоба у «енергетичному ландшафті» системи взаємодіючих іонів. Він відповідає найбільш імовірному шляху іонів у n-вимірному конфігураційному просторі. Якщо жолоб достатньо глибокий, то функцією розподілу поза його межами можна знехтувати, що призводить до радикального спрощення задачі. Показано, що в цьому випадку багаточастинкову задачу у адіабатичному наближенні можна звести до переміщення єдиної класичної квазічастинки - суперіона, рух якого описується рівнянням:

,

де - функція розподілу суперіона вздовж осі жолоба, - криволінійна координата вздовж осі жолоба, - ефективний потенціал.

,

де - криволінійні координати, перпендикулярні до осі жолоба, - межі інтегрування, що залежать від ширини жолоба. Показано, що глибина ефективного потенціалу для суперіона систематично зменшується із зростанням числа іонів у каналі n і для станів з 3-4 іонами стає близькою до kBT, навіть якщо одноіонний потенціальний профіль має глибину 50-70 kBT. Це забезпечує майже вільний рух суперіону вздовж жолоба та здійснює безбар'єрну виштовхувальну провідність, яка є універсальним механізмом провідності у порах з множинною заселеністю.

4. самоузгоджений зв'язок між повільною колективною динамікою іонних каналів та відносно швидкими нерівноважними процесами руху іонів в їх порах

Розглядається явище динамічної самоорганізації (ДСО) у іонному каналі KcsA, що виникає за умов сильної іонно-конформаційної взаємодії. Концепцію ДСО вперше застосовано до каналу KcsA, який має відому просторову структуру та відомий механізм колективних конформаційних рухів (ворітні рухи каналу). Показано, що іонно-конформаційна взаємодія може призводити до виникнення явищ динамічної самоорганізації у каналі KcsA, що підтверджується рядом експериментальних даних.

Було побудовано теоретичну модель явища динамічної самоорганізації у іонному каналі KcsA. При побудові теорії було використано дані напрямленої нерівноважної МД, яка описує відкривання каналу.

Для побудови теоретичної моделі обирається структурна координата, яка описує конформаційні зміни у каналоутворюючому білку під час відкривання каналу. Показано, що цією координатою є поворот трансмембранної спіралі М2 у так званій площині відкривання навколо добре визначеного механічного шарніру

Проходження іонів крізь канал описується як однорядна дифузія вздовж його пори. Густина заряду у порі розраховується у адіабатичному наближенні, тому деталі міжіонних взаємодій не є важливими і можна обмежитися спрощеним одновимірним описом за допомогою рівняння Фокера-Планка:

,

де Vion - потенціальний профіль для проникаючих іонів, - густина заряду в каналі, Cin та Cex - ефективні концентрації іонів у внутрішньому та зовнішньому розчинах відповідно, D - ефективний коефіцієнт дифузії іонів у порі каналу, z - положення по осі каналу.

Повну енергію іона у порі каналу можна представити як:

,

де VM2 - енергетичний профіль створений рухомою спіраллю M2, VEEP - енергетичний профіль створений нерухомою частиною каналу, U - трансмембранний електростатичний потенціал. Для визначення VM2 розглянуто спрощену модель спіралі М2, що містить одну ефективну заряджену групу та одну ворітну групу, яка стерично перекриває канал. При цьому VM2 визначається аналітично (конкретні вирази наведено в тексті дисертації). Для визначення VEEP залучено емпіричні дані про те, що ефективні бар'єри на шляху іонів в порі не перевищують 1-2 kBT, а центральна камера каналу відповідає потенціальній ямі глибиною у кілька kBT.

Повільні дифузійні рухи спіралі M2 описуються рівнянням Ланжевена:

,

де - коефіцієнт дифузії, - білий шум, r = С1/С2, - кутовий момент, створений поодиноким іоном розташованим у точці z на осі пори за умови, що заряджена та ворітна групи розташовані на відстанях та від кінця спіралі відповідно, Vstr - так званий структурний потенціал, що описує рух спіралі М2 за відсутності іонів у порі, тобто викликаний виключно рештою структури каналоутворюючого білку, Zmin та Zmax - границі пори каналу.

У траєкторіях нерівноважної МД, які моделюють відкривання каналу, рух спіралі M2 є домінуючим рухом у системі, тому він дає найбільший вклад у зміну загальної енергії системи Etotal. Це дозволяє визначити Vstr з даних МД.

Надалі визначається конформаційний потенціал каналу:

,

що є умовною вільною енергією самоузгодженої системи каналоутворюючого білку та проникаючих іонів. Кількість стаціонарних станів системи залежить від кількості мінімумів цього потенціалу.

Необхідною умовою появи ДСО є зміна напряму кутового моменту , що діє на спіраль M2 в залежності від кута відкривання . Поблизу закритого стану момент повинен стабілізувати його, а поблизу відкритого повинен діяти у зворотному напрямку і відкривати канал. Показано, що реальна геометрія ворітних процесів у каналі KcsA відповідає цим умовам.

Проаналізовано різні комбінації параметрів моделі і виявлено три основні сценарії функціонування каналу - сценарій перманентно присутнього відкритого стану, сценарій відкритого стану, що виникає у процесі ДСО та сценарій динамічного виникнення стану субпровідності.

Показано можливість динамічного виникнення провідного стану каналу за рахунок ДСО та зникнення цього стану в умовах малих іонних потоків, що добре узгоджується з даними експериментів. Вперше показано можливість прямого використання даних МД та тривимірної структури каналоутворюючого білку для визначення параметрів іонно-конформаційної взаємодії та виявлення ефектів самоорганізації у іонному каналі.

5. Концепція динамічних доменів у білках - відносно незалежних частин білкової глобули, які зберігають свою цілісність при колективних рухах та є структурними одиницями великомасштабної колективної динаміки білків

Розроблено алгоритм ієрархічної кластеризації кореляційних профілів (HCCP) для визначення динамічних доменів у білках з відомою просторовою структурою.

У цьому методі амінокислотні залишки ієрархічно об'єднуються у кластери на основі інформації про кореляції їх рухів. Найбільші кластери останнього ієрархічного рівня відповідають динамічним доменам у білку. У методі НССР використовуються матриці кореляцій інфінітизимальних рухів амінокислотних залишків cij, отримані за допомогою пружної моделі гаусових сіток (модель GNM).

Матриця cij містить лише парні кореляції рухів залишків, тому навіть невеликі випадкові зміни початкової структури білку можуть змінити абсолютні значення елементів матриці cij. В результаті один і той самий залишок може бути віднесений до різних динамічних доменів через зміну лише кількох парних кореляцій у матриці cij. Іншими словами, матриця cij чутлива до малих змін структури білку.

Для усунення такої чутливості було введено матриці кореляційних профілів pij:

де - середнє значення i-го стовпчика матриці c; - середньоквадратичне відхилення для i-го стовпчика матриці c.

Матриця pij дає набагато надійніший спосіб порівняння рухів залишків ніж вихідна матриця cij, оскільки порівнюються повні набори кореляцій двох залишків з усіма іншими залишками білку, а не тільки їх парна кореляція між собою. Результати визначення доменів по матриці pij практично нечутливі до малих змін структури білку чи зміни окремих коефіциентів матриці cij. Показано, що алгоритм HCCP дає практично ідентичні розбиття на динамічні домени для альтернативних конформацій всіх досліджених білків.

Було розроблено процедуру, що дозволяє визначати найбільш імовірну кількість доменів у білку NMPN, які зберігають свою структурну цілісність та характер колективних рухів у найбільш широкому діапазоні зовнішніх факторів. Цей діапазон можна якісно співставити з інтервалом кореляцій рухів кластерів залишків у методі HCCP. Розмір цього інтервалу у одиницях коефіцієнту кореляцій рухів кластерів залишків отримав назву інтервалу стабільності доменів gMPN.

Кількість кластерів залишків у білку зменшується по мірі зменшення коефіцієнту їх кореляцій. Ця залежність має вигляд горизонтальних «сходинок», що відповідають кількості кластерів у системі, які є стабільними у певному діапазоні кореляцій. Ширина «сходинки» за визначенням є інтервалом стабільності для відповідної кількості кластерів.

Спрощені пружні моделі, такі як GNM не в змозі описати всі деталі динаміки та функціонування білку. Найбільш точним методом визначення динамічних доменів є аналіз траєкторій МД бо такі траєкторії містять рухи всіх атомів білку. Динаміка білкових доменів визначених за траєкторіями МД найбільш точно відображатиме колективні рухи реальної білкової глобули. На сьогодні не існує загальноприйнятого методу визначення динамічних доменів у білках за траєкторіями МД, тому автором було створено новий метод, що отримав назву методу ієрархічного подоменного вирівнювання (HDWA).

Метод HDWA базується на послідовному виключенні систематичних великомасштабних конформаційних рухів у траєкторіях МД шляхом структурного вирівнювання окремих частин структури білку з контрольною структурою (так-зване подоменне вирівнювання). В результаті подоменного вирівнювання задана частина білку автоматично розбивається на два субдомени, які дозволяють максимально врахувати систематичні рухи цієї частини білку вздовж всієї траєкторії МД в термінах середньоквадратичного відхилення від контрольної структури у наближенні твердих тіл. В результаті ієрархічного застосування подоменного вирівнювання формується бінарне дерево доменів різних ієрархічних рівнів. Введено кількісний критерій жорсткості доменів у методі HDWA.

Метод протестовано на чотирьох добре досліджених «шарнірних» білках. Проведено систематичний порівняльний аналіз доменів, визначених у методах HDWA, HCCP, DynDom, DDOMAIN та доменами у структурній класифікації білків CATH. Показано, що домени, визначені методом HDWA, можуть вважатися реалістичними структурними одиницями колективної динаміки білків.

Висновки

дифузійний кластер ліпідний білковий

У дисертаційній роботі досліджено фізичні механізми, що лежать в основі колективних дифузійних рухів білків та мембранно-пептидних комплексів, зокрема, калієвий іонний канал KcsA, бактеріальні періплазматичні транспортні білки, кальмодулін, тирозил-тРНК синтетаза людини та комплекси пептидів, які проникають у клітину, з ліпідними мембранами. Створено ряд нових теоретичних та обчислювальних методів дослідження різних аспектів колективної дифузійної динаміки білків та мембранно-пептидних комплексів. Розв'язано супутню теоретико-фізичну задачу однорядної багаточастинкової дифузії у вузьких порах. Створений при цьому теоретичний підхід застосовано до пор іонних каналів. Основними висновками роботи є такі:

1. Найбільш результативним підходом до дослідження фізичних механізмів колективних дифузійних рухів у білках та мембранно-пептидних комплексах є використання комбінації аналітичних та обчислювальних методів, які описують колективну динаміку в обраному діапазоні характерних часів та просторових масштабів.

2. Трансмембранна дифузія пептидів, що проникають у клітину, може відбуватися спонтанно з характерними часами порядку секунд за рахунок двох механізмів: утворення гідрофільних пор у мембрані при її нековалентній взаємодії з поодинокими пептидами та утворення великомасштабних (порядку 10 нм) деформацій мембрани при її взаємодії з кластерами пептидів.

3. Пенетратин має більшу здатність до спонтанної трансмембранної дифузії ніж пептид ТАТ через те, що висота потенціального бар'єру для трансмембранної дифузії пенетратину на ~50-60 кДж/моль менша за висоту бар'єру для пептиду ТАТ.

4. Наближення миттєвої втрати кореляцій на границях каналу є необхідним для створення замкненого аналітичного підходу до багаточастинкової однорядної дифузії у вузьких порах іонних каналів у нерівноважних умовах.

5. Провідність іонних каналів з множинною заселеністю забезпечується класичними квазічастинками - суперіонами, які формуються за умов специфічного вигляду енергетичного профілю каналу та характеру міжіонної взаємодії і відповідають колективному дифузійному руху іонів у порі. Наближення суперіонів є окремим випадком аналітичної теорії багаточастинкової однорядної дифузії у вузьких порах.

6. Феномен безбар'єрної виштовхувальної провідності у селективному фільтрі каналу KcsA пояснюється тим, що глибока потенціальна яма одноіонного енергетичного профілю компенсується міжіонною взаємодією при русі суперіону.

7. Фізичним механізмом виникнення нерівноважних стаціонарних станів провідності та субпровідності в іонних каналах є динамічна самоорганізація, яка виникає за рахунок самоузгодженої взаємодії проникаючих іонів зі структурою каналу.

8. Провідний стан каналу KcsA може виникати за рахунок динамічної самоорганізації (ДСО). Геометрія ворітних процесів у цьому каналі відповідає необхідним умовам появи ДСО, а зникнення провідного стану за умови малих іонних потоків відповідає моделі ДСО та підтверджується експериментальним даним.

9. Динамічні домени є великомасштабними одиницями колективної динаміки білків, які зберігають незалежний характер колективних дифузійних рухів у широкому інтервалі зовнішніх факторів. Динамічні домени можна визначити на основі кореляційних матриць рухів амінокислотних залишків або на основі траєкторій МД.

10. Динамічні домени у білках у середньому мають абсолютний розмір не більше 400-500 залишків, відносний розмір близький до 0.5 розміру білку та значення коефіцієнту внутрішньодоменних кореляцій рухів залишків більші за 0.2, що обумовлено співвідношенням енергій міждоменних та внутрішньодоменних нековалентних взаємодій амінокислотних залишків.

11. Білки кальмодулін, DpBP, LAOBP, GlnBP та PhBP є кандидатами для створення ефективних біосенсорів для їх лігандів. Характер рухів їх динамічних доменів сильно змінюється при зв'язуванні лігандів, що може використовуватися для переносу сигналу від місця зв'язування ліганду до ефекторної групи біосенсора.

12. Компактні конформації багатодоменних білків мають структуру, що відповідає мінімуму енергії взаємодії їх динамічних доменів. Динамічні домени при цьому поводяться як ієрархічна система твердих тіл поєднаних механічними шарнірами.

13. На поверхні динамічних доменів тирозил-тРНК синтетази людини існують ділянки переважного формування міждоменних контактів. На поверхні С-модуля виділено одну таку ділянку (залишки ILE 445 - ILE 448, GLU 489 - LYS 496, GLN 504 - GLN 507, LYS 523, ASP 526), а на поверхні N-модуля три (залишки TYR 79 - LEU 89; PRO 200 - TYR 204 та LYS 335, SER 338, ALA 339).

Література

1. Yesylevskyy S.O. Barrier-less knock-on conduction in ion channels: peculiarity or general mechanism? / S.O. Yesylevskyy, V.N. Kharkyanen // Chem. Phys. - 2005. - V. 312. - P. 127-133.

2. Yesylevskyy S.O. Semi-empirical study of two-color fluorescent dyes based on 3-hydroxychromone. / S.O. Yesylevskyy, A.S. Klymchenko, A.P. Demchenko // J. Mol. Struct. - 2005. - V. 755. - P. 229-239.

3. Yesylevskyy S.O. Hierarchical clustering of the correlation patterns: New method of domain identification in proteins / S.O. Yesylevskyy, V.N. Kharkyanen, A.P. Demchenko // Biophys. Chem. - 2006. - V. 119. - P. 84-93.

4. Yesylevskyy S.O. Dynamic protein domains: identification, interdependence and stability. / S.O. Yesylevskyy, V.N. Kharkyanen, A.P. Demchenko // Biophys. J. - 2006. - V. 91. - P. 670-685.

5. Yesylevskyy S.O. The change of protein intradomain mobility on ligand binding, is it a commonly observed phenomenon? / S.O. Yesylevskyy, V.N. Kharkyanen, A.P. Demchenko // Biophys. J. - 2006. - V. 91. - P. 3002-3013.

6. Yesylevskyy S.O. The blind search for the closed states of hinge-bending proteins. / S.O. Yesylevskyy, V.N. Kharkyanen, A.P. Demchenko // Proteins: Structure, Function, and Bioinformatics. - 2007. - V. 71. - P. 831-843.

7. Yesylevskyy S.O. ProtSqueeze: simple and effective automated tool for setting up membrane protein simulations. / S.O. Yesylevskyy // J. Chem. Inf. Model. - 2007. - V. 47. - P. 1986-1994.

Размещено на Allbest.ru