Физико-химические механизмы переноса ионов в природных и хирально модифицированных модельных каналах - Автореферат

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени доктора физико-математических наук Физико-химические механизмы переноса ионов в природных и хирально модифицированных модельных каналах Работа выполнена на кафедре гуманитарных и естественнонаучных дисциплин Филиала Орловской региональной академии государственной службы в г. Научный консультант: доктор физико-математических наук, профессор Твердислов Всеволод Александрович Официальные оппоненты: доктор физико-математических наук, ведущий научный сотрудник Быстров Владимир Сергеевич доктор физико-математических наук, ведущий научный сотрудник Нечипуренко Юрий Дмитриевич доктор физико-математических наук, профессор Шайтан Константин ВольдемаровичОдной из важнейших особенностей живой природы на Земле является «хиральная чистота» аминокислот, углеводов, нуклеотидов и многих биологически активных веществ, составляющих все организмы. Во-вторых, гомохиральность белков и нуклеиновых кислот обусловливает стабильность их структур, обеспечивающих их функционирование. Несмотря на то, что для достаточно простых молекул (аминокислот и сахаров) величина данного сдвига исключительно мала (составляет 10-15-10-17 KT), наиболее важным результатом таких расчетов было то, что энергия основного состояния L-аминокислот и D-сахаров оказалась ниже, чем энергия их зеркальных антиподов. Нам представляется наиболее рациональным искать ответ, хотя бы частичный, на вопрос о выборе строго определенного знака хиральности живой природы по результатам: - исследования структуры и механизмов функционирования хирально модифицированных модельных белков, построенных из D-аминокислот; Выбор ионных каналов в качестве объектов исследования не является случайным и обусловлен он тем, что, как ранее отмечалось, существует достоверно установленная сопряженность клеточной ионной и молекулярной хиральной специфичности живых систем, реализуемая через различные ион-транспортирующие системы - насосы, каналы, модификаторы.Многообразие расчетных методов приводит к тому, что в работах, посвященных теоретическому исследованию ионного транспорта в каналах, часто встречается совпадение функциональных характеристик каналов, оцененных по (качественно и количественно) различным профилям иона одного и того же канала. В методах силового поля представляется в виде суммы энергии кулоновского и вандерваальсового взаимодействия атомов канала и иона: , (2) где - кулоновский заряд i-го атома канала, - расстояние от i-го атома канала до иона, , - параметры вандерваальсового взаимодействия i-го атома и иона. В зависимостях (5) и (6): () - константа скорости перехода из ямы i-1 в яму i (из ямы i в яму i-1), - вероятность того, что ион находится в i-й яме, - вероятность того, что канал не заполнен ионами. Этот метод может быть получен, если учесть, что специфические квантовомеханические эффекты, возникающие при расчете взаимодействия в системе ион-канал, существенны лишь на небольших расстояниях, т.е. там, где значимо перекрывание электронных оболочек иона и атомов молекул канала. Канал KCSA, как и многие другие каналы, формируется атомами C, O, N, S и H, электроотрицательности которых составляют 2.5, 3.6, 3.0, 2.5 и 2.1 соответственно, для катионов Li , Na , K , Rb и Cs - 1.5, 3.3, 2.6, 2.4 и 1.8, соответственно (Бацанов,2000).1) Разработанный и теоретически реализованный метод расчета комбинированных энергетических профилей ионов в каналах, основанный на разделении и независимом квантовохимическом расчете ближних и молекулярно-механическом расчете дальних взаимодействий, позволил получить хорошее согласие теоретических и экспериментальных значений функциональных характеристик каналов и определить значения функциональных характеристик ранее не исследованных хирально модифицированных каналов. 2) Хирально модифицированные модельные каналы с природной первичной структурой имеют относительно большой диаметр поры канала и не являются калий-избирательными каналами, пропуская с разными проводимостями все катионы, при этом их полная потенциальная энергия совпадает с энергией соответствующих природных каналов.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ