Теоретическое исследование анизотропии механических свойств белковых молекул - Автореферат

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук Работа выполнена в Учреждении Российской академии наук Институте высокомолекулярных соединений РАН мат. наук Анатолий Анатольевич ДАРИНСКИЙ Защита диссертации состоится 26 мая 2011 г. в 10 часов на заседании диссертационного совета Д 002.229.01 при Учреждении Российской академии наук Институте высокомолекулярных соединений РАН по адресу: 199004, г. С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Учреждения Российской академии наук Института высокомолекулярных соединений РАН.Изменения в структуре молекулы белка, вызванные механическим растяжением, могут влиять на способность этой молекулы выполнять свои функции. Из экспериментов по атомно-силовой микроскопии известно, что глобулярные белки по-разному реагируют на растяжение, когда механическая нагрузка приложена к различным парам точек на поверхности белковой глобулы, т.е. их механические свойства анизотропны. До сих пор не проводилось ни экспериментальных, ни теоретических исследований, где сравнивалась бы реакция одного и того же фибриллярного белка на растяжение вдоль и поперек оси суперспирали, и не известны молекулярные механизмы деформации белковой суперспирали при ее растяжении в различных направлениях. Установить механизм разворачивания молекулы глобулярного белка при растяжении в различных направлениях. Сравнить механизм спонтанного разворачивания молекулы глобулярного белка с механизмом ее разворачивания под действием механической нагрузки, приложенной в различных направлениях.Главе 2 Исследование механических свойств убиквитина изложены результаты компьютерного моделирования растяжения глобулярного белка убиквитина с постоянной скоростью. Растяжение проводилось с использованием двух моделей: полноатомной (5 направлений растяжения) и модели объединенных атомов (12 направлений). Кривые для одного и того же направления растяжения близки, что говорит о единственности пути разворачивания при растяжении в каждом направлении. 29-76 1-34 11-76 24-52 9-34 1-17 a e b4 bh e a bh e b4 a e l3 bh e a bh l2 - b4 bh - a bh - b4 a - l3 bh - a bh - l1 b3 - b4 bh - l1 bh - a l1 - l3 bh - b4 bh bh - a bh - l3 bh - l3 b3 - l3 bh - l3 bh - l3 l1 - a bh l1 - l3 b3 l1 - l3 l1 - l3 l1 - l3 bh - b4 b3 - b4 bh - l3 l1 bh - b4 a - l3 l1 - l3 l2 - b4 bh - b4 l1 - a b3 - l3 a - l3 a - l3 l3 - b4 a - b3 bh - b4 a l3 - b4 a - l2 a a - b3 a - l2 bh a - l2 b3 - l3 a l2 - b3 l3 l2 - b3 a b3 l2 - b3 a При растяжении во всех направлениях в первую очередь разрываются нативные контакты, образованные обоими или (реже) одним элементом нативной структуры, к которым приложена нагрузка, а разрушение в других частях молекулы начинается позже. Для двух способов деформации молекулы вдоль оси суперспирали: сдвиговой деформации и продольной деформации одной из цепей на рис.7 показана зависимость силы реакции от растяжения.Проведенное компьютерное моделирование процесса растяжения молекул глобулярного и фибриллярного белков позволило установить механизмы их деформации при растяжении в различных направлениях. Показано, что механические свойства белковых макромолекул обоих типов анизотропны: сопротивляемость молекулы глобулярного белка деформации в различных направлениях растяжения различается более чем в 2 раза, сопротивляемость молекулы фибриллярного белка растяжению вдоль оси суперспирали выше, чем сопротивляемость поперечному растяжению, более чем в 3 раза. Показано, что для молекулы глобулярного белка результаты моделирования, полученные с помощью упрощенной модели объединенных атомов, согласуются с результатами, полученными на основе более детальной полноатомной модели, а также с экспериментальными результатами.

Краткое содержание работы