ИСТИНА

В проекте предполагается развитие и применение методов расчета поверхностей свободной энергии химических реакций в белках с использованием молекулярной динамики с силами, рассчитанными из первых принципов квантовой теории. Значимость подобных расчетов, прежде всего, объясняется тем, что с экспериментальными данными необходимо сопоставлять те характеристики процессов, которые определяются поверхностями свободной энергии. Пути минимальной энергии, традиционно вычисляемые методами квантовой химии или квантовой механики – молекулярной механики (КМ/ММ) представляют лишь первую стадию моделирования. Кроме того, для процессов в больших системах, таких как белковые макромолекулы, концепция единственного переходного состояния на поверхности потенциальной энергии может оказаться некорректной; при этом скорость реакции определяется как средняя по ансамблю различных элементарных процессов с участием множества переходных состояний. В таких случаях необходимо использование подходов, учитывающих конформационную подвижность участников реакции. В данной работе планируется с помощью методов молекулярной динамики исследовать химические процессы в активных центрах ферментов и флуоресцентных белков с целью направленной регуляции их биологических функций. В проекте предполагается активное использование метода КМ/ММ для расчета сил. Современные методы молекулярного моделирования на основе теории КМ/ММ позволяют предсказывать структуру белков и энергетические барьеры реакций с точностью, сопоставимой с результатами экспериментальных исследований, и оказывать им значительную поддержку. Ввиду своей вычислительной сложности, метод КМ/ММ сравнительно недавно начал использоваться для молекулярно-динамического моделирования реакций в белках, поэтому планируется провести тщательное тестирование данного подхода и определить условия его эффективного применения. В качестве исследуемых процессов выбраны реакция деактивации активной формы белка asFP595 и его мутантов, а также каталитический гидролиз нуклеозидтрифосфатов. Для вычислений предполагается активное использование суперкомпьютеров научно-исследовательского вычислительного центра МГУ СКИФ «Чебышев» и «Ломоносов».