ИСТИНА

Большинство биохимических процессов связано с функционированием белковых молекул и их комплексов. Предсказание структуры белковых комплексов и скорости их образования путем компьютерного моделирования представляет собой сложную, до сих пор не решенную до конца проблему. В настоящее время не существует универсального метода моделирования процесса образования комплекса белков. В рамках проекта предполагается изучение кинетики процесса образования комплексов белков и предсказание константы скорости связывания белков на основании данных о структуре белков с использованием комбинации методов броуновской и молекулярной динамики. Ранее нами было показано, что в получаемых с помощью метода броуновской динамики предварительных комплексах белков уже устанавливается геометрическое соответствие областей связывания и это обеспечивает оптимальную взаимную ориентацию двух молекул перед последующим формированием финального комплекса. Моделирование трансформации предварительных комплексов в финальный комплекс планируется провести с помощью методов молекулярной динамики с явно заданным растворителем, поскольку эффекты растворителя и молекулярная подвижность играют важную роль в превращении предварительного комплекса в финальный. Полученные в ходе выполнения проекта результаты помогут лучше понять механизмы, лежащие в основе белок-белковых взаимодействий.

В рамках проекта проведены исследование и полная компьютерная реконструкция процесса образования комплекса белков пластоцианина и цитохрома f. Получен набор траекторий для различных начальных условий, что позволило рассчитать зависимости количества образовавшихся комплексов от времени. Получение таких зависимостей позволяет оценить константы скорости взаимодействия белков и таким образом убедиться в достоверности полученных результатов. Полученные результаты свидетельствуют о том, что механизм образования комплекса белков барназа-барстар и пластоцианин-цитохром f разный: разноименный суммарный заряд барназы и барстара способствует быстрому сближению молекул в произвольных ориентациях, и затем следует длительная фаза нахождения правильной взаимной ориентации белков, в то время как пластоцианин и цитохром f заряжены оба отрицательно, и на цитохроме f существует область положительного потенциала, что способствует сближению сразу в правильной взаимной ориентации для образования комплекса. В рамках проекта разработан комбинированный метод броуновской/молекулярной динамики для анализа образования комплекса пары белков. В предлагаемом подходе метод броуновской динамикииспользуется для моделирования процесса образования предварительного комплекса двух отдельных белков, учитывая процессы диффузии и электростатические взаимодействия, а молекулярная динамика используется для моделирования трансформации предварительных комплексов в финальный с учетом подвижности атомов, конформационных изменений и эффектов растворителя. Разработан программный комплекс, реализующий комбинированный метод броуновской/молекулярной динамики для фундаментальных биологических исследований, а также для решения прикладных задач биотехнологии и биомедицины. Моделирование производится с использованием гибридной вычислительной архитектуры суперкомпьютерного комплекса МГУ имени М.В. Ломоносова.