CC BY
54
КОМПЬЮТЕРНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ТРЕХМЕРНЫХ СТРУКТУР ФЛУОРЕСЦЕНТНЫХ БЕЛКОВ
Вржещ Е. П.. Дмитриенко Д. В.. Вржещ П. В.
Факультет биоинженерии и биоинформатики МГУ им. М.В.Ломоносова E-mail: [email protected]
Белки из семейства флуоресцентных привлекают внимание благодаря наличию окраски и флуоресценции, что позволяет использовать их для решения проблемы визуализации процессов, происходящих в живых клетках. Отличительным свойством белков этого семейства является наличие флуорофора -фрагмента белковой цепи, образующегося из трех последовательно расположенных аминокислот в результате посттрансляционной, автокаталитической реакции и отвечающего за окраску и флуоресценцию в видимом диапазоне. Флуоресцентные белки как объект изучения в настоящее время очень популярны, поскольку на их основе создают сенсоры, датчики и таймеры для биологических систем, они используются как партнеры при безызлучательном резонансном переносе энергии флуоресценции с другими флуоресцентными белками или веществами небелковой природы. Многие исследователи методами сайт-направленного и случайного мутагенеза генов белков этого семейства ведут работы по получению новых флуоресцентных белков с целью улучшения их свойств: изменения окраски, увеличения квантового выхода, коэффициента экстинкции, фото- и рН-стабильности и т.д. Однако, не до конца выяснен механизм возникновения флуоресценции и влияние на флуоресцентные свойства аминокислотных замен в структуре флуорофора и его окружения.
Одним из методов, позволяющих предсказать структуру сложных органических молекул (белков, липидов, нуклеиновых кислот и пр.), является метод молекулярной динамики, в котором энергия молекулы описывается как суперпозиция потенциалов составных частей молекулы (в случае белков -аминокислотных остатков). Данный метод дает возможность проводить симуляцию динамического поведения молекулы в произвольной среде.
Для моделирования поведения флуоресцентного белка DsRed в водном растворе нами была рассчитана топология нейтральной формы флуорофора как единого аминокислотного остатка. Получены параметры флуорофора белка DsRed в силовом поле OPLS-AA с использованием квантово-механических ab initio расчетов (RHF/6-31G**) методом плотностного функционала (B3LYP). С описанным флуорофором методом молекулярной динамики проведена симуляция поведения белка DsRed в водном растворе при 300°К (4 не). Показана адекватность применения параметров флуорофора белка DsRed путем сравнения полученной в результате моделирования структуры со структурами, полученными по данным рентгеноструктурного анализа (PDB ID: 1ZGO, 1G7K и 1GGX) и квантово-механическим расчетом.
