Антимикробный пептид Ltc2a на поверхности модели бактериальной мембраны. Связывание пептида приводит к дестабилизации мембраны и проникновению ряда молекул воды внутрь бислоя.

стартовая / работа / проекты / Применение МД в изучении белок—мембранных взаимодействий

Использование методов МД в изучении белок—мембранных взаимодействий. Достоверность результатов

Мембранные процессы чрезвычайно важны для функционирования живой клетки. При этом огромную роль выполняет липидный бислой, который является сложной гетерогенной структурой, гибко реагирующей на внешние воздействия и тем самым модулирующей работу мембранных и мембрано-активных белков и пептидов. Поэтому изучение белок—мембранных взаимодействий является важной задачей современной структурной биологии, для решения которой зачастую оказывается недостаточно использования только экспериментальных методик. Широкое внедрение высокопроизводительных многопроцессорных вычислительных платформ во многие области компьютерной биологии сделало возможным исследование различных мембранные системы с помощью техники молекулярного моделирования.

В нашей Лаборатории уже несколько лет успешно проводятся исследования с использованием расчетов молекулярной динамики (МД) явно заданных водно—липидных систем. Для изучения различных классов мембрано-активных белков и пептидов (токсины, пептиды слияния, антимикробные, троянские пептиды и др.) мы используем большой набор модельных бислоев и мицелл различного липидного состава, разработанных нашими специалистами.

Несмотря на то, что используемые методы МД позволяют исследовать модельные мембраны на сравнительно небольших временных интервалах (~10⁻⁷÷10⁻⁸ c), результаты моделирования дают в целом реалистичную картину поведения таких систем. В частности, сравнение структурно-динамических характеристик модельных мембран с набором экспериментальных данных позволяет судить о корректности вычислений (см. рис.1 / табл.1).

Рис. 1. «Равновесные» структуры бислоев диолиелфосфатидилсерина (ДОФС) и диолиелфосфатидилхолина (ДОФХ), полученные на основании расчетов МД в течении ~15 нс. Состав системы: 128 липидов, ~5×103 молекул воды, 128 Na+ (в случае ДОФС). Липиды показаны связями, противоионы Na+ — в виде сфер. Атомы азота, кислорода и фосфора выделены цветом. Молекулы воды удалены для ясности рисунка. Подробнее см. Polyansky et al., 2005 (J. Phys.Chem).

Сопоставление результатов моделирования и эксперимента (рис. 2) также позволяет судить об адекватности созданных моделей и эффективности используемых вычислительных протоколов, которые используются нами для изучения поведения ряда пептидов и белков в сложных модельных мембранных системах.

Рис. 2. Определение структуры антимикробного пептида Ltc2a в мицелле ДСН было проведено методом 1H-ЯМР спектроскопии в Лаборатории структурной биологии ИБХ РАН (Dubovskii et al., 2006, PDB-код 2G9P). Параллельно были выполнены расчеты МД пептида в мицелле додецил сульфата натрия — ДСН (20 нс). Размер мицеллы в обоих случаях ~60 молекул детергента. Структура Ltc2a, полученная на основании расчетов, хорошо согласуется с экспериментальными данными: в обоих случаях сохраняется характерный тип укладки — два спиральных участка, расположенных под углом друг к другу. Спиральные участки представлены цилиндрами. Пептид: белый цвет — гидрофобные остатки, зеленый — полярные, синий — остатки Arg и Lys. Подробнее см. в Polyansky et al., 2007, JBCB — in press.

Читать далее — про полноатомные модели мембран и мембраномиметиков.

© 2003–2007
batch2k.