Выявление молекулярных основ взаимодействия белков в мембране с помощью компьютерного моделирования

Гл. 1.1. С. 9–32.

Кузнецов А. С., Ефремов Р. Г.

В главе 1.1 (Кузнецов, Ефремов) рассмотрены теоретические подходы к изучению мембранных белков (МБ), которые являются важнейшим компонентом плазматической мембраны клетки. Они выполняют жизненно важные функции, а нарушения в их работе приводят к развитию патологических состояний. Изучение МБ экспериментальными методами требует особых подходов и техник, поскольку для их функционирования необходимо сохранение мембранного окружения. Поэтому несмотря на значительный прогресс в экспериментальном изучении структуры и свойств МБ, для них разрабатывается множество теоретических методов предсказания пространственной организации и физико-химических параметров. Среди имеющихся на данный момент методов изучения мембранных белков in silico можно выделить ряд алгоритмов, основывающихся на моделировании по гомологии, а также методы предсказания структуры и свойств этих белков de novo. В связи с ростом вычислительных возможностей применяются все более сложные алгоритмы, позволяющие детально описывать поведение системы, либо принимающие во внимание большее число факторов. Широкое распространение получили комбинированные подходы, сочетающие в себе разные уровни описания свойств моделируемой системы. Наибольший интерес при изучении МБ представляют их трансмембранные домены (ТМД), сформированные в большинстве случаев α-спиралями и их пучками. На смену господствовавшей концепции аминокислотных мотивов димеризации, рассматривавшей, в первую очередь, белок-белковые контакты, приходит модель мембраны как адаптивной активной матрицы, способной в значительной степени подстраиваться под присутствующие в ней белки и модулировать их активность. Такой механизм взаимного влияния двух компонентов системы бросает вызов современным методам теоретического описания мембранных систем, поскольку требует учета большего числа параметров. К настоящему времени появилась возможность изучения сложных многокомпонентных модельных систем, ранее являвшихся недоступными для молекулярного моделирования. Современные технологии компьютерного эксперимента позволяют выявлять принципы белок-липидного взаимодействия в мембранах, а также описывать механизмы функционирования мембранных белков на молекулярном уровне.

Ключевые слова: молекулярная динамика, cell membranes, клеточные мембраны, Molecular Dynamics Simulations, protein-protein interactions, белок-белковые взаимодействия, receptor tyrosine kinase, рецепторная тирозинкиназа

ПУБЛИКАЦИЯ ПОДГОТОВЛЕНА ПО РЕЗУЛЬТАТАМ ПРОЕКТА: Повышение точности и вычислительной эффективности атомистических и многомасштабных методов моделирования материалов (2017)

В книге

Физико-химические механизмы и регуляция процессов трансформации энергии в биологических структурах

Ижевск: Ижевский институт компьютерных исследований, 2017.