Путешествия в «аномальные зоны» клетки с помощью вычислительной биофизики

?

Путешествия в «аномальные зоны» клетки с помощью вычислительной биофизики

С. 16–17.

Появившиеся в распоряжении исследователей модели пространственной структуры высокого разрешения сложных надмолекулярных белок-мембранных и др. систем, наряду с результатами их атомистического компьютерного моделирования, выявили существование целого ряда своеобразных «аномальных зон» в таких объектах. В настоящей работе на основании результатов вычислительныхэкспериментов проведен анализ физико-химических и динамических свойств молекулярных систем в указанных областях. Показано, что свойства последних могут кардинально отличаться от обычно наблюдаемых макроскопических средних значений. Их характерными чертамиявляются замкнутые (не сообщающиеся с внешней средой) объемы нанометрового масштаба с необычным поверхностным распределением гидрофобных и др. свойств; крайне гетерогенное пространственное распределение плотности и неброуновская диффузия воды и/или липидов; важная роль стохастических явлений атомарного масштаба, способных вызывать макроскопические процессы(открывание/закрывание канала и пр.). Яркими примерами подобных «зон» служат трансмембранные поровые домены некоторых ионных / водных каналов, область ацильных цепей липидногобислояклеточных мембран и внутренний объем т.н. белок/РНК-богатыхклеточные «капель». В качестве изучаемых объектов выбраны мембранный сенсор температуры –тетрамерный ионный канал TRPV1 -и ряд гидратированных липидных бислоев различного состава. На основании проведенных расчетов молекулярной динамики указанных систем сделан вывод о том, что,созданные природой и присущие физиологически активным состояниям клетки, эти объекты по ряду характеристик сходны с искусственными нано-системами, например, нанотрубками и пр. Детальный анализ структуры, динамического поведения и других параметров рассматриваемых «аномальных зон» возможен при использовании современных методов структурной биологии высокого разрешения и биофизического вычислительного эксперимента. Понимание на молекулярном уровне физических процессов в таких «областях скученности», особенностей их структурной организации и работы в клетке позволит лучше понять фундаментальную роль локальных явленийв подобных компартментах, создать на их основе новые наноматериалы с необычными свойствами.

Язык: русский

Полный текст

Текст на другом сайте

ПУБЛИКАЦИЯ ПОДГОТОВЛЕНА ПО РЕЗУЛЬТАТАМ ПРОЕКТА:

Суперкомпьютерные технологии атомистического моделирования в науках о материалах и физике биомембран (2019)

В книге

Сборник научных трудов VI съезда биофизиков России

Т. 1. , Краснодар: Полиграфическое объединение «Плехановец», 2019.

Advancing Neural Networks: Innovations and Impacts on Energy Consumption

Fedorova A., Jovišić N., Vallverdù J. и др., Advanced Electronic Materials 2024 Vol. 10 No. 12 Article 2400258

The energy efficiency of Artificial Intelligence (AI) systems is a crucial and actual issue that may have an important impact on an ecological, economic and technological level. Spiking Neural Networks (SNNs) are strongly suggested as valid candidates able to overcome Artificial Neural Networks (ANNs) in this specific contest. In this study, the proposal involves the ...

Добавлено: 12 декабря 2024 г.

Environmental and dynamic effects explain how nisin captures membrane-bound lipid II

Панина И. С., Крылов Н. А., Нольде Д. Е. и др., Scientific Reports 2020 Vol. 10 Article 8821

Добавлено: 1 июня 2020 г.

Технология «динамического молекулярного портрета» в вычислительном анализе белков и биомембран

Ефремов Р. Г., В кн.: II объединенный научный форум: VI съезд физиологов СНГ, VI съезд биохимиков России, IX российский симпозиум «Белки и пептиды» (Сочи, Дагомыс, 1–6 октября 2019). Научные труды.Т. 2.: М.: Издательство "Перо", 2019. С. 58–58.

Детальный анализ меняющихся во времени свойств молекулярных поверхностей играет важную роль в процессах распознавания, взаимодействия и передачи сигналов в биомолекулярных системах. Технология «динамического молекулярного портрета» представляет собой современный подход к расчету, наглядной визуализации и сравнительному анализу различных физико-химических характеристик поверхности биомолекул. Эффективное использование таких подходов требует создания специальных методов компьютерной обработки, анализа и представления «молекулярных ...

Добавлено: 2 ноября 2019 г.

Выявление факторов важных для транслокации белков через мембрану методами компьютерного моделирования

Волынский П. Е., Арбузова А. М., Нольде Д. Е. и др., В кн.: II объединенный научный форум: VI съезд физиологов СНГ, VI съезд биохимиков России, IX российский симпозиум «Белки и пептиды» (Сочи, Дагомыс, 1–6 октября 2019). Научные трудыТ. 1.: М.: Издательство "Перо", 2019. С. 141–141.

Функционирование многих белков, обладающих стабильной пространственной структурой в воде, часто связано с их переносом в клетку или из нее через липидную мембрану. Помимо белков, которые преодолевают такой барьер с помощью различных вспомогательных систем (например, транслоконов, мембранных переносчиков), некоторые белки способны спонтанно внедряться в мембрану с последующим проходом и рефолдингом на противоположной стороне липидного бислоя. Наиболее ...

Добавлено: 2 ноября 2019 г.

Механизм встраивания мембрано-активного цитотоксина в липидный бислой: моделирование in silico

Коншина А. Г., Крылов Н. А., Ефремов Р. Г., В кн.: Сборник научных трудов VI съезда биофизиков РоссииТ. 1.: Краснодар: Полиграфическое объединение «Плехановец», 2019. С. 160–161.

Изучение влияния мембранногоокруженияна работу различныхбелок-мембранныхкомплексов (трансмембранных каналов, рецепторов) являетсяодним из актуальныхнаправленийсовременнойструктурнойбиологии. Изменения в структурных параметрах бислоя, в частности,локальные возмущения геометрии, подвижности липидов при встраивании небольших мембрано-активных полипептидовмогут представлять особый интерес с точки зренияконтролируемого изменения активности рецепторных систем клетки. Подобная модуляция активности показана экспериментальнона клетках, обработанных цитотоксинами[1].Однако получить детальную информацию о механизме встраивания пептида-модулятора и локальных ...

Добавлено: 1 ноября 2019 г.

Фармакофорная модель распознавания низином липида II в бактериальной мембране

Панина И. С., Чугунов А. О., Крылов Н. А. и др., В кн.: Сборник научных трудов VI съезда биофизиков РоссииТ. 1.: Краснодар: Полиграфическое объединение «Плехановец», 2019. С. 83–84.

Устойчивость микроорганизмов к применяемым в клинической практике антибиотикам является серьезной проблемой медицины во всем мире. В связи с этим одной из актуальных задач современной фармакологии является поиск или дизайн новых антибактериальных веществ, свободных от бремени резистентности. Перспективными кандидатами для разработки новых лекарств являются антимикробные пептиды (АМП). Среди всего разнообразия АМП особое внимание привлекают пептиды, мишенью ...

Добавлено: 1 ноября 2019 г.

Conformational variability and intramembrane recognition possibly associated with abnormal cleavage of APP transmembrane domain

Urban A., Bocharov E., Nadezhdin K. и др., , in: FEBS Open Bio Volume 9, Issue S1 Supplement: 44th FEBS Congress, From Molecules to Living Systems, Krakow, Poland, July 6‐11, 2019Vol. 9: 44th FEBS Congress, From Molecules to Living Systems, Krakow, Poland, July 6‐11, 2019.: Oxford: Wiley, 2019. Ch. 31-016 P. 299–299.

Bitopic proteins having only one helical transmembrane (TM) domain are a class of biologically significant membrane proteins, including the type I receptors and amyloid precursor protein (APP), which are involved in regulating the homeostasis of human organism and recognized as substrate by c-secretase. Amyloid Ab-peptides forming plaques in brain during Alzheimer disease (AD) are the ...

Добавлено: 1 ноября 2019 г.

Effects of interfering transmembrane peptides on neuraminidase-1 activity

Albrecht C., Dhaideh Z., Appert-Collin A. и др., , in: FEBS Open Bio Volume 9, Issue S1 Supplement: 44th FEBS Congress, From Molecules to Living Systems, Krakow, Poland, July 6‐11, 2019Vol. 9: 44th FEBS Congress, From Molecules to Living Systems, Krakow, Poland, July 6‐11, 2019.: Oxford: Wiley, 2019. Ch. 31-006 P. 295–296.

Elastin is an essential component of numerous human tissues and plays a critical role in elasticity of skin, lungs and arteries. During vascular aging, the elastin network is degraded generating elastin-derived peptides (EDP). The ERC (Elastin Receptor Complex) is a membrane heterotrimeric receptor composed, amongst others, of a membrane-bound neuraminidase, NEU-1. Binding of EDP to ...

Добавлено: 1 ноября 2019 г.

Protein–lipid interactions in glycophorin-like dimerization motifs of transmembrane helices

Кузнецов А. С., Maurice P., Ефремов Р. Г., , in: FEBS Open Bio Volume 9, Issue S1 Supplement: 44th FEBS Congress, From Molecules to Living Systems, Krakow, Poland, July 6‐11, 2019Vol. 9: 44th FEBS Congress, From Molecules to Living Systems, Krakow, Poland, July 6‐11, 2019.: Oxford: Wiley, 2019. Ch. 27-068 P. 268–269.

Receptor tyrosine kinases (RTK) are vital players in cell signaling governing growth and proliferation. These integral membrane proteins work only in dimeric states, so the conformation of transmembrane dimer determines the signal transferred into cell. Here, we used modern molecular modeling techniques to study details of protein-protein and protein-lipid interactions in model systems containing monomers ...

Добавлено: 1 ноября 2019 г.

Dimerization of transmembrane domain of insulin receptor: structure and possible role in activation

Zamaletdinov M., Кузнецов А. С., Maurice P. и др., , in: FEBS Open Bio Volume 9, Issue S1 Supplement: 44th FEBS Congress, From Molecules to Living Systems, Krakow, Poland, July 6‐11, 2019Vol. 9: 44th FEBS Congress, From Molecules to Living Systems, Krakow, Poland, July 6‐11, 2019.: Oxford: Wiley, 2019. Ch. 27-047 P. 262–262.

Insulin receptor (IR) family is represented by three membrane proteins participating in organism development, growth, and vital activity. Modulation of the functioning of these receptors by external agents looks very perspective from a pharmaceutical point of view. Although IR is well studied, little is known about the role of its transmembrane (TM) domain in receptor ...

Добавлено: 1 ноября 2019 г.

Mode of action and biological activity of sevanol and its analogues on acid-sensing ion channels

Osmakov D., Belozerova O., Koshelev S. и др., , in: FEBS Open Bio Volume 9, Issue S1 Supplement: 44th FEBS Congress, From Molecules to Living Systems, Krakow, Poland, July 6‐11, 2019Vol. 9: 44th FEBS Congress, From Molecules to Living Systems, Krakow, Poland, July 6‐11, 2019.: Oxford: Wiley, 2019. Ch. 15-014 P. 183–183.

Acid-sensing ion channels (ASICs), members of the family of amiloride-sensitive degenerin/epithelial Na + -channels, are expressed in neurons of both the peripheral and central nervous system. Among six currently known isoforms of mammalian ASICs, two, namely ASIC1a and ASIC3 are widespread and have the largest physiological contribution such as synaptic plasticity, learning and memory as well as pain perception and inflammation ...

Добавлено: 1 ноября 2019 г.

Structural basis of the signal transduction via transmembrane domains of type I receptors in norma and pathology

Bocharov E., Lesovoy D., Pavlov K. и др., , in: FEBS Open Bio Volume 9, Issue S1 Supplement: 44th FEBS Congress, From Molecules to Living Systems, Krakow, Poland, July 6‐11, 2019Vol. 9: 44th FEBS Congress, From Molecules to Living Systems, Krakow, Poland, July 6‐11, 2019.: Oxford: Wiley, 2019. Ch. 06-027 P. 130–130.

The human epidermal growth factor (EGFR/HER) and growth hormone (GHR) receptors serve as excellent models of type I receptors to illustrate how ligand-induced conformational rearrangements and specific dimerization of extracellular domains lead to the allosteric activation of the cytoplasmic domains via single-span transmembrane domain (TMD). We determined the alternative dimeric conformations of the EGFR and ...

Добавлено: 1 ноября 2019 г.

Dielectric-dependent strength of interlipid H-bonding in biomembranes: a model case study.

Ефремов Р. Г., Journal of Chemical Information and Modeling 2019 Vol. 59 No. 6 P. 2765–2775

Добавлено: 7 августа 2019 г.

Lipid II as a Target for Novel Antibiotics:Structural and Molecular Dynamics Studies.

Panina I. S., Чугунов А. О., Ефремов Р. Г., Russian Journal of Bioorganic Chemistry 2018 Vol. 44 No. 6 P. 653–664

Ввиду нарастающей проблемы антибиотикорезистентности в медицине, большое внимание уделяется антимикробным веществам, действующим на небелковые молекулы, устроенные более консервативно, чем белки. Одной из наиболее перспективных и изученных таких мишеней является компонент биосинтетического пути формирования бактериальной клеточной стенки — липид II, который присутствует только в мембране бактерий и имеет консервативную химическую структуру. Существуют несколько классов природных антибиотиков, ...

Добавлено: 25 февраля 2019 г.

Computed Design for New Drugs and Materials. Molecular Dynamics of Nanoscale Phenomena

NY: Nova Science Publishers, Inc., 2017.

In this book, the original papers have been collected that demonstrate the efficient use of the computer molecular dynamics (MD) simulation methods for the studying of nanoscale phenomena in the materials and life sciences. This volume contains the Proceedings of the International Symposium KSCMBS-2016 ”Khujand Symposium on Computational Materials and Biological Sciences” (10 th Japan–Russia ...

Добавлено: 14 ноября 2017 г.

Актуальные вопросы биологической физики и химии. БФФХ-2017: материалы XII международной научно-технической конференции, г. Севастополь, 2-6 октября 2017 г.

Севастополь: Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Севастопольский государственный университет", 2017.

Сборник материалов составлен по итогам ХII международной научно- технической конференции «Актуальные вопросы биологической физики и химии. БФФХ-2017», организованной ФГАОУ ВО «Севастопольский государственный университет» 2-6 октября 2017 г. В сборнике приведены материалы научных работ, посвященных актуальным вопросам общей и молекулярной биофизики, нанобиофизики, проблемам современной биоорганической, биофизической и медицинской химии, а также современным аспектам биофизического образования. Издание рассчитано ...

Добавлено: 14 ноября 2017 г.

Актуальные вопросы биологической физики и химии. БФФХ-2016: материалы XI международной научной-технической конференции, г. Севастополь, 25-29 апреля 2016 г.

Севастополь: Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Севастопольский государственный университет", 2016.

Сборник материалов составлен по итогам ХI международной научно-технической конференции «Актуальные вопросы биологической физики и химии. БФФХ-2016», организованной ФГАОУ ВО «Севастопольский государственный университет» 25-29 апреля 2016 г. В сборнике приведены материалы научных работ, посвященных актуальным вопросам общей и молекулярной биофизики, нанобиофизики, а также проблемам современной биологической, биофизической и медицинской химии. Издание рассчитано на научных работников, аспирантов, ...

Добавлено: 14 ноября 2017 г.

Lipid-II forms potential “landing terrain” for lantibiotics in simulated bacterial membrane

Chugunov A. O., Pyrkova D. V., Nolde D. E. и др., Scientific Reports 2013 Vol. 3 No. 1678

Bacterial cell wall is targeted by many antibiotics. Among them are lantibiotics, which realize their function via interaction with transmembrane lipid-II molecule — a chemically conserved part of the cell wall synthesis pathway. To investigate structural and dynamic properties of this molecule, we have performed a series of nearly microsecond-long molecular dynamics simulations (MD) of lipid-II and some ...

Добавлено: 13 ноября 2013 г.