ИСТИНА

ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗРАБОТКИ ТЕХНОЛОГИИ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ВЕРОЯТНЫХ ПРОСТРАНСТВЕННЫХ СТРУКТУР БИОПОЛИМЕРОВ IN SILICO И ИХ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ В ЭКСПЕРИМЕНТАХ С ЕДИНИЧНЫМИ МОЛЕКУЛАМИ Шайтан К.В. Московский государственный университет имени М.В.Ломоносова, Москва 119991 e-mail: Shaytan49@yandex.ru Быстрый прогресс технологий в области структурной биологии ставит в повестку дня задачи экспериментального изучения с атомной точностью трехмерной структуры и ее функциональной динамики для биомакромолекулярных объектов в условиях максимально приближенным к естественным условиям их работы в клетке. Это способно существенно повысить ценность получаемой биологической информации и расширить возможности ее практического использования. Необходимым этапом развития структурной биологии в этом направлении являются эксперименты с единичными биополимерными молекулами и их комплексами. Определенные возможности для развития соответствующих методов связаны с перспективами использования рентгеновских лазеров на свободных электронах [1]. При планировании и разработке методов проведения таких экспериментов, а также разработке методов обработки получаемой информации возникает ряд принципиальных вопросов, решение которых требует определенных усилий с использованием методов и достижений самых разных научных дисциплин. Это относится к конструированию объектов исследования [2], сохранности свойств объекта при его доставке в пучок [3], решению обратных задач рассеяния от сложных по структуре объектов и многих других проблем. В одной работе нет возможности обсуждать весь широкий спектр задач, возникающих в связи с развитием данного перспективного метода. Основное внимание сосредоточено на проблеме предсказания с достаточно высокой степенью вероятности пространственной структуры биополимера, что необходимо для регуляризации обратной задачи рассеяния от многоатомных несимметричных структур. Обсуждение проводится на примере формирования пространственной структуры белков с привлечением современных представлений о формировании этих структур [4], представлениям о многомерной энергетической воронке [5], топологии многомерного энергетического ландшафта макромолекул [6,7], достижениям компьютерных технологий [8] и молекулярной динамики пептидов [8,9], а также сформулированным недавно идеям о вариационном принципе минимума скорости диссипации энергии в процессе фолдинга макромолекул в конденсированной среде [10,11]. Параллельно обсуждаются принципиальные вопросы формирования уникальной пространственной структуры белков. Автор признателен М.П.Кирпичникову и А.Т.Фоменко за полезные обсуждения и поддержку. Работа выполнена при финансовой поддержке Минобрнауки РФ (уникальный идентификатор проекта RFMEFI61614X0003). [1] Шайтан К.В., Кирпичников М.П., Ламзин В.С., Ильин В.А., Егоров А.М., Молодцов С.Л., Рычев М.В. // Вестник РФФИ, 2013, № 4(80), с. 38-41. [2] Багров Д.В., Воскобойникова Н.Е., Армеев Г.А., Мосслеи В., Глухов Г.С., Исмагулова Т.Т., Мулкиджанян А.Я., Кирпичников М.П., Штайнхофф Х.-Ю., Шайтан К.В. // Биофизика, 2016, том 61, №6. [3] Шайтан К.В., Армеев Г.А., Шайтан А.К. // Биофизика, 2016, том 61, №2, с. 213-221. [4] Финкельштейн А.В., Птицын О.Б. Физика белка. М.2002. [5] Wolynes P.G. // Phil. Trans. Roy. Soc., 2005, v. 363, p.453-467. [6] Шайтан К.В. // Биофизика, 1994, том 39, №6, с. 949–967. [7] Shaitan K.V. // in Stochastic Dynamics of Reacting Biomolecules, Ed. by W. Ebeling, L. Schimansky-Gefer, and Y. M. Romanovsky (World Scientific, Singapore, 2003), pp. 283–308. [8] Piana S., Lindorff-Larsena K., Shaw D.E. // PNAS, 2013, v.110, №15, с.5915-5920. [9] Шайтан К.В. // Хим.физика, 2014, том 33, №7, с. 53-63. [10] Шайтан К.В. // Биофизика, 2015, том 60, №5, с. 843-852. [11] Шайтан К.В., Ложников М.А., Кобельков Г.М. // Биофизика, 2016, том 61, №2, с. 629-637. ABOUT THE DEVELOPING OF TECHNOLOGY FOR THE POSSIBLE BIOPOLIMER SPATIAL STRUCTURE DETERMINATIONS IN SILICO AND ITS APPLICATIONS TO THE 3D SINGLE MOLECULE EXPERIMENTS Shaitan K.V. M.V. Lomonosov Moscow State University Moscow 119991 e-mail: Shaytan49@yandex.ru