Фундаментальные закономерности формирования пространственных структур конформационно подвижных молекул

Шайтан, К.В.

Автор: Шайтан К.В.
Сборник: Сборник научных трудов VI Съезда биофизиков России (16.09.2019 - 21.09.2019)
Том: 1
Тезисы
Год издания: 2019
Место издания: ООО Полиграфическое объединение "Плехановец" Краснодар
Первая страница: 36
Последняя страница: 36
Аннотация: Рассматриваются физические основы и математические идеи для описания процесса формирования уникальных 3D-структур биополимеров. Проводится сравнительный анализ формирования простых кристаллических структур и 3D-структур биополимеров. Показано, каким образом топология конфигурационного пространства [1-3] макромолекул с конформационной подвижностью и хиральность [4] влияют на топографию многомерной поверхности потенциальной энергии (энергетической воронки [5]). Демонстрируется расслоение конфигурационного пространства макромолекулы на область центральной воронки, которая связана с глобальным минимумом энергии и области сателлитных воронок, из которых переход в уникальную 3D-структуру сильно затруднен [4,6,7]. Этот эффект объясняет невозможность обратного фолдинга макромолекулярной цепи при силовом разворачивании глобулы атомно-силовым микроскопом [8] в отличие от случая мягкой денатурации глобулы в растворе, а также важную роль начальной (приготовленной) конформации цепи. В гауссовском приближении исследуются переходы между глобулярным и денатурированным состояниями и показан эффект формирования «вулканоподобной» формы энергетической воронки в согласии с результатами по кинетике фолдинга [9,10]. С использованием подходов многомерной геометрии и концентрации меры для многомерных объектов [11] определены правила движения репрезентативной точки на многомерных энергетических ладшафтах при сворачивании макромолекулярных структур в вязкой среде и показано наличие базового принципа для динамики таких систем – равнораспределения средних скоростей диссипации энергии для узлов цепи [12-14]. По этой причине траектория сворачивания полимерной цепи избегает областей с резким изменением энергии по относительно небольшому числу переменных (принцип «начинающего горнолыжника») и репрезентативная точка имеет возможность не запутаться во множестве локальных особенностей многомерного энергетического ландшафта и достичь глобального минимума за разумное время [14]. Показано выполнение двух экстремальных принципов при сворачивании полимерной цепи в вязкой среде: 1) принцип максимума скорости убыли потенциальной энергии системы и 2) принцип минимума скорости диссипации энергии при заданной скорости убыли потенциальной энергии [15]. Работа выполнена при финансовой поддержке гранта РФФИ 18-02-40010. 1. Шайтан К.В. Динамика электронно-конформационных переходов и новые подходы к физическим механизмам функционирования биомакромолекул // Биофизика. 1994. Т. 39. СC. 949-967. 2. Shaitan K.V. The topological structure of hypersurfaces of conformational energy levels and physical mechanisms of the internal mobility of proteins // Macromolecular Symposia. 1996. Vol. 106. PP.321-335. 3. Shaitan K.V. Protein dynamics and new approaches to the molecular mechanisms of protein functioning // Stochastic Dynamics of Reacting Biomolecules, Ed. by W. Ebeling, L. Schimansky-Gefer, and Y. M. Romanovsky. World Scientific. Singapore. 2003. PP. 285-310. 4. Шайтан К.В. Строение энергетических ландшафтов макромолекул, формирующих уникальную пространтсвенную структуру // Биофизика. 2018. Т. 63. СC. 629-642. 5. Wolynes P.G. Energy landscapes and solved protein-folding problems // Phil. Trans. R. Soc. A. 2005. Vol. 363. PP.453-467. 6. Шайтан К.В. О ландшафтах свободной энергии для макромолекул, формирующих уникальную пространственную структуру // Биофизика. 2018. Т. 63. СC. 850-858. 7. Шайтан К.В. Особенности топографии энергетических ландшафтов в пространстве торсионных углов для макромолекул, формирующих уникальные 3D-структуры // Биофизика. 2018. Т. 63. СC. 1057-1069. 8. Borgia A. et al. Single-Molecule Studies of Protein Folding // Annu. Rev. Biochem. 2008. Vol. 77. PP. 101-125. 9. Rollins G.C., Dill K.A. General Mechanism of Two-State Protein Folding Kinetics // JACS. 2014. Vol. 136. P.11420-11427. 10. Finkelstein A.V. et al. There and back again: Two views on the folding puzzles // Physics of Life Rev. 2017. Vol. 21. PP. 56-71. 11. Зорич В.А. Геометрия и вероятность // Теория вероятностей и ее примененеия. 2017. Т.62. СC. 292-310. 12. Шайтан К.В. Распределение скоростей диссипации энергии по степеням свободы при конформационных движениях и фолдинге макромолекулярной цепи в вязкой среде // Биофизика. 2017. Т. 62. СC. 5-8. 13. Шайтан К.В., Ложников М.А., Кобельков Г.М. Динамика формирования коллективных конформационных степеней свободы при фолдинге макромолекулярной цепи в вязкой среде // Биофизика. 2017. Т. 62. СC. 249-257. 14. Шайтан К.В., Попеленский Ф.Ю., Армеев Г.А. Корреляция конформационных движений при формировании вторичной структуры полипептидов в вязкой среде // Биофизика. 2017. Т. 62. СC. 443-451. 15. Шайтан К.В. Вариационные принципы в механике конформационных движений макромолекул в вязкой среде // Биофизика. 2018. Т. 63. СC. 5-15.
Добавил в систему: Шайтан Константин Вольдемарович

	ИСТИНА	Войти в систему Регистрация
	ИСТИНА ФИЦ ПХФ и МХ РАН
	Главная Поиск Статистика О проекте Помощь

ИСТИНА

ИСТИНА ФИЦ ПХФ и МХ РАН

Фундаментальные закономерности формирования пространственных структур конформационно подвижных молекултезисы доклада

Прикрепленные файлы