ИСТИНА

В основе всех динамических процессов, происходящих в живой клетке, лежат физические механизмы взаимодействий биомакромолекул. Важнейшие биологические функции в живой клетке, связанные с электронным транспортом, ферментативными реакциями, активацией и ингибированием метаболических процессов осуществляются в процессе взаимодействия белков. В преобразовании световой энергии в энергию химических связей при фотосинтезе базовую роль играет электронный транспорт, важными этапами которого являются взаимодействия подвижным белков-переносчиков друг с другом и с встроенными в фотосинтетическую мембрану мультиферментными комплексами. Для моделирования процессов переноса электрона используются кинетические модели и динамические модели типа Монте-Карло, в которых имитируется множество элементарных процессов, а с экспериментальными данными сопоставляются величины характеристик, формирующихся в результате совокупности взаимодействий этих процессов. Методом многочастичной броуновской динамики нами изучены процессы взаимодействия фотосинтетических белков: пластоцианина (Рс) с цитохромом f (Cytf) и фотосистемой 1 (Фс1), ФС 1 с ферредоксином (Fd) и флаводоксином (Fd), а также Fd с ферредоксин-NADF-редуктазой. Процесс образования комплекса фотосинтетических белков цитохрома f и пластоцианина, играющий ключевую роль во взаимодействии двух фотосистем зеленых растений и микроводорослей, изучали с помощью комбинированного метода броуновской/молекулярной динамики. Процесс взаимодействия двух белков при образовании ими комплекса рассматривается на различных временных масштабах – от долей пикосекунд (подвижность атомов) до микро- и миллисекунд (времена диффузии белков в растворе). Трехмерные модели молекул белков строятся по данным Protein Data Bank. В модели молекулы белков, находящиеся далеко друг от друга, рассматриваются как броуновские частицы (твердые тела) с определенным распределением электрических зарядов на них. В процессе диффузии при сближении за счет дальнодействующих электростатических взаимодействий происходит образование диффузионно-столкновительных комплексов. При этом устанавливается геометрическое соответствие областей связывания, и это обеспечивает оптимальную взаимную ориентацию двух молекул перед последующим формированием финального комплекса, процесс которого моделируется методом молекулярной динамики. Выполненное нами молекулярное и броуновское моделирование процессов переключения электронных потоков от Fd, акцептирующего электроны от ФC 1, с пути синтеза сахаров (цикл Кальвина) с участием FNR на путь выделения водорода с участием фермента гидрогеназы позволяет прояснить физические механизмы регуляции этого процесса, рассматриваемого как возможный способ получения альтернативного источника энергии. Применение комплекса моделей позволяет рассматривать функционирование фотосинтетической мембраны как единой сложной системы и решать вопрос о максимально возможной эффективности этой системы при использовании фотосинтезирующих организмов для целевого биосинтеза.