ИСТИНА |
Войти в систему Регистрация |
|
ИПМех РАН |
||
Реакции ферментативного катализа играют исключительную роль в регулировании процессов в биологических системах. Моделирование реакций ферментативного катализа открывает широкий спектр возможностей для изучения их механизмов, а, следовательно, дает потенциальную возможность целенаправленно влиять на их ход. Так как биологические процессы проходят в водных растворах, необходимо правильно учитывать влияние растворителя на свойства фермент-субстратных комплексов и ход каталитической реакции. В данной работе в качестве модельных систем рассматриваются фермент-субстратные комплексы матриксной металлопротеиназы ММР-2 и металло-β-лактамазы. Их общей структурной особенностью является расположение активного центра на поверхности белковой молекулы, что приводит к непосредственному взаимодействию последнего с растворителем.Таким образом, для правильного описания процессов, происходящих в ходе каталитической реакции, необходимо грамотно описывать взаимодействие молекул воды с фермент-субстратными комплексами. В данной работе влияние растворителя на фермент-субстратный комплекс описывается с помощью расчета электростатического потенциала, создаваемого молекулами растворителя на некоторых атомах фермент-субстратного комплекса. Показаны зависимости электростатического потенциала от размера водной оболочки при различных конфигурациях последней: 1) сфера, центрированная в активном центре фермента, 2) сфера, центрированная в центре масс фермента, 3) слой молекул воды, равноудаленных от атомов фермент-субстратного комплекса. Выявлено, что в рамках одной минимизированной конфигурации сольватированного фермент-субстратного комплекса вклад молекул растворителя в значение потенциала при конфигурации сольватной оболочки в форме слоя оказывается близок к 0 для молекул за пределами первых 2-3 слоев растворителя.Для того чтобы использовать электростатический потенциал в качестве характеристики системы было решено рассмотреть как изменяются значения усредненного по МД-траектории электростатического потенциала при сферической относительно центра масс и слоистой структуре сольватной оболочки. Было выявлено, что для ММР-2 вклад молекул воды, лежащих вне сферы или слоя, покрывающих полностью поверхность фермент-субстратного комплекса, оказывается в среднем равен 0. Для подтверждения данного результата были рассчитаны аналогичные значения с использованием другой модели воды, что дало качественно такой же результат, хотя количественные значения усредненного потенциала на атомах фермент-субстратного комплекса отличались. В случае металло-β-лактамазы для сферической формы сольватной оболочки не наблюдалось выхода на плато значений усредненного потенциала ни при каких размерах сферы, в то время как для водного слоя наблюдался результат качественно аналогичный результату для ММР-2.Это может быть обусловлено структурными особенностями фермент-субстратных комплексов, а именно, формой их поверхности, а также поверхностным распределением заряда.Для рассмотрения влияния сольватной оболочки на значение энергетического барьера каталитической реакции методом КМ/ММ были отобраны семейства структур с различной толщиной сольватной оболочки и критическими значениями усредненного по траектории электростатического потенциала. Для рассмотрения была выбрана первая стадия каталитического цикла ММР-2. В результате было показано, что для КМ/ММ моделирования лучше брать структуры, в которых значения потенциала растворителя на этом активного центра оказываются наиболее близкими к средним значениям по МД-траектории, поскольку в данном случае изменение размеров сольватной оболочки, взятой для расчета не приводит к осцилляциям в значениях энергетического барьера. Также показано, что для разумного описания барьера достаточно взять сольватную оболочку, соответствующую выходу на плато электростатического потенциала, поскольку вклад более удаленных молекул оказывается близок к 0.