ИСТИНА |
Войти в систему Регистрация |
|
ИПМех РАН |
||
Проект направлен на развитие и применение методов моделирования хромофор-содержащих (фотоактивных) белков, представляющих интерес для современных экспериментальных приемов исследования биологических систем, включая оптическую спектроскопию и флуоресцентную микроскопию. Предполагается рассмотреть белковые макромолекулы, фотофизическими свойствами которых можно управлять не только за счет точечных мутаций аминокислотных остатков вблизи хромофора, но и за счет изменения состава хромофора. Конкретно будут исследованы варианты флуоресцентных белков с хромофорами типа зеленого флуоресцентного белка (GFP), фотоактивный желтый белок (PYP) и флавин-содержащие белки. Для решения поставленных задач необходимо конструировать полноатомные трехмерные модели белковых систем, оптимизировать их структурные параметры, определив стационарные точки на потенциальных поверхностях основного электронного состояния, и рассчитывать спектры переходов между различными электронными состояниями, что может потребовать оптимизации структур на возбужденных состояниях. Описание модификаций хромофорных групп потребует моделирования химических реакций в основном и в возбужденном состояниях. Подобные расчеты предполагается выполнять в рамках метода квантовой механики/молекулярной механики (КМ/ММ) с отнесением к квантовой подсистеме хромофор-содержащей области белка (до 100-200 атомов) и с включением остальной части белка (тысячи атомов) в молекулярно-механическую подсистему. На основании накопленного опыта моделирования свойств флуоресцентных белков предполагается применять в квантовой подсистеме методы теории функционала электронной плотности для расчетов структурных параметров в основном состоянии и алгоритмы многоконфигурационных квантово-химических приближений на основе CASSCF для определения структур в возбужденном состоянии, для расчетов энергий электронных переходов (с поправками по теории возмущений), а также для расчетов энергетических профилей сложных химических реакций, в частности, с участием молекулярного кислорода. Предполагается усовершенствование алгоритмов и программ оригинального подхода КМ/ММ с конформационно-подвижными фрагментами на основе программ GAMESS(US)-TINKER. Также будут использованы компьютерные программы GAMESS(US), NWChem, QChem, CP2K. Наряду с новыми результатами о фотохимических превращениях в фотоактивных белках будут также предложены варианты макромолекул, параметры которых с точки зрения результатов вычислительных экспериментов являются наиболее перспективными.
В результате выполнения проекта будут получены новые результатами о фотохимических превращениях в фотоактивных белках и предложены новые варианты макромолекул, параметры которых с точки зрения результатов вычислительных экспериментов являются наиболее перспективными. К концу первого года выполнения проекта по результатам моделирования будут предложены новые варианты флавин-содержащего белка iLOV с модифицированными флуоресцентными свойствами. Будет исследована фотоинициируемая реакция разрушения хромофора для фотосенсибилизатора KillerRed.
Участники коллектива имеют большой опыт в развитии и применении метода КМ/ММ для моделирования строения и свойств флуоресцентных белков. Начиная с 2006 г. проводились квантовые расчеты структур и спектров фоторецепторных белков и их хромофоров с постоянно усложняющимися задачами. Подавляющее число работ опубликовано в рейтинговых международных журналах с высокими для журналов физико-химического профиля импакт-факторами. Индивидуальный индекс цитируемости работ руководителя проекта (индекс Хирша) равен 28. У участников проекта есть доступ к суперкомпьютеру Московского университета «Ломоносов», а также к компьютерам Межведомственного суперкомпьютерного центра РАН. В лаборатории имеются современные вычислительные кластеры на основе персональных компьютеров.
грант РФФИ |
# | Сроки | Название |
1 | 1 января 2016 г.-31 декабря 2018 г. | Моделирование перспективных вариантов фотоактивных белков методами квантовой теории |
Результаты этапа: |
Для прикрепления результата сначала выберете тип результата (статьи, книги, ...). После чего введите несколько символов в поле поиска прикрепляемого результата, затем выберете один из предложенных и нажмите кнопку "Добавить".