МОДЕЛИРОВАНИЕ ПЕПТИДОВ В МЕМБРАНЕ МЕТОДОМ МОНТЕ-КАРЛО С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ МОДЕЛИ НЕОДНОРОДНОГО РАСТВОРИТЕЛЯ

Нольде Д. Е., Волынский П. Е., Арсеньев А. С., Ефремов Р. Г.
Институт биоорганической химии им. М.М. Шемякина и Ю.А. Овчинникова РАН, 117871 Москва
Эффект мембранного окружения является основополагающим для процессов проникновения и стабилизации пептидов в мембране. В этой работе мы предлагаем эффективную модель сольватации для пептидов, учитывающую гетерогенную природу липидного бислоя. Модель основана на комбинированном использовании атомных параметров сольватации (АПС) для воды (гидратированные полярные группы липидов) и углеводорода (жирные цепи липидов). Данный подход был использован при моделировании трансмембранного (ТМ) фрагмента гликофорина А методом МК без ограничений. Принципиальные цели работы: (I) изучение поверхности потенциальной энергии пептида в присутствии мембраны; (П) характериэация конформеров с минимальной энергией, а также их ориентации по отношению к бислою. Было проведено несколько независимых МК-расчетов гликофорина А с различных стартовых ориентации (трансбислойной, внутрибислойной, частично погруженной в бислой и находящейся вне бислоя). В результате было показано, что мембранное окружение в значительной степени способствует образованию б-спиральной конформации в средней гидрофобной части пептида. Данный участок гликофорина также имеет тенденцию к встраиванию в неполярную часть бислоя. Были охарактеризованы энергетические барьеры, разделяющие различные конформационные состояния и ориентации пептида по отношению к мембране. В зависимости от толщины бислоя структуре с минимальной энергией соответствовала либо полностью б-спиральная ТМ-ориентация, либо состояние с изломом (1-2 остатка) в центральной части спирали и концами, расположенными по одну сторону мембраны. ТМ-ориентация была оптимальной (с минимальной энергией), когда толщина мембраны соответствовала длине гидрофобной части пептида в б-спиральной конформации. Разработанный подход является более эффективным в вычислительном плане по сравнению с моделью явно заданного бислоя. Вместе с тем он позволяет правильно учитывать эффекты окружения, обеспечивая корректный баланс между сольватационным и другими энергетическими членами в выражении для потенциальной энергии. В настоящее время ведется работа по применению данного метода к моделированию ряда биологически активных пептидов (магаинина-2, фузионных пептидов и др.) в системе липидный бислой - вода.