ПРИМЕНЕНИЕ МАКРОСКОПИЧЕСКОЙ ДИЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ ДЛЯ РАСЧЕТА ЭНЕРГИИ ЭЛЕКТРОСТАТИЧЕСКИХ ВЗАИМОДЕЙСТВИЙ В БЕЛКАХ

Косинский Ю. А., Загайтов А. И., Ефремов Р. Г., Арсеньев А. С.
Институт биоорганической химии им. М.М. Шемякина и Ю.А. Овчинникова РАН, Москва.
Диэлектрические свойства белка и окружающего его слоя воды весьма гетерогенны, и макроскопическая модель, в которой белок и растворитель представлены как однородные диэлектрические среды с константами 2-4 и ~80 соответственно ведет в ряде случаев к недопустимо большой погрешности вычислений. Мы оценили конформационную подвижность и pKa ионогенных групп для лизоцима и нейротоксина-2 из яда кобры Naja naja oxiana, используя макроскопическую модель однородного диэлектрика. Пространственная структура и значения pKa ионогенных групп были ранее получены в нашей лаборатории по данным спектроскопии ЯМР. Для 7 карбоксилатов Glu и Asp среднеквадратичное отклонение оценочных pKa от измеренных значений составило ~1 ед. pH, что близко к точности, достигнутой в аналогичных работах. Показано, что локальные изменения конформации боковых цепей, содержащих заряженные группы, заглубленные в белок, приводят к значительному изменению (~1-2 ед. pH) расчетного pKa. Мы предполагаем, что конформации подвижных боковых цепей Glu и Asp c завышенным (на 1.5 и более ед. pH) расчетным pKa маловероятны при нейтральных pH, хотя и могут быть заселены при низких pH. Результаты расчета pKa Glu35 лизоцима согласуются с вышеприведенной гипотезой: для конформации, близкой к нативной, получено хорошее совпадение с экспериментом, тогда как для альтернативной стерически приемлемой конформации расчетное pKa сильно завышено. Таким образом, была получена новая информация о конформации заряженных боковых цепей, некоторые из которых важны для функциональной активности нейротоксина-2. В то же время для всех стерически возможных конформаций заглубленной в белок боковой цепи Glu37 нейротоксина-2 расчетное pKa завышено на ~2 ед. pH, что связано с ограниченной точностью диэлектрической модели. Для уточнения модели нами разрабатывается алгоритм оценки локальных диэлектрических свойств белка, основанный на анализе флуктуаций дипольных моментов групп, полученных с помощью молекулярной динамики.