ДИНАМИКА БИОМАКРОМОЛЕКУЛ

Шайтан К. В.
Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова, 119899 Москва
Особенности динамического поведения биополимеров обусловлены структурой гиперповерхностей уровней потенциальной энергии. Принципиальный момент состоит здесь в том, что имеется множество степеней свободы (вращения вокруг одинарных связей и водородные связи), вдоль которых потенциальная энергия имеет не только локальные минимумы, но и максимумы, величины которых попадают в сравнительно узкий (порядка нескольких ккал/моль) интервал энергий. В соответствии с теорией Морса возникает как бы паутина возможных, но не эквивалентных друг другу путей конформационной релаксации. Одномерное сечение соответствующей гиперповерхности имеет хорошо известный вид потенциальной "гребенки". Возникает очень серьезная проблема. На гиперповерхности уровня потенциальной энергии имеется множество неэквивалентных путей, соединяющих локусы. Каковы вероятности реализации этих путей? Мы не имеем пока общих рецептов, но предлагаем подход, основанный на тщательном изучении динамических свойств и соответствующих гиперповерхностей уровней энергии отдельных фрагментов белков. В качестве таковых рассматриваются серии дипептидов как со всеми 20 природными, так и с модифицированными аминокислотными остатками. Сканирование фигуративной точкой конфигурационного пространства, доступного при заданной температуре, осуществляется методом молекулярной динамики с учетом всех типов атом-атомных взаимодействий. Решаются технические проблемы подбора условий, при которых траектории обладают свойствами эргодичности. Изучаются двумерные функции распределения для различных пар торсионных углов и соответствующие карты свободной энергии дипептидов, а также динамические корреляции с помощью нормированных авто- и кросскорреляционных функций специального вида. Обнаружены коллективные степени свободы в пептидах, которые принципиально отличаются от нормальных мод. Обнаружено явление динамического изоморфизма (или динамической симметрии) в ряду природных аминокислот. Показано, что даже очень небольшое нарушение природной структуры аминокислот, переход к ближайшим гомологам или изомерам приводит к нарушению динамической симметрии. Обсуждается взаимосвязь динамических свойств с функциональной активностью.