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.