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.