Введение
Глава 1. Методы, компьютерные реализации и характерные примеры 12
1.1. Методы молекулярного моделирования 12
1.1.1. Метод молекулярной механики 12
1.1.2. Методы квантовой химии 14
1.1.3. Комбинированный метод квантовой механики/молекулярной механики
1.2. Общая схема решения задач 21
1.3. Гидролиз пенициллина G пенициллинацилазой 22
1.4. Светособирающая антенна LH1 бактериальной фотосистемы 32
1.5. Результаты главы 1 38
Глава 2. Цикл моделирования «интерпретация – прогноз» на примере матриксной металлопротеиназы 2 39
2.1. Реакция гидролиза модельного олигопептида в активном центре MMP-2 40
2.1.1. Литературные данные 40
2.1.2. Профиль потенциальной энергии реакции гидролиза модельного субстрата в активном центре MMP-2 47
2.1.3. Влияние начальной структуры на профиль реакции 51
2.1.4. Влияние размера сольватной оболочки на профиль реакции 54
2.1.5. Выбор протокола расчета ППЭ 57
2.1.6. Профиль потенциальной энергии реакции гидролиза модельного олигопептида в активном центре MMP-2 с мутацией E116D 63
2.1.7. Профили свободной энергии стадии нуклеофильной атаки 66
2.1.8. Выход продуктов реакции 69
2.1.9. Сравнение полученных результатов с экспериментальными данными 70
2.2. Ингибирование MMP-2 71
2.2.1. Ингибитор с кетометиленовым аналогом субстрата: расчеты и эксперимент 71
2.2.2. Ингибиторы с мотивом цинкового пальца 73
2.2.3. Производные APP-IP: расчеты и эксперимент 81
2.3.Результаты главы 2 85
Глава 3. Реакция гидролиза ГТФ в комплексах малых ГТФаз с белками ускорителями: механизм и способы его верификации 86
3.1. Гидролиз ГТФ в белковом комплексе Ras-GAP 87
3.1.1. Литературные данные 87
3.1.2. Механизм гидролиза ГТФ в белковом комплексе Ras-GAP 91
3.1.3. Сопоставление механизма реакции с экспериментальными данными 96
3.1.4. Замена каталитического глютамина на нитро-аналог 99
3.1.5. Влияние точечных мутаций на динамику фермент-субстратного комплекса 102
3.1.6. Колебательные спектры с временным разрешением 105
3.2. Гидролиз ГТФ в белковом комплексе Arl3-RP2 110
3.2.1. Механизм гидролиза ГТФ в белковом комплексе Arl3-RP2 110
3.2.2. Колебательные спектры с временным разрешением 116
3.3. Результаты главы 3 117
Глава 4. Флавин-содержащие рецепторы: фотоцикл и новые флуоресцентные белки 119
4.1. Фотохимические превращения в BLUF доменах 120
4.1.1. Литературные данные 120
4.1.2. Рецепторное и сигнальное состояния в фотоцикле AppA 124
4.1.3. Механизм перехода в сигнальное состояние 134
4.1.4. Механизм восстановления рецепторного состояния 141
4.1.5. Влияние мутации Q63E 144
4.2. Механизм передачи сигнала от фоторецепторного BLUF домена к каталитическому
EAL домену 146
4.2.1. Обзор литературы 146
4.2.2. Нативная форма белка BlrP1 147
4.2.3. Мутанты белка BlrP1
4.3. Спектры поглощения и флуоресценции флавина в газовой фазе и растворе 155
4.4. Флуоресцентный белок iLOV и его мутантная форма
4.4.1. Литературные данные 157
4.4.2. Фотофизические свойства iLOV 158
4.4.3. Мутантная форма iLOV Q489K 160
4.5. Результаты главы 4 162
Глава 5. FRET сенсоры на основе флуоресцентных белков: изучение и разработка улучшенных вариантов 164
5.1. Ориентационные факторы компонентов FRET сенсоров 166
5.1.1. Структура и свойства TagRFP 167
5.1.2. Структуры и спектры поглощения KFP и GFP 170
5.1.3. Ориентационные факторы в системе TagRFP-L23-KFP 172
5.1.4. Влияние ориентационного фактора в димере KillerRed 1 5.2. Оптимизация структуры связующего пептида 174
5.3. Изучение характеристик FRET сенсора с тербий-связывающим пептидом 178
5.4. Изомеризация хромофора в хромопротеинах KFP и asFP595 180
5.5. Фотостабильность хромофора в зеленом флуоресцентном белке 183
5.5.1. CTTS-подобные состояния в кластерных моделях 185
5.5.2. Влияние водородных связей с фенильным фрагментом хромофора на его электронные свойства 193
5.6. Результаты главы 5 196
Основные результаты и выводы 197
Список иллюстраций 199
Список таблиц 213
Список литературы 216
