Известия высших учебных заведений

Прикладная нелинейная динамика

ISSN 0869-6632 (Print)
ISSN 2542-1905 (Online)

Для цитирования:

Шувалова Е. В., Кубасов А. А., Романовский Ю. М., Чикишев А. Ю. Динамика переноса протона в активном центре белка-фермента ∝-химотрипсина // Известия вузов. ПНД. 2000. Т. 8, вып. 5. С. 23-35. DOI: 10.18500/0869-6632-2000-8-5-23-35

Статья опубликована на условиях лицензии Creative Commons Attribution 4.0 International (CC-BY 4.0).
Полный текст в формате PDF(Ru):
Иконка PDF 2000no5p023.pdf
(загрузок: 0)
Язык публикации: 
русский
Рубрика: 
Прикладные задачи нелинейной теории колебаний и волн
Тип статьи: 
Научная статья
УДК: 
539.194; 539.219; 621.328
DOI: 
10.18500/0869-6632-2000-8-5-23-35

Динамика переноса протона в активном центре белка-фермента ∝-химотрипсина

Авторы: 
Шувалова Екатерина Викторовна, Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова (МГУ)
Кубасов Алексей Алексеевич, Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова (МГУ)
Романовский Юрий Михайлович, Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова (МГУ)
Чикишев Андрей Юрьевич, Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова (МГУ)
Аннотация: 

Рассматривался белок-фермент ∝-химотрипсин, расщепляющий пептидные связи в процессе пищеварения. Процессом, приводящим к разрыву пептидной связи, является переход протона в одной из водородных связей каталитической группы активного центра фермента. Такой переход протона рассматривался в потенциальном поле активного центра фермента. С помощью полуэмпирического метода РМЗ показано, что профиль энергетической поверхности в активном центре изменяется после фиксации субстрата таким образом, чтобы облегчить переход протона. Так как поле активного центра фермента флуктуирует под воздействием случайных тепловых колебаний атомов окружения, переход протона рассчитывался в нестационарном профиле. Флуктуации потенциального поля описывались как белым, так и цветным, шумом. Проведено исследование влияние на динамику протона амплитуды и частоты цветного шума и асимметрии глубин ям двухъямного потенциала. Показано, что в нестационарном потенциале помимо туннелирования существует некогерентный, динамически необратимый процесс переноса протона, вызванный воздействием шума на форму потенциала.

Ключевые слова: 
-
Благодарности: 
Авторы благодарны Б.А. Гришанину за бесценную помощь в разработке теоретических методов решения поставленной задачи и сделанные по ходу работы критические замечания, а также П.В. Елютину за многие конструктивные советы. Работа поддержана Центром Фундаментальных исследований природы (Высшая школа, Россия), Государственной программой «Научные школы России» (грант № 95-15-97782), РФФИ (грант № 98-03-331191a).
Список источников: 
  1. Нетребко A.B., Нетребко H.B., Романовский Ю.М., Хургин Ю.H., Эбелинг В. Стохастическая кластерная динамика фермент-субстратного комплекса // Изв. вузов. Прикладная нелинейная динамика. 1996. Т. 4, № 3. С. 53.
  2. Нетребко A.B., Нетребко H.B., Романовский Ю.М., Хургин Ю.И., Шидловская Е.Г. Сложные модуляционные режимы и стохастизация колебаний в кластерных динамических моделях макромолекул // Изв. вузов. Прикладная нелинейная динамика. 1994. Т. 2, № 3-4. С. 26.
  3. Romanovsky YuM, Netrebko AV. Some problems of claster dynamics: models of molecular scissors. Izvestiya VUZ. Applied Nonlinear Dynamics. 1998;6(4):31.
  4. Romanovsky YuM. Some problems оf cluster dynamics of biological macromolecules. In: Shimansky— Geier L, Peschel T, editor. Stochastic Dynamics. Lecture Notes in Physics. Vol. 484. Berlin: Springer; 1997. Р. 140-152. DOI: 10.1007/BFb0105606.
  5. Grishanin BA, Romanovskii YM, Chikishev A, Shuvalova EV. Quantum mechanical model of proton transfer in a fluctuating potential field of the active site of α-chymotrypsin. In: Freund JA, Poschel T, editors. Stochastic Processes in Physics, Chemistry, and Biology. Lecture Notes in Physics. Vol 557. Berlin:Springer; 2000. P. 338-349. DOI: 10.1007/3-540-45396-2_31.
  6. Chikishev AYu, Netrebko NV, Romanovsky YuM, Ebeling W, Schimansky— Geier L, Netrebko AV. Stochastic cluster dynamics оf macromolecules. Int. J. Bifurc. Chaos. 1998;8(5):921-926. DOI: 10.1142/S0218127498000723.
  7. Shydlovskaya E, Shymansky—Geier L, Romanovsky YuM. Nonlinear vibrations in a 2-dimensional protein cluster model with linear bonds. Zeitschrift für Physikalische Chemie. 2000;214(1):65-82. DOI: 10.1524/zpch.2000.214.1.065.
  8. Шайтан К.В. Динамика электронно-конформационных переходов и новые подходы к физическим механизмам функционирования макромолекул // Биофизика. 1994. Т. 39. С. 949.
  9. Фершт Э. Структура и механизм действия ферментов // М.: Мир, 1980.
  10. Quinn DM. Acetylcholinesterase: Ensyme, structure, reaction dynamics and: virtual transition states. Chem. Rev. 1987;87:955-979. DOI: 10.1021/Cr00081A005.
  11. Davydov A. Solitons in molecular systems. Dordrecht: Springer; 1985. 319 p. DOI: 10.1007/978-94-017-3025-9.
  12. Nylund E, Lindenberg K, Tsironis G. Proton dynamics in hydrogen—bonded system. J. Stat. Phys. 1993;70:163-181. DOI: 10.1007/BF01053961.
  13. Маневич Л, Михлин Ю., Филипчук В. Метод нормальных мод для нелинейных систем. М.: Наука, 1989.
  14. Stewart JJP. Optimization оf parameters for semi—empirical methods I. J. Comput. Chem. 1989;10:209-220. DOI: 10.1002/jcc.540100208.
  15. Romanovskii YuM, Chikishev АYu, Khurgin Yul. Subglobular motion аnd proton transfer model in the a—chymotrypsin molecule. J. Mol. Catalysis, 1988;47(2-3);235-240. DOI: 10.1016/0304-5102(88)85047-8.
  16. Рубин А.Б. Биофизика. M.: Высшая школа, 1987.
  17. Кашпаров И.B., Попов М.Е., Андреева H.C. Роль молекул воды, расположенных вблизи активного центра аспаратиновых протеиназ // Молекулярная биология. 1997. Т. 31. С. 1030.
  18. Романовский Ю.М., Тихомирова H.K., Хургин Ю.И. Электромеханическая модель фермент-субстратного комплекса // Биофизика. 1979. Т. 24. С. 442.
  19. Schimansky-Geier L, Zulicke Ch. Harmonic noise: Effect оn bistable system. Z. Physik B - Condensed Matter. 1980;79:451-460. DOI: 10.1007/BF01437657.
  20. Kosloff В. Time-dependent quantum—mechanical methods for molecular dynamics. J. Phys. Chem. 1998;92(8):2087-2100. DOI: 10.1021/j100319a003.
  21. Гришанин Б.А., Шувалова E.B., Чикишев А.Ю. Динамика переноса протона в активном центре белка-фермента о-химотрипсина // Молекулярная динамика ферментов / Под ред. Ю.М. Романовского, В. Эбелинга. М.: Изд-во Московского университета, 2000. С. 139-151.
  22. Ландау Л.Д., Лившиц E.M. Квантовая механика. M.: Наука, 1989.
  23. Фейнман Р., Лейптон Р., Сэндс М. Фейнмановские лекции по физике. Т. 8. Квантовая механика: часть 1. M.: Мир, 1966. С. 271.
  24. Grishanin BA, Romanovskii YM, Chikishev A, Shuvalova EV. Quantum mechanical model of proton transfer in a fluctuating potential field of the active site of α-chymotrypsin. In: Freund JA, Poschel T, editors. Stochastic Processes in Physics, Chemistry, and Biology. Lecture Notes in Physics. Vol. 557. Berlin: Springer; 2000. P. 338–349. DOI: 10.1007/3-540-45396-2_31.
  25. Лэкс M. Флуктуации и когерентные явления. М.: Мир, 1974.
  26. Kramers НА. Brownian motion in а field of force and the diffusion model оf chemical reactions. Physica. 1940;7(4):284-304. DOI: 10.1016/S0031-8914(40)90098-2.
  27. Kagan Yu. The Role of Barrier Fluctuations in the Tunneling Problem. Berichte der Bunsengesellschaft für physikalische Chemie. 1991;95(3):411-422. DOI: 10.1002/bbpc.19910950333.
  28. Блюмфельд Л.А., Гольданский В.И., Подгорецкая М.И., Чернавский Д.С. Пространственная и временная делокализация электронов в молекулярных системах // Журнал структурной химии. 1967. Т. 8, № 5. С. 854.
  29. Elyutin PV, Rogovenko AN. Stimulated transitions between the self-trapped states of the nonlinear Schrödinger equation. Phys. Rev. E. 2001;63(2):026610. DOI: 10.1103/PhysRevE.63.026610.
Поступила в редакцию: 
21.06.2000
Принята к публикации: 
27.10.2000
Опубликована: 
07.02.2001
  • 464 просмотра