Badania struktur makromolekularnych, ich dynamiki i funkcji

Słowa kluczowe

mechanizm rozpoznawania receptor-ligand
metody relaksacyjne
dynamika molekularna, dynamika brownowska
elektrostatyka molekularna

Opisy projektów

A. Rola oddziaływań elektrostatycznych w rozpoznawaniu receptorow przez ligandy

Oddziaływania elektrostatyczne stanowią jeden z ważnych czynnikow decydujacych o powinowactwie ligandów do miejsc wiażących w bioloplimerach. Znaczącym źródlem potencjalu elektrostatycznego generowanego przez biopolimery są funkcyjne grupy jonizowalne przyłączone do niektórych z podjednostek (aminokwasów czy nukleotydów). Ładunek tych grup zależy od pH środowiska, w związku z czym oddziaływania biopolimerów z ligandami wykazują zależność od pH. Ponadto znaczenie oddziaływań elektrostatycznych w tworzeniu kompleksu receptor-ligand przejawia się zależnością tego procesu od siły jonowej roztworu.

Grupa nasza zajmuje się badaniem udziału oddziaływań elektrostatycznych w oddziaływaniach receptor-ligand wykorzystujac metody doświadczalne spektroskopii UV-VIS i fluorescencyjnej i metody kinetyczne spektrometrii zatrzymanego przepływu oraz metody teoretyczne elektrostatyki molekularnej, oparte na modelu Poissona-Boltzmanna układu molekuła-rozpuszczalnik, metody dynamiki brownowskiej i molekularnej.

Obecnie zajmujemy się dwoma interesującymi układami: jeden to inicjatorowe białko eukariotyczne odpowiedzialne za rozpoznanie końca 5' mRNA w procesie inicjacji translacji, a drugi to fosorylaza nukleozydów purynowych i jej inhibitory.

B. Znaczenie równowag protonacyjnych dla struktury i funkcjonowania biomolekul

Jednym z ważnych czynników określajacych strukturę i dynamikę białek jest wymiana protonow z otoczeniem przez grupy boczne niektórych aminokwasów. Jest wiele danych doświadczalnych świadczacych o znaczeniu procesow wymiany protonów dla struktury i funkcjonowania białek, glównie związanych z obserwacjami zależnosci wyników doświadczeń od pH. Z drugiej strony w symulacjach komputerowych problem protonacji grup jest ciagle traktowany w sposob uproszczony: przyjmuje się oczekiwane stany protonacyjne dla danego pH i wykonuje się symulacje z tak ustalonymi stanami protonacyjnymi. Wydaje się jednak, że wlączenie do symulacji procesów wymiany protonów explicite jest konieczne dla uzyskania fizycznie znaczacego obrazu mechanizmów funkcjonowania i dynamiki białek (symulacje w stalym pH). W przyszłości takie symulacje powinny być przeprowadzane rutynowo, tak jak obecnie rutynowo wykonuje się symulacje w stalej temperaturze czy ciśnieniu. Nasza grupa uczestniczy w rozwijaniu oprogramowania dla tego typu symulacji.

Obecnie pracujemy nad algorytmem, w ktorym metoda miareczkowania białek oparta na modelu Poissona-Bottzmana układu białko-woda, jest sprzeżona z metodą dynamiki molekularnej z rozpuszczalnikiem modelowanym jako ośrodek ciągły. Algorytm nasz testujemy na krótkim peptydzie stanowiącym cześć białka ovomucyny z indyka, acetyl-Ser-Asp-Asn-Lys-Thr-Tyr-Gly-amid, który ma interesujace wlaściwości jonizacyjne, a jednoczesnie jest na tyle maly, że możliwe jest prowadzenie testów róznych protokolów symulacji.