Помощь в написании студенческих работ
Антистрессовый сервис

L-и D-изомеры трансмембранных каналов, структура и селективность

Диссертация: L-и D-изомеры трансмембранных каналов, структура и селективность
ДиссертацияПомощь в написанииУзнать стоимостьмоей работы

Главной особенностью живой клетки является ее способность к самовоспроизводству. Химическая основа этого процесса — матричный синтез белков и нуклеиновых кислот, который происходит с участием различных ферментов, ДНК, РНК и не возможен без их взаимной стерео-специфичности. Последняя достигается тем, что аминокислоты ферментов и нуклеиновые кислоты ДНК и РНК имеют разный знак хиральности… Читать ещё >

L-и D-изомеры трансмембранных каналов, структура и селективность (реферат, курсовая, диплом, контрольная)

Содержание

  • Глава I. Разделение дальних и ближних взаимодействий в расчетах энергетических профилей ионов
    • 1. 1. Трансмембранные каналы: классификация и функции
    • 1. 2. Теоретические методы расчета энергетических профилей ионов и необходимость использования квантовохимического расчёта
      • 1. 2. 1. Традиционные методы расчета энергетического профиля иона в поре канала и его роль в объяснении проницаемости каналов
      • 1. 2. 2. Артефактность методов силовых полей в расчетах энергетических профилей ионов в поре канала и необходимость использования квантовохимических расчетов
    • 1. 3. Физическое обоснование разделения дальних и ближних взаимодействий в расчетах энергетических профилей ионов
      • 1. 3. 1. Представление молекулы канала в системе координат с поворотной осью симметрии
      • 1. 3. 2. Формальная схема метода
      • 1. 3. 3. Физическое обоснование метода
  • Глава II. Механизмы ионной и водной избирательности природных трансмембранных каналов
    • 2. 1. Потенциал-независимый калиевый канал КсвА
      • 2. 1. 1. Структура и традиционное объяснение ионной избирательности канала
      • 2. 1. 2. Энергетические профили ионов и калиевая избирательность канала
    • 2. 2. Потенциал-зависимый калиевый канал КуАР
      • 2. 2. 1. Структура и традиционное объяснение ионной избирательности канала
      • 2. 2. 2. Энергетические профили ионов и калиевая избирательность канала
    • 2. 3. Аквапорин АР]
      • 2. 3. 1. Структура и традиционное объяснение водной избирательности порина
      • 2. 3. 2. Энергетические профили молекул воды и водная избирательность порина
  • Глава III. Механизмы ионной и водной избирательности зеркальных изомеров природных трансмембранных каналов
    • 3. 1. Модельный Б-изомер потенциал-независимого калиевого канала КсбА
      • 3. 1. 1. Структура канала Б-КсбА
      • 3. 1. 2. Энергетические профили ионов и ионная избирательность канала Б-КсбА
    • 3. 2. Модельный Б-изомер потенциал-зависимого калиевого канала Ку АР
      • 3. 2. 1. Структура канала Б-КуАР
      • 3. 2. 2. Энергетические профили ионов и функционирование канала Б-КуАР
    • 3. 3. Аквапорин АР,
      • 3. 3. 1. Структура порина Б-АР!
      • 3. 3. 2. Водная избирательность порина Б-АР
  • Выводы

Фундаментальным свойством природной клетки является хиральная чистота ее основных молекулярных компонентов: ферментов и нуклеиновых кислот. На атомно-молекулярном уровне организации природной клетки данное свойство проявляется в том, что в нуклеиновых кислотах содержаться только Б-изомеры Сахаров, в ферментах — только Ь-изомеры аминокислот. Такое нарушение зеркальной симметрии биологических молекул является, по выражению Г. Вейля [1], исключительной привилегией жизни.

В данном случае речь идет о нарушении геометрической зеркальной симметрии — отсутствии точки или плоскости инверсии в атомной модели молекулы. Молекула является зеркально симметричной относительно некоторой плоскости О, если она переходит сама в себя при отражении от плоскости П. К зеркально-симметричным (хиральным) относятся молекулы, содержащие так называемый асимметрический атом углерода, — аминокислоты, сахара и т. д. Данные молекулы обладают свойством хиральности в том случае, если все четыре заместителя, связанные с центральным атомом углерода С*, различны. Зеркальные изомеры таких молекул обычно называют «левыми» и «правыми» изомерами. В биофизической литературе их обозначают буквами Ь (от 1аео — левый) и Б (от с1ех&о — правый).

Если молекула имеет один асимметрический центр, то у нее существуют только два оптических изомера. Если же молекула содержит N асимметрических центров, то всего имеется ее оптических изомеров, которые можно рассортировать на 2Ы" ! различных изомерных пар. Такая ситуация характерна для молекулы сахара — пентозы, которая может содержать 4 асимметрических центра и, следовательно, возможно 24=16 изомеров пентозы или 8 различных пар соответствующих Ьи Б-изомеров.

Несмотря на огромное разнообразие хиральных соединений в природе, прежде всего, нас будут интересовать аминокислоты и сахара.

Аминокислотные остатки — главные компоненты белков, полипептидов и олигопептидов существуют в виде двух стереоизомеров или энантиомеров, известные под названием Ьи Б-изоформ. В этом случае существует некоторое отображение, переводящее каждый атом в его зеркальный образ относительно П (рис. 1). Каждый аминокислотный остаток имеет инвариантную часть и, за исключением двух концевых остатков, связан с другими таким образом, что формируется непрерывная, неразветвленная цепь — основная цепь белковой молекулы. На одном конце цепи находится свободная >Щ2-группа (Ы-конец), на другом — СООН-группа (С-конец). К каждому аили С*-углеродному атому основной цепи присоединены вариабельные части аминокислотных остатков — Я-группы*. Стереоизомерия характерна для всех аминокислот, за исключением глицина. H.

С. H rtjc мн.

Рис. 1. Зеркальные изомеры (L и D) аминокислот.

Другие биомолекулы, в которых также может проявляться свойство стереоизомерии, это нуклеиновые кислоты — дезоксирибонуклеиновые (ДНК) и рибонуклеиновые (РНК) (рис. 2). Они построены из мономерных звеньевнуклеотидов, которые состоят из трех частей: азотистого основания (N), моносахарида (сахара) и одной или нескольких фосфатных групп (Р). Сахар (пентоза), входящий в состав природного нуклеотида, может присутствовать В белках, как правило, встречается 20 разных R-rpynn: фенилаланин — Phe (F), триптофан — Trp (W), тирозинТуг (Y), метионин — Met (M), цистеин — Cys ©, лейцин — Leu (L), аланин — Ala (А), валин — Val (V), изолейцинIle (I), пролин — Pro (Р), треонин — Thr (Т), серин — Ser (S), глутамин — Gin (Q), аспарагин — Asn (N), аспарагиновая кислота — Asp (D)', глутаминовая кислота — Glu (Е), гистидин — His (H), аргинин — Arg ®, лизин — Lys (К), глицинGly (G). в одной из двух форм Р-Б-рибозы и р-Э-дезоксирибозы. Первая форма сахара присутствует в мономерных звеньях РНК, вторая — в мономерных звеньях ДНК. Напомним, что Ь-изомеры Сахаров в мономерах природных РНК и ДНК не встречаются, хотя каждый из них вне биополимерной структуры может существовать ивЬ-и Б-форме. Азотистые основания представляют собой производные одного из двух соединений — пурина или пиримидина**.

5' 0 сн, н н © 1 1 с н 1 ь ! N: н н 0 сн2 С н.

3'.

Рис. 3. Зеркальные изомеры нуклеотидов.

Следует отметить, что в отличие от Сахаров (в РНК и ДНК) и аминокислот (в белках-ферментах) другие хиральные компоненты клетки могут встречаться как в одной, так и в другой изомерной форме. Например, в некоторых бактериях среди продуктов различных биохимических превращений обнаружены Ь-сахара и Б-аминокислоты. Поэтому в целом биологический мир не обнаруживает хиральной чистоты.

Биополимер, построенный из стереоизомеров строго определенного вида (Ь или Б), принято называть гомохиральнымбиополимер, построенный из смеси стереоизомеров — рацемическим или гетерохиральным. Физически идентифицировать принадлежность гомохиральной молекулы к тому или В нуклеиновых кислотах в основном присутствуют два пуриновых производных (аденин — А, гуанин — в) и три пиримидиновых основания (цитозин — С, тимин — Т, урацил — и). В рибонуклеотидах используются основаниия А, О, С, и и, в дезоксирибонуклеотидах — А, в, С и Т. иному изомеру возможно только по направлению вращения плоскости поляризации проходящего через них света: Ь-изомер вращает плоскость поляризации влево, Э-изомер — вправо. Все остальные физические свойства изомеров практически эквивалентны. Одинаковы внутренние энергии, растворимости, температуры плавления, кипения и т. д.

Впервые нарушение зеркальной симметрии наблюдал Л. Пастер [2]. В 1848 г. он открыл, что виноградная кислота в результате кристаллизации превращается в смесь Ьи Б-изомеров кристаллов винной кислоты. Кислота, получающаяся из Б-кристаллов, совпадает с винной кислотой, образующейся при брожении виноградного сокакислота, получающаяся из Ь-кристаллов, не наблюдается в природе. Это явление Пастер объяснил тем, что на рацемический раствор действовали бактерии, содержащиеся в атмосфере и способствующие производству гомохирального раствора.

В настоящее время установлено, что он заблуждался: строгое физическое объяснение состоит в том, что при низкой температуре смесь двух оптически активных форм винной кислоты более устойчива, чем ее неактивная форма. С того времени специалистами самых различных областей науки опубликовано огромное количество работ, посвященных проблеме нарушения зеркальной симметрии (см. обзоры [3, 4, 5]). Тем не менее окончательное решение проблемы далеко до своего завершения.

Последние работы, прежде всего, посвящены поиску физико-химических механизмов и возможных сценариев нарушения зеркальной симметрии (факторы преимущества, спонтанное нарушение зеркальной симметрии), последствиям загрязнения организма «неприродными» изомерами [6] и взаимодействию хиральных лекарств с организмом [7].

Рассматривая общие структурные особенности природной клетки, целесообразно выделить два аспекта.

Первый связан с гомохиральностью биополимеров, участвующих в матричном синтезе белков и нуклеиновых кислот. Данный синтез происходит с участием различных гомохиральных ферментов, ДНК, различных РНК, что обусловлено их взаимной стереоспецифичностью. Последняя достигается тем, что аминокислоты ферментов и нуклеиновые кислоты ДНК и РНК имеют исключительно разный знак хиральности. Белки-ферменты, рецепторы, переносчики, шапероны также утратят свою уникальную пространственную конфигурацию, необходимую для специфического комплементарного узнавания своих субстратов и лигандов.

Второй аспект связан с тем, что все гомохиральные белки-ферменты построены исключительно из Ь-изомеров аминокислотных остатков, нуклео-тиды ДНК и РНК построены исключительно из Б-изомеров Сахаров.

Физико-химические и биологические предпосылки гомохиральности биополимеров в последнее время изучены достаточно хорошо [3, 4, 5]: гомо-хиральность белков и нуклеиновых кислот обуславливает стабильность их структур, обеспечивающих их функционирование, и, кроме того, для биохимических преобразований гомохиральных соединений требуется гораздо меньший набор ферментов, чем для таких же преобразований гетерохираль-нЫх соединений. Напротив, физико-химическое и биологическое значение гомохиральных белков-ферментов и нуклеиновых кислот определенного знака хиральности остается пока малоизвестным. В этом случае центральным вопросом является вопрос о случайности или определенности выбора белковых Ь-аминокислот в процессе биологической или предбиологической эволюции [5].

Получить частичный ответ на этот вопрос, и является целью нашей работы, для достижения которой были сформулированы следующие задачи:

1) построить модельные Б-изомеры белков — трансмембранных каналов;

2) исследовать их атомную геометрию, а также абсолютные значения и изменения полной энергии в сравнении с аналогичными параметрами природных каналов;

3) исследовать их проницаемость для ионов и молекул.

Очевидно, что при построении модельных изомеров природных белков, практически невозможно исследовать всего их многообразия. Поэтому в нашей работе мы ограничились исследованием 3-х трансмембранных каналов: потенциал-независимого бактериального калиевого канала КсбА, потенциал-зависимого калиевого канала КуАР и аквапорина АР^.

Данный выбор является неслучайным по нескольким причинам:

1) трансмембранные каналы играют основополагающую роль в таких важнейших физиологических процессах как преобразование энергии, поддержание постоянного химического состава внутренней среды (гомеостаз), регуляция и рецепция, сокращение мышц, распространение нервного импульса и др. [8];

2) выше названные каналы являются экспериментально наиболее изученными из природных каналов [9], поэтому все изменения структурно-зависимых свойств канала, при точечной рацемизации всех его аминокислотных остатков, удобно сопоставлять с аналогичными свойствами природного канала;

3) суперсемейство трансмембранных каналов участвует в формировании важных биологических процессов [10], поэтому представляется возможным исследование влияния точечной рацемизации полного набора аминокислотных остатков мембранных каналов на нарушение его биологических функций;

4) ионные каналы, в том числе КсэА или КуАР, участвуют в формировании ионной асимметрии (трансмембранного потенциала) клетки, которая непосредственно связана с хиральной чистотой клеточных структур [11].

За исключением работ, посвященных исследованию взаимодействия различных изомеров биологически активных соединений (см. обзор [7]), практически отсутствуют публикации по структурным аспектам проблемы биологического значения гомохиральности биомолекул определенного знака.

Наша работа является одной из первых попыток исследования структурно-функциональных особенностей зеркальных изомеров трансмембранных каналов.

Перед построением модельных изомеров нами объяснена ионная избирательность калиевых каналов и аквапорина сравнением энергетических профилей ионов в поре канала и молекул воды в поре аквапорина. Подробности предложенного нами метода расчета профилей энергии представлены в главе 1. Механизмы ионной избирательности калиевых каналов и водной проницаемости аквапорина представлены в главе 2. Построенные модели зеркальных изомеров природных каналов, их структура и проницаемость представлены в 3 главе.

Выводы.

Исследованы структура и функции зеркальных антиподов природных трансмембранных каналов. Полученные результаты позволяют сделать следующие выводы:

1. Предложенный метод расчета профилей энергии ионов в мембранных каналах, основанный на разделении и независимом расчете энергий дальних и ближних взаимодействий, в отличие от методов силовых полей, позволяет получать адекватные профили энергии ионов. Данный метод позволяет проводить расчеты дальних взаимодействий одним из методов силового поля, специально параметризованным для моделирования биополимеровближних взаимодействий — одним из квантовохимических методов, пригодным для исследования белков. В последнем случае может быть использован расширенный метод Хюккеля в параметризации Вольфсберга-Гельмгольца. При этом разделение дальних и ближних взаимодействий возможно, если расстояние от иона до атомов канала составляет около 5А, что подтверждается сравнением функций энергии взаимодействия в системе ион — аминокислота, рассчитанных методом силового поля и методом квантовой химии.

2. Результаты сравнительного анализа, рассчитанных профилей энергии ионов в мембранных каналах, а также результаты квантовохимического расчета эффективной константы диэлектрической проницаемости среды, моделирующей пору канала, позволили количественно объяснить их ионную избирательность. При этом проникновение иона в канал количественно объясняется равенством глубины потенциальной ямы и энергии дегидратации соответствующего иона.

Для потенциал-зависимого канала, ионная избирательность определяется не только гидратационным фактором, но и характером профиля энергии иона в открытом и закрытом канале. В случае канала, находящегося в закрытом состоянии, наблюдается энергетический барьер, непроницаемый для исследуемых ионов.

3. Точечная рацемизация по всем аминокислотам природных мембранных каналов с последующей их энергетической оптимизацией приводит к существенному нарушению их природной четвертичной структуры. При этом в Б-изомеры мембранных каналов являются энергетически менее стабильными, чем соответствующие природные изомеры.

4. Точечная рацемизация полного набора аминокислот природных каналов приводит к нарушению их проницаемости.

Потенциал-независимый и потенциал-зависимый калиевые каналы полностью утрачивают свойство калиевой избирательности. Кроме того, наблюдается значительная разность энергий между открытым и закрытым состоянием последнего канала. Соответствующее энергетическое воздействие может привести к электрическому пробою мембраны и, как следствие, нестабильности клетки.

Структура зеркального изомера природного аквапорина такова, что он не проницаем для молекул воды.

5. Для построения четвертичной структуры неприродных Б-изомеров каналов, сохраняющих свойства ионной избирательности, в случае калиевых каналов и водной проницаемости для аквапорина, необходима модификация первичной структуры соответствующих природных каналов.

Заключение

.

При написании работы мы не задавались вопросом о возможных причинах, послуживших эволюционному закреплению хирального состава современной природной клетки. Частичные ответы на этот вопрос можно найти в работах [3, 4, 5]. В любом случае, в литературе, посвященной данной проблеме, отсутствуют какие-либо физически обоснованные данные, свидетельствующие о невозможности существования эволюционного сценария происхождения зеркальной клетки. Поэтому дальнейшие рассуждения, несмотря на их гипотетичность, заслуживают особого внимания.

Главной особенностью живой клетки является ее способность к самовоспроизводству [126, 127, 128]. Химическая основа этого процесса — матричный синтез белков и нуклеиновых кислот, который происходит с участием различных ферментов, ДНК, РНК и не возможен без их взаимной стерео-специфичности. Последняя достигается тем, что аминокислоты ферментов и нуклеиновые кислоты ДНК и РНК имеют разный знак хиральности. В зеркальной клетке, как и в природной клетке, данное требование соблюдается: ферменты включают Р-аминокислоты, а нуклеиновые кислоты — Ь-сахара. Вероятно, единственной отличительной особенностью зеркальной клетки будет либо измененная нуклеотидная последовательность генов, кодирующих первичную структуру калиевых каналов, либо будет изменена таблица генетического кода. Кроме того, калиевые каналы, а вероятно, и другие трансмембранные белки зеркальной клетки будут энергетически менее стабильными, чем таковые в природной клетке, а также будет изменена первичная структура всех мембранных белков. Последнее структурное свойство зеркальной клетки является необходимым, т.к. в противном случае нарушится фермент-субстратная стереоспецифичность — необходимое условие матричного биосинтеза белков [129]. Действительно, как ранее было показано на примере калиевого канала, точечная рацемизация полного набора аминокислот природного канала без изменения его первичной структуры приводит к нарушению механизмов его функционирования, в частности ионной избирательности. Для более детального исследования этих нарушений, целесообразно провести рассмотренные выше исследования для целого ряда калиевых каналов, формирующих единое суперсемейство каналов [130], а также других мембранных белков.

В заключение отметим, что за рамками данной работы остались весьма актуальная проблема эволюционной фиксации аминокислот и нуклеиновых кислот гомохиральности строго определенного типа, последствия загрязнения организма «неприродными» изомерами и, прежде всего, проблема хи-ральной безопасности биосферы.

Кратко отметим, что под экологической безопасностью в настоящее время понимается защищенность населения и экосистем от негативных последствий природных и техногенных катастроф, а также антропогенного воздействия на качество окружающей среды. В связи с тем, что многие органические вещества природного и техногенного происхождения имеют энантио-мерные формы, существенно различающиеся по эффектам воздействия на организмы, вплоть до токсического и мутагенного, проблема «хиральной чистоты биосферы», являясь по принадлежности экологической, по существу имеет биофизическую, или, шире, биогеофизическую и биогеохимическую основу.

Область применения хиральных соединений чрезвычайно широка: от фармацевтических препаратов до сельского хозяйства и производства оптических кабелей. Традиционный химический синтез органических соединений, не включающий участие хиральных катализаторов, приводит к образованию рацемических смесей, содержащих равное количество Би Ь-энантиомеров. Но и при их разделении и очистке, при хирально-специфическом синтезе, трансформации хиральных соединений в искусственных и природных условиях образуются токсические хиральные продукты.

Развитые биофизикой и смежными науками подходы могут быть чрезвычайно полезны не только для понимания механизмов взаимодействия хиральных соединений с биологическими системами разного уровня организации, но и для развития методов и направленности экологического мониторинга в решении данной проблемы.

Показать весь текст

Список литературы

  1. Г. Симметрия. М: Наука, 1968. 200 с.
  2. Пастер J1. Избранные труды. / Пер., под редакцией A.A. Имшенецко-го. М: Изд-во АН СССР, 1960. 355 с.
  3. В.И., Кузьмин В. В. Спонтанное нарушение зеркальной симметрии в природе и происхождение жизни // Успехи физических наук. 1989. Т. 157. № 1. С. 3−50.
  4. В.А., Гольданский В. И. Физические аспекты нарушения зеркальной симметрии биоорганического мира // Успехи физических наук. 1996. Т. 166. № 8. С. 873−891.
  5. Д.С. Проблема происхождения жизни и мышления с точки зрения современной физики // Успехи физических наук. 2000. Т. 170. № 2. С. 157−183.
  6. В.А., Сидорова В. В. Хиральная безопасность биосферы как биофизическая проблема // Биофизика. 2004. Т. 49. № 3. С. 510−520.
  7. Caner Н., Groner Е., Levy L., Agranat I. Trends in the development of chiral drugs // Drug Discovery Today. 2004. V. 9. P. 105−110.
  8. Дж.Г., Мартин A.P., Валлас Б.Дж., Фукс П. А. От нейрона к мозгу. / Пер. с англ. П. М. Балабана и др. М.: Изд-во Едиториал УРСС, 2003. 600 с.
  9. Aidley D.J., Stanfield P.R. Ion channels. Molecules in action. Cambridge
  10. University Press, 1996. 307 p. t
  11. P. Биологические мембраны. Молекулярная структура и функции. М.: Мир, 1997, 624 с.
  12. JI.B., Твердислов В. А. Поверхность мирового океана и физические механизмы предбиологической эволюции // Биофизика. 2004. Т. 48. С. 1137−1146.
  13. В.А., Тихонов А. Н., Яковенко JI.B. Физические механизмы функционирования биологический мембран. М.: Изд-во МГУ, 1987. 350 с.
  14. Nonner W., Chen D.P., Eisenberg В. Progress and Prospects in Permeation//J. Gen. Physiol. 1999. V. 113. P. 773−782.
  15. Levitt D.G. Modeling of Ion Channels // J. Gen. Physiol. 1999. V. 113. P. 789−784.
  16. Von Kitzing E. Forces Determining Ion Permeation // J. Gen. Physiol. 1999. V. 114. P. 593−595.
  17. Roux B. Theories of Ion Permeation: A Chaser // J. Gen. Physiol. 1999. V. 114. P. 605−608.
  18. Newman J.S. Electrochemical Systems. New Jersey: Prentice-Hall, 1991.560 p.
  19. Cardenas A.E., Coalson R.D., Kurnikova M.G. Three-Dimensional Pois-son-Nernst-Planck Theory Stidies: Influence of Membrane Electrostatics on Gramicidin A Channel Conductance // Biophys. J. 2000. V. 79. P. 80−93.
  20. Kurnikova M.G., Coalson R.D., Graf P., Nitzan A. A Lattice Relaxation Algorithm for Three-Dimensional Poisson-Nernst-Planck Theory with Application to Ion Transport through the Gramicidin A Channel // Biophys. J. 1999. V 76. P. 642−656.
  21. Corry В., Kuyucak S., Chung S. Tests of Continuum Theory as Models of Ion Channels. II. Poisson-Boltzmann Theory versus Brownian Dynamics // Biophys. J. 2000. V. 78. P. 2364−2381.
  22. Chen D.P., Xu L., Tripathy A., Meissner G., Eisenberg B. Selectivity and Permeation in Calcium Release Channel of Cardiac Muscle: Alkali Metal Ions //Biophys. J. 1999. V. 76. P. 1346−1366.
  23. Kuyucak S., Hoyles M., Chung S.H. Analytical Solutions of Poisson’s Equation for Realistic Geometrical Shapes of Membrane Ion Channels // Biophys. J. 1998. V. 74. P. 22−36.
  24. Lauger P. Ion Transport through Pores: A Rate Theory Analysis // Bio-chim. Biophys. Acta. 1973. V. 311. P. 423−441.
  25. Lauger P. Thermodynamic and Kinetic Properties of Electrogenic Ion Pumps // Biochim. Biophys. Acta. 1984. V. 779. P. 307−341.
  26. Krupka R.M., Deves R. Kinetics of Inhibition of Transport Systems // Int. Rev. of Cyt. 1983. V. 84. P. 303−352.
  27. Eisenberg R.S. Channels as Enzymes // J. Memb. Biol. 1990. V. 115. P.1.12.
  28. Eisenberg R.S., Klosek M.M., Schuss Z. Diffusion as a Chemical Reaction: Stochastic Trajectories between Fixed Concentrations // J. Chem. Phys. 1995. V. 102. P. 1767−1780.
  29. Laio A., Torre V. Physical Origin of Selectivity in Ionic Channels of Biological Membranes // Biophys. J. 1999. V. 76. P. 129−148.
  30. Qi Z., Sokabe M., Donowaki K., Ishida H. Structure-Function of de Novo Synthetic Hydrophobic Ion Channel // Biophys. J. 1999. V. 76. P. 631−641.
  31. Thompson N., Thompson G., Cole C.D., Cotten M., Cross T.A., Busath D.D. Noncontact Dipole Effects on Channel Permeation. IV. Kinetic Model of 5F-Trp, 3 Gramicidin A Currents // Biophys. J. 2001. V. 81. P. 1245−1254.
  32. Kurata Y., Sato R., Hisatome I., Imanishi S. Mechanisms of Cation Permeation in Cardiac Sodium Channel: Description by Dynamics Pore Model // Biophys. J. 1999. V. 76. P. 1885−1904.
  33. Seifert R., Eismann E., Ludwig J., Baumann A., Kaupp B.U. Molecular Determinants of a Ca2±Binding Site in the Pore of Cyclic Nucleotide-Gated Channels: S5/S6 Segments Control Affinity of Intrapore Gentamates // EMBO J. 1999. V. 18. P. 119−130.
  34. Karplus M., Petsko G.A. Molecular dynamics simulations in biology // Nature. 1990. V. 347. P. 631−639.
  35. Chiu S.W., Subramanian S., Jakobsson E. Simulation Study of a Grami-cidin/Lipid Bilayer System in Excess Water and Lipid. I. Structure of the Molecular Complex // Biophys. J. 1999. V. 76. P. 1929−1938.
  36. Coffey W.T., Kalmykov Y.P., Wladron J.T. The Langevin Equation, with Applications in Physics, Chemistry, and Electrical Engineering. New Jersey: World Scientific, 1996. 480 p.
  37. Im W., Seefeld S., Roux B. A Grand Canonical Monte Carlo Brownian Dynamics Algorithm for Simulating Ion Channels. Biophys // J. 2000. V. 79. P. 788−801.
  38. Shrivastava I.H., Sansom M.S.P. Simulations of Ion Permeation Through a Potassium Channel: Molecular Dynamics of KcsA in a Phospholipid Bilayer // Biophys. J. 2000. V. 78. P. 557−570.
  39. Berneche S., Roux B. Molecular Dynamics of the KcsA K+ Channel in a Bilayer Membrane //Biophys. J. 2000. V. 78. P. 2900−2917.
  40. Zhong Q., Jiang Q., Moore P.B., Newns D.M., Klein M.L. Molecular Dynamics Simulation of a Synthetic Ion Channel // Biophys. J. 1998. V. 74. P. 310.
  41. Crozier P. S., Henderson D., Rowley R.L., Busath D.D. Model Channel Ion Currents in NaCl-Extended Simple Point Charge Water Solution with Applied-Field Molecular Dynamics // Biophys. J. 2001. V. 81. P. 3077−3089.
  42. Chung S.H., Hoyles M., Allen Т., Kuyucak S. Study of Ionic Currents across a Model Membrane Channel Using Brownian Dynamics // Biophys. J. 1998. V. 75. P. 793−809.
  43. Smith G.R., Sansom M.S.P. Dynamic Properties of Na+ Ions in Models of Ion Channels: A Molecular Dynamics Study // Biophys. J. 1998. V. 75. P. 27 672 782.
  44. Tieleman D.P., Berendsen H.J.C., Sansom M.S.P. An Alamethicin Channel in a Lipid Bilayer: Molecular Dynamics Simulations // Biophys. J. 1999. V. 76. P. 1757−1769.
  45. Chiu S.W., Subramanian S., Jakobsson E. Simulation Study of a Grami-cidin/Lipid Bilayer System in Excess Water and Lipid. II. Rates and Mechanisms of Water Transport //Biophys. J. 1999. V. 76. P. 1939−1950.
  46. Т. Компьютерная химия: пер. с англ. М.: Мир, 1990. 383 с.
  47. Полуэмпирические методы расчета электронной структуры. Т. 1. под ред. Дж. Сигала: пер. с англ. М.: Мир, 1980. 350 с.
  48. Полуэмпирические методы расчета электронной структуры. Т. 2. под ред. Дж. Сигала: пер. с англ. М.: Мир, 1980. 370 с.
  49. Mazur А.К., Abagyan R.A. New Methodology for Computer-Aided Modeling of Biomolecular Structure and Dynamics. Non-cyclic Structure // J. Biomol. Struct. Dyn. 1989. V. 6. P. 815−832.
  50. Roux B. On the Potential Functions Used in Molecular Dynamics Simulations of Ion Channels // Biophys. J. 2002. V. 82. P. 1681−1684.
  51. Brooks B.R., Bruccoleri R.E., Olafson B.D., States D.J., Swaminathan S., Karplus M. CHARMM: A Program for Macromolecular Energy Minimization and Dynamics Calculations //J. Comput. Chem. 1983. V. 4. P. 187−217.
  52. Moyna G., Williams H.J., Nachman R.J., Scott A.I. Conformation in Solution and Dynamics of a Structurally Constrained Linear Insect Kinin Pentapep-tide Analogue // Biopolymers. 1999. V. 49. P. 403−413.
  53. Ross W.S., Hardin C.C. Ion-Induced Stabilization of the G-DNA Quadruplex: Free Energy Perturbation Studies // J. Am. Chem. Soc. 1994. V. 116. P. 4363−4366.
  54. Aqvist J. Ion-Water Interaction Potentials Derived from Free Energy Perturbation Simulations //J. Phys. Chem. 1990. V. 94. P. 8021−8024.
  55. MacKerell A.D., Wiorkeiwicz-Kuczera J., Karplus M. An All-Atom Empirical Energy Function for the Simulation of Nucleic Acids // J. Am. Chem. Soc. 1995. V. 117. P. 11 946−11 975.
  56. MacKerrell A.D., Wiorkeiwicz-Kuczera J., Karplus M. All-Atom Empirical Potential for Molecular Modeling and Dynamics Studies of Proteins // J. Phys. Chem. B. 1998. V. 102. P. 3586−3616.
  57. Feller S.E., Yin D., Pastor R.W., MacKerell A.D. Molecular Dynamics Simulation of Unsaturated Lipids at Low Hydration: Parametrization and Comparison with Diffraction Studies // Biophys. J. 1997. V. 73. P. 2269−2279.
  58. Stote R.H., Karplus M. Zinc Binding in Proteins and Solution A Simple but Accurate Nonbonded Representation // Proteins. 1995. V. 23. P. 12−31.
  59. Guidoni L., Torre V., Carloni P. Potassium and Sodium Binding to the Outer Mouth of the K+ channel // Biochemistry. 1999. V. 38. P. 8599−8604.
  60. Allen T.W., Kuyucak S., Chung S.H. Molecular Dynamics Study of the KcsA Potassium Channel // Biophys. J. 1999. V. 77. P. 2502−2516.
  61. Anderson D.G., Shirts R.B., Cross T.A., Busath D.D. Noncontact Dipole Effects on Channel Permeation. V. Computed Potentials for Fluorinated Gramicidin//Biophys. J. 2001. V. 81. P. 1255−1264.
  62. Stillinger F.H., Rahman A. Improved Simulation of Liquid Water by Molecular Dynamics // J. Chem. Phys. 1974. V. 60. P. 1545−1557.
  63. Guardia E., Rey R., Padro J. A. Potential of Mean Force by Constrained Molecular Dynamics: A Sodium Chloride Ion-Pair in Water // Chem. Phys. 1991. V. 155. P. 187−195.
  64. Guardia E., Rey R., Padro J.A. Na±Na+ and Cl'-Cl" Ion Pairs in Water: Mean Force Potentials by Constrained Molecular Dynamics // J. Chem. Phys. 1991. V. 95. P. 2823−2831.
  65. Corry B., Allen T.W., Kuyucak S., Chung S.H. Mechanism of Permeation and Selectivity in Calcium Channels // Biophys. J. 2001. V. 80. P. 195−214.
  66. Braun W. Local Deformation Studies of Chain Molecules: Differential Conditions for Changes of Dihedral Angles // Biopolymers. 1987. V. 26. P. 16 911 704.
  67. Helfand E. Flexible as Rigid Constraints in Statistical Mechanics // J. Chem. Phys. 1979. V. 71. P. 5000−5007.
  68. Van Gunsteren W.F., Berendsen H.J.C. Algorithms for Macromolecular Dynamics and Constraint Dynamics //Mol. Phys. 1977. V. 34. P. 1311−1327.
  69. Van Gunsteren W.F., Karplus M. Effects of Constraints, Solvent and Crystal Environment on Protein Dynamics // Nature. 1981. V. 293. P. 677−678.
  70. Hymphreys D.D., Friesner R.A., Berne B.J. A Multiple-Time-Step Molecular Dynamics Algorithm for Macromolecules // J. Phys. Chem. 1994. V. 98. P. 6885−6892.
  71. Saito M. Molecular Dynamics Simulations of Proteins in Solutions: Artifacts Caused by the Cutoff Approximation // J. Сотр. Chem. 1994. V. 101. P. 4055−4061.
  72. Adcock C., Smith G.R., Sansom M.S.P. Electrostatics and the Ion Selectivity of Ligand-Gated Channels // Biophys. J. 1998. V. 75. P. 1211−1222.
  73. Г. М., Багатурьянц A.A., Абронин И. А. Прикладная квантовая химия. Расчеты реакционной способности и механизмов химических реакций. М.: Химия, 1979. 296 с.
  74. К.Я., Шорыгин П. П. Квантовохимические расчеты в органической химии и молекулярной спектроскопии. М:. Наука, 1989. 104 с.
  75. Dewar M.J.S., Thiel W. Ground states of molecules. 38. The MNDO method. Applications and parameters // J. Am. Chem. Soc. 1977. V. 99. P. 48 994 907.
  76. Dewar M.J.S., Thiel W. Ground states of molecules. 39. MNDO results for molecules containing hydrogen, carbon, nitrogen and oxygen // J. Am. Chem. Soc. 1977. V. 99. P. 4907−4917.
  77. Thiel W., Voityuk A.A. Extension of MNDO to d orbitals: parameters and results for the second-row elements and for zinc group // J. Phys. Chem. 1996. V. 100. P. 616−626.
  78. С. Метод молекулярных орбиталей: пер. с японск. М.: Мир, 1983.461 с.
  79. В.И., Симкин Б. Я., Миняев P.M. Теория строения молекул (электронные оболочки): учебное пособие для университетов. М.: ВШ, 1979. 407 с.
  80. С. Метод молекулярных орбиталей: пер. с японск. М.: Мир, 1983.461 с.
  81. Моу G., Соггу В., Kuyucak S., Chung S.H. Tests of Continuum Theories as Models of Ion Channels. I. Poisson-Boltzmann Theory versus Brownian Dynamics // Biophys. J. 2000. V. 78. P. 2349−2363.
  82. Honig B.H., Hubbell W.L., Flewelling R.F. Electrostatic Interactions in Membranes and Proteins // Ann. Rev. Biophys. and Biophys. Chem. 1986. V. 15. P. 163−193.
  83. Gawrisch K., Ruston D., Zimmerberg J., Parsegain V.A., Rand R.P., Fuller N. Membrane Dipole Potentials, Hydration Forces, and the Ordering of Water at Membrane Surfaces // Biophys. J. 1992. V. 61. P. 1213−1223.
  84. Green W.N., Andersen O.S. Surface Charges and Ion Channel Function //Annu. Rev. Physiol. 1991. V. 53. P. 341−359.
  85. Rostovtseva Т.К., Aguiella V.M., Vodyanoy I., Bezrukov S.M., Parsegian V.A. Membrane Surface-Charge Titration Probed by Gramicidin A Channel Conductance // Biophys. J. 1998. V. 75. P. 1783−1792.
  86. Rokitskaya T.I., Kotova E.A., Antonenko Y.N. Membrane Dipole Potential Modulates Proton Conductance through Gramicidin Channel: Movement of Negative Ionic Defects Inside the Channel // Biophys. J. 2002. V. 82. P. 865−873.
  87. Shapovalov V.L., Kotova E.A., Rokitskaya T.I., Antonenko Y.N. Effect of Gramicidin A on the Dipole Potential of Phospholipid Membranes // Biophys. J. 1999. V. 77. P. 299−305.
  88. Flewelling R.F., Hubbell W.L. The Membrane Dipole Potential in s Total Membrane Potential Model. Application to Hydrophobic Ion Interactions with Membranes //Biophys. J. 1986. V. 49. P. 541−552.
  89. Hauser H., Pascher I., Pearson R.H., Sundell S. Preferred Conformation and Molecular Packing of Phosphatidylethanolamine and Phosphatidylcholine // Biochim. Biophys. Acta. 1981. V. 650. P. 21−51.
  90. Devaux P.F., Seigneuret M. Specificity of Lipid-Protein Interaction as Determined by Spectroscopic Techniques // Biochim. Biophys. Acta. 1985. V. 822. P. 63−125.
  91. Michailova A., McCulloch A. Model Study of ATP and ADP Buffering, Transport of Ca2+ and Mg2+, and Regulation of Ion Pumps in Verticular Myocyte // Biophys. J. 2001. V. 81. P. 614−629.
  92. Syganov A., von Kitzing E. (In)validity of the Constant Field and Constant Currents Assumptions in Theories of Ion Transport // Biophys. J. 1999. V. 76. P. 768−781.
  93. Doyle D.A., Morais C.J., Pfiietzer R.A., Kuo A., Gulbis J.M., Cohen S.L., Chait B.T., MacKinnon R. The structure of the potassium channel: molecular basis of K+ conduction and selectivity // Science. 1998. V. 280. P. 69−77.
  94. Zhou Y., Morais-Cabral J.H., Kaufman A., MacKinnon R. Chemistry of ion coordination and hydration revealed by a K±channel Fab complex at 2.0 angstrom resolution //Nature. 2001. V. 414. P. 43−48.
  95. C.C. Структурная химия. Факты и зависимости. M.: Диалог-МГУ, 2000. 292 с.
  96. М.И., Трифонов Е. Д. Применение теории групп к квантовой механике. М.: Наука, 1967. 400 с.
  97. Г., Орчин М. Симметрия в химии. М.: Мир, 1967. 300 с.
  98. JI.A., Муштакова С. П. Квантовая химия. М.: Гардарики, 1999.390 с.
  99. Н.Ф., Пупышев В. И. Квантовая механика молекул и квантовая химия. М.: МГУ, 1991. 600 с.
  100. А.В., Твердислов В. А. Сравнительный анализ методов расчета потенциала ионных каналов // Биофизика. 2004. Т. 49. С. 506−510.
  101. Laio A., Torre V. Physical Origin of Selectivity in Ionic Channels of Biological Membrane // Biophys. J. 1999. V. 76. P. 129−148.
  102. Eisenberg R.S. Channels as Enzymes // J. Memb. Biol. 1990. V. 115. P.1.12.
  103. A., Kitzing E. (In)validity of the Constant Field and Constant Currents Assumptions in Theories of Ion Transport // Biophys. J. 1999. V. 76. P. 768−771.
  104. A.H., Погребная А. Ф., Романовский Ю. М. Электростатические взаимодействия в каталитических центрах Fl-АТФазы // Биофизика. 2003. Т. 48. С. 1052−1070.
  105. Jiang Y. Crystal Structure and Mechanism of a Calcium-Gated Potassium Channel //Nature. 2002. V. 417. P. 515−520.
  106. Jiang Y. The Open Pore Conformation of Potassium Channel // Nature. 2002. V. 417. P. 523−526.
  107. Jiang Y., Lee A., Chen J., Ruta V., MacKinnon R. X-Ray Structure of a Voltage-Dependent K±Channel //Nature. 2003. V. 423. P. 33−41.
  108. Ruta V., Jiang Y., Lee A., Chen Y., MacKinnon R. Functional Analysis of an Archaebacterial Voltage-Dependent K±Channel // Nature. 2003. V. 422. P. 180−185.
  109. Tempel B.L., Paparazian D.M., Schwarz T.L., Jan L.Y., Jan Y.N. Sequence of a Probable Potassium Channel Component Encoded at Shaker locus of Drosophila // Science. 1987. V. 237. P. 770−775.
  110. A.B., Твердислов В. А. О возможности существования и структурных особенностях зеркального антипода природной клетки // Препринт Физ. ф-та МГУ им. М. В. Ломоносова. 50 с.
  111. Weiss M.S., Wacker Т., Weckesser J., Welte W., Schulz G.E. The Three-Dimensional Structure of Porin from Rhodobacter capsulatus at ЗА Resolution // FEBS Letters. 1990. V. 267. P. 268−272.
  112. Weiss M.S., Abele U., Weckesser J., Welte W., Schulz G.E. Molecular Architecture and Electrostatic Properties of a Bacterial Porin // Science. 1991. V. 254. P. 1627−1630.
  113. Cowan S.W., Schirmer Т., Rummel G., Steiert M., Ghosh R., Pauptit R.A., Rosenbusch J.P. Crystal Structure Explain Functional Properties of Two E. Coli Porins //Nature. 1992. V. 358. P. 727−733.
  114. Schulz G.E. Bacterial Porins: Structure and Function // Current Opinion in Cell Biology. 1993. V. 5. P. 701−707.
  115. Ashkroft F.M. Ion Channels and Disease. San Diego: Academic Press, 2000. 293 c.
  116. Д.М., Шилдс Д. Молекулярная биология клетки. Руководство для врачей. М.: БИНОМ-Пресс, 2003. 272 с.
  117. В.Г. Исследования структурного состояния воды в мало-нил-бисдезформилграмицидиновом канале методом Монте-Карло // Биологические мембраны. 1986. Т. 3. С. 1062−1072.
  118. Heinemann S.H., Terlau Н., Stuhmer W., Imoto К., Numa S. Calcium Channel Characteristics Conferred on the Sodium Channel by Single Mutations // Nature. 1992. V. 356. P. 441−443.
  119. Bertrand D., Galzi J.L., Hussy N. Mutations in the Channel Domain of a Neuronal Nicotinic Receptor Convert Ion Selectivity from Cationic to Anionic // Nature. 1992. V. 359. P. 500−505.
  120. Balbuena P.B., Seminario J.M. Molecular Dynamics. V. 7. USA: Elsevier, 1999. 970 p.
  121. Wallace B.A. Gramicidin Channels and Pores // Annual Review of Biophysics. 1990. V. 19. P. 127−157.
  122. Busath D.D. The Use of Physical Methods in Determining Gramicidin Channel Structure and Function // Annual Review of Physiology. 1993. V. 55. P. 473−501.
  123. A.S., Barsukov I.L., Bystrov V.F., Lomize A.L., Ovchinnikov Y.A. 'H-NMR Study of Gramicidin A Transmembrane Ion Channel // FEBS Letters. 1985. V. 186. P. 168−174.
  124. O’Connel A.M., Koeppe R.E., Andersen O.S. Kinetics of Gramicidin Channel Formation in Lipid Bilayers: Transmembrane Monomer Association // Proceeding of the National Academy of Sciences USA. 1990. V. 91. P. 1495−1499.
  125. A.C. Биосинтез белков, мир РЕПС и происхождение жизни //ВестникРАН. 2001. Т. 71. С. 320−328.
  126. Рис Э., Стернберг М. Введение в молекулярную биологию: от клеток к атомам. М.: Мир, 2002. 350 с.
  127. Компьютеры и суперкомпьютеры в биологии / Под ред. В.Д. Jlax-но и М. Н. Устинина. Москва-Ижевск: Институт компьютерных исследований, 2002. 500 с.
  128. Hindley J. DNA Sequencing. V. 10. USA: Elsevier, 1983. 384 p.
  129. Sigworth F.J. Voltage Gating of Ion Channels // Q. Review of Biophysics. 1994. V. 27. P. 1−40.
Заполнить форму текущей работой

Сессия? Спокойно!