Турбулентность в динамике укладки белков

14 Апреля 2015

11:00

Телемост ЦАГИ-ИТПМ СО РАН-СПбГПУ-НИИМ МГУ

Оnline-трансляция из ИТПМ СО РАН

ЦАГИ, корп. № 8, конференц-зал

Докладчик: Чекмарев Сергей Федорович (ИТ СО РАН и НГУ) , chekmarev@itp.nsc.ru

Тезисы доклада "Турбулентность в динамике укладки белков"

На выходе из рибосомы, где белок синтезируется, он представляет собой развернутую цепочку аминокислотных остатков. После чего белок укладывается в компактную функциональную 3D структуру, называемую нативной. В процессе укладки белок проходит через множество различных конформаций. Зная локальные потоки переходов между конформациями, процесс укладки можно представить как стационарный поток «жидкости укладки» из исходного состояния белка в нативное; роль плотности «жидкости» играет вероятность пребывания белка в текущей конформации. Существует потенциал движущих сил потоков укладки. В соответствии с теоремой разложения Гельмгольца он имеет две компоненты — для безвихревого и соленоидального полей; первая отвечает за источник (развернутые состояния) и сток (нативные состояния) потоков укладки, а вторая описывает завихренность потока и обеспечивает его канализацию между источником и стоком.

В данной работе, применяя метод молекулярной динамики, исследована динамика укладки одного из амилоидогенных белков — SH3 домена — и обнаружено, что при определенных условиях процесс укладки обладает многими свойствами турбулентных потоков жидкости: наблюдаются интенсивные вихри потоков, существуют аттракторы траекторий укладки с фрактальной размерностью, структурные функции потоков первого и второго порядков хорошо согласуются с колмогоровскими фунциями, причем присутствуют прямой (сворачивание белка) и обратный (разворачивание) каскады конформационных превращений белка. Существенно, что все это происходит не в физическом пространстве, а в пространстве коллективных переменных, которые описывают конформации белка в виде числа контактов между аминокислотными остатками (так что соображения подобия на основе размерностей здесь неприменимы). Это подтверждает (наряду, например, с турбулентностью рынков), что турбулентность представляет собой гораздо более общее явление, чем гидродинамическая турбулентность.

В докладе будет дано краткое введение в физику укладки белков, сведения о современном уровне моделирования и экспериментального исследования процессов укладки, изложен гидродинамический подход к анализу процессов укладки и представлены результаты исследования явлений турбулентности при укладке SH3 домена.