Подано огляд основних результатів в області молекулярної біофізики, що були одержані у відділі біофізики Інституту радіофізики та електроніки ім. О. Я. Усикова НАН України. Головним напрямком досліджень відділу в цій області є вивчення фізичних принципів побудови та властивостей надважливих макромолекул бiологiчного походження - білків та нуклеїнових кислот, насамперед, ДНК. Ці дослідження включають: проблему зв'язку структури макромолекул з їх спектральними властивостями; проблему стабільності біополімерів у водному оточенні та пов'язану з нею проблему гідратації біомолекул за різних зовнішних умов, в тому числі, за взаємодії бiооб'єктів з електромагнітним випромінюванням міліметрового та сантиметрового дiапазонiв довжин хвиль; проблему з'ясування молекулярних механізмів впливу іонізуючої радіації на біосистеми; проблему взаємодії ДНК з низькомолекулярними біологічно активними речовинами.

Представлен обзор основных результатов в области молекулярной биофизики, полученных в отделе биофизики Института радиофизики и электроники им. А. Я. Усикова НАН Украины. Главным направлением исследований отдела в этой области является изучение физических принципов построения и особенностей важнейших макромолекул биологического происхождения - белков и нуклеиновых кислот, прежде всего, ДНК. Эти исследования включают: проблему связи структуры макромолекул с их спектральными свойствами; проблему стабильности биополимеров в водном окружении и связанную с ней проблему гидратации биополимеров при различных внешних условиях, в том числе при взаимодействии биообъектов с электромагнитными излучениями миллиметрового и сантиметрового диапазонов длин волн; проблему выяснения молекулярных механизмов влияния ионизирующей радиации на биосистемы; проблему взаимодействия ДНК с низкомолекулярными биологически активными веществами.

The review is presented for the main results in molecular biophysics which were obtained in Biophysics Department O. Ya. Usikov's Institute for Radiophysics and Electronics of the NAS Ukraine. The main trend of investigations in this Department are focused at studying physical principles of the construction and properties of the most important biological macromolecules - proteins and nucleic acids, first of all, DNA. These researches include (1) the problem of relation of macromolecule structures with their spectral properties, (2) the problem of stability of biopolymers in a water environment and related problem of the biomolecule hydration under various external conditions, including an interaction of bioobjects with electromagnetic radiation of millimeter and centimeter ranges of waves (3) the problem of elucidating molecular mechanisms of the effect of ionizing radiation on biosystems; 4) the problem of interaction of DNA with low molecular biologically active substances.

Індекс рубрикатора НБУВ: Е0*725.112.711в647.1

Рубрики:

Загальна біологія

Шифр НБУВ: Ж29137 Пошук видання у каталогах НБУВ 

Ключ. слова: молекулярный докинг, метод Монте Карло, двуспиральная полирибоцитидиловая кислота, производная актиноцина
Індекс рубрикатора НБУВ: Е0*725.1в647.1

Рубрики:

Загальна біологія

Шифр НБУВ: Ж29137 Пошук видання у каталогах НБУВ 

Індекс рубрикатора НБУВ: Е0*725.112.711в73

Рубрики:

Загальна біологія

Шифр НБУВ: Ж29137 Пошук видання у каталогах НБУВ 

Представлена разработанная математическая модель нерегулярной сети элементарных импедансов в применении к изучению электрических свойств молекулы белка в составе двухтерминального устройства. Модель использована, в частности, для прогнозирования действия электронного нанобиосенсора, основанного на белке типа GPCR. Молекула белка моделируется как сложная сеть элементарных импедансов, вершины (узлы) которой соответствуют атомам альфа-углерода составляющих аминокислотных остатков, а ребра (связи) отражают некоторое электрическое взаимодействие между ними. Ребра соединяют каждую пару аминокислот, расположенных достаточно близко в пространстве друг от друга, и каждому ребру ставится в соответствие элементарный импеданс. Значение импеданса может зависеть от свойств соответствующей ему пары аминокислот и расстояния между ними. Соответственно, структурные изменения молекулы белка-рецептора преобразуются в изменение его электрических свойств. Рассчитано изменение импеданса молекулы родопсина при захвате фотона. Рассмотрены результаты для разного значения параметров модели.

Розроблений метод нерегулярної сітки імпедансів застосовано для дослідження електричних флуктуацій білкової молекули, розміщеної між омічними контактами. Розрахунки проведено для молекули коров'ячого родопсину, а як джерело флуктуацій прийнято випадкові осциляції відстаней між амінокислотами (модель зв'язків, що осцилюють) чи, як альтернативу, випадкові осциляції положення амінокислот в околі фіксованих точок (модель вузлів, що осцилюють). Розраховано середній імпеданс сітки та його дисперсію як функції амплітуди флуктуацій. Результат розрахунків для двох моделей порівняно між собою. Виявлено універсальний закон залежності дисперсії від амплітуди коливань.

Індекс рубрикатора НБУВ: Е0*725.112.1 в661.2

Рубрики:

Загальна біологія

Шифр НБУВ: Ж29137 Пошук видання у каталогах НБУВ 

Расшифровка молекулярных механизмов узнавания белками конкретных последовательностей ДНК - одна из основных задач современной биологии. Рассмотрены результаты статистического анализа структурных баз данных, полученных различными исследователями при изучении конформационных особенностей фрагментов свободной ДНК и ДНК в комплексах с белками, которые могут быть полезными при выяснении механизмов белково-нуклеинового узнавания. Анализ литературных данных позволил сделать следующие обобщения. Способность двойной спирали ДНК принимать альтернативные конформации, в том числе сахарофосфатным остовом, является "внутренним" свойством, присущим определенным последовательностям ДНК. Такие конформационные перестройки могут служить потенциальными источниками проявления уникальных особенностей геометрии различных динуклеотидных шагов и/или отдельных нуклеотидов и нарушать стэкинг оснований и/или изменять площадь доступной поверхности атомов и быть критериями для узнавания участка ДНК белком. Изменения физических свойств, зависящих от структуры ДНК, таких как полярно-неполярный профиль и электростатический потенциал желобков, также могут использоваться белками для узнавания конкретного сайта ДНК.

Белково-нуклеиновое узнавание - важный аспект регуляции экспрессии генов, репликации ДНК и ее компактизации. Результаты изучения механизмов узнавания показывают, что последовательность нуклеотидов ДНК считывается регуляторными белками и позволяет им селективно связываться с конкретными участками ДНК. Рассмотрены процессы, происходящие при специфичном и неспецифичном комплексообразовании белков и ДНК. Основное внимание уделено прямому и непрямому механизмам сиквенс-специфичного узнавания. Приведены примеры комплексов, иллюстрирующие многообразие способов белково-нуклеинового узнавания.

Методом Монте Карло проведено компьютерное моделирование взаимодействия фрагментов ДНК и производного актиноцина (ActII) с учетом водного окружения. Получены низкоэнергетические молекулярные структуры, соответствующие наиболее вероятным типам взаимодействия - связыванию ActII в малом желобке и интеркаляции ActII в GC-сайт с разной стехиометрией комплексов. Показано, что стабильность комплексов обусловлена Ван-дер-Ваальсовыми и электростатическими взаимодействиями, а также взаимодействием с водным окружением, молекулы которого вносят дополнительную стабилизацию за счет образования мостиков между донорско-акцепторными группами фрагментов ДНК и лигандов. Определены возможные размеры мест связывания ActII в малом желобке ДНК, составляющие 3 - 4 пары нуклеотидов (п. н.) на молекулу лиганда (МЛ). При интеркаляции молекул ActII в GC-сайт размеры мест связывания очевидно больше 4 п. н. на МЛ. Полученные результаты согласуются с данными экспериментальных исследований.

Для изучения взаимодействия ДНК и хлорофиллина (ХЛН) в диапазоне крайне высоких частот измерена комплексная диэлектрическая проницаемость растворов хлорофиллина и комплекса ДНК-хлорофиллин. Это позволило определить степень гидратации и вероятные гидратно-активные центры ХЛН. Обнаружено, что комплексообразование сопровождается изменением диэлектрических свойств раствора нуклеиновой кислоты. Показано, что эти изменения обусловлены уменьшением количества связанной воды на поверхности нуклеиновой кислоты и лиганда. Сделан вывод, что комплекс ДНК - ХЛН характеризуется достаточно сильным связыванием нуклеиновой кислоты с хлорофиллином.