Министерство образования Республики Беларусь

Учреждение образования

«Международный государственный экологический университет

имени А.Д. Сахарова»

Факультет экологической медицины

Кафедра биохимии и биофизики

Молекулярный докинг Ар₄A в тетрамеры гемоглобина человека в Т- и R-состояниях

Курсовая работа студентки III курса

Махитко Ольги Геннадьевны

____________О. Г. Махитко

«Допустить к защите» Зав. кафедрой биохимии и биофизики, к.б.н., доцент                  ______________С.Б. Бокуть «____»________________2011 г.

Научный руководитель к.б.н., доцент ______________ С.Б. Бокуть

Минск 2011

Реферат

Курсовая работа 30 страниц, 17 рисунков, 1 таблица, 26 источников.

ДЕЗОКСИГЕМОГЛОБИН, ОКСИГЕМОГЛОБИН, МОЛЕКУЛЯРНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ, диаденозин-5′,5′′′-Р¹,Р⁴-тетрафосфат, молекулярный ДОКИНГ, GRAMM, NETSCAPE COMMUNICATOR

Цель работы − методом молекулярного докинга охарактеризовать структуру и параметры комплексов диаденозин-5′,5′′′-Р¹,Р⁴-тетрафосфата с дезокси- и оксигемоглобином человека.

Рассмотрены различные модели взаимодействия гемоглобина в его окси- и дезоксисостояниях с диаденозин-5′,5′′′-Р¹,Р⁴-тетрафосфатом. Показано, что Ар₄А взаимодействует в DPG связующем сайте центральной полости гемоглобина человека как в T-, так и R-состояниях. Обнаружены дополнительные сайты связывания «алармона» относящиеся к неспецифическим поверхностным областям тетрамеров гемоглобина.

Abstract

Graduate work 30 pages, 17 figure, 1 tables, 26 references.

DEOXYHEMOGLOBIN, OXYHEMOGLOBIN, MOLECULAR MODELLING, DIADENOSINE-5′,5′′′-Р¹,Р⁴-TETRAPHOSPHATE, DOCKING, GRAMM, NETSCAPE COMMUNICATOR

The purpose of the work is to characterize the structure and the parameters of the complexes diadenozin-5 ', 5'''-P¹, P⁴-tetraphosphate with human's deoxy- and oxyhemoglobin by the method of molecular docking.

There are different models of interaction hemoglobin in it's oxy-and dezoksiconditions with diadenozin-5 ', 5'''-P1, P4-tetraphosphate. It is shown that Ap₄A interacts in DPG site of the central cavity of human hemoglobin in T-, and R-states. Additional binding sites of "alarmon" relating to non-specific surface areas of the hemoglobin tetramer were found out.

Рэферат

Курсавая работа 30 старонак, 17 малюнкаў, 1 таблiца, 26 крынiц.

ОКСIГЕМАГЛАБIН, ДЭЗОКСIГЕМАГЛАБIН, МАЛЕКУЛЯРНАЕ МАДЭЛIРАВАННЕ, ДЗIАДЭНАЗIН-5 ', 5'''-Р¹, Р⁴-ТЭТРАФАСФАТ, ДОКIНГ, GRAMM, NETSCAPE COMMUNICATOR

Мэта работы − метадам малекулярнага докiнга ахарактарызаваць структуру і параметры комплексаў дзiадэназiн-5 ', 5'''-Р¹, Р⁴-тэтрафосфата з дэзоксi- і оксiгемаглабiнам чалавека.

Разгледжаны розныя мадэлi ўзаемадзеяння гемаглабiна у яго оксi- і дезоксiстанах з дзiадэназiн-5 ', 5'''-Р¹, Р⁴-тэтрафасфатам. Паказана, што Ар₄А узаемадзейнічае ў DPG злучным сайце цэнтральнай поласці гемаглабіну чалавека як у T-, так і R-станах. Выяўлены дадатковыя сайты ўзаемадзеяння «алармону», якія адносяцца да неспецыфічных павярхоўных абласцей тетрамераў гемаглабіну.

Список использованных сокращений

Ар4А	−	диаденозин-5′,5′′′-Р1,Р4-тетрафосфат
Hb	−	гемоглобин
НbA	−	гемоглобин взрослого человека
тРНК	−	транспортная рибонуклеиновая кислота
АТР	−	аденозинтрифосфат
ДНК	−	дезоксирибонуклеиновая кислота
ОФ	−	оценочная функция
Gramm	−	программа для докинга белка
PDB	−	база данных 3-D структур крупных биологических молекул, таких, как белки и нуклеиновые кислоты
DPG	−	2,3-дифосфоглицерат

Содержание

	Введение		7
1.	Взаимодействие тетрамеров гемоглобина с отрицательно заряженными эффекторами: молекулярный докинг (аналитический обзор)		9
1.1.	Структура гемоглобина		9
1.1.1.	R↔T-переходы гемоглобина в реакциях оксигенации/дезоксигенации		11
1.2.	Физиологические и биохимические функции диаденозин-5′,5′′′-Р1,Р4-тетрафосфата		12
1.3.	Молекулярный докинг		14
2.	Материалы и методы		16
2.1.	Моделирование в программе GRAMM		16
2.2.	Визуализация и преобразование координат		17
3.	Результаты и обсуждение		18
3.1.	Базовые операции, проводимые в программе GRAMM		18
3.2.	Моделирование взаимодействия Ар4А с дезоксигемоглобином в GRAMM		21
3.3.	Моделирование взаимодействия Ар4А с оксигемоглобином в GRAMM		25
	Заключение		28
	Список литературы		29

Введение

В настоящее время методы компьютерного молекулярного моделирования становятся неотъемлемой частью фундаментальных исследований, направленных на изучение молекулярных механизмов функционирования белков, а также используются в целях создания новых лекарственных соединений. В разработке лекарственных средств используют алгоритмы компьютерных моделей межмолекулярных комплексов биологически значимых белков-рецепторов с низкомолекулярными соединениями, являющимися лигандами этих рецепторных белков. Такие взаимодействия белок–лиганд лежат в основе большинства биохимических процессов, отвечающих за передачу сигналов, межклеточное распознавание, рецепцию и многих других. Метод молекулярного моделирования, целью которого является поиск наиболее достоверной конформации лиганда и его ориентации в центре связывания белка-мишени, называется молекулярным докингом. Молекулярный докинг позволяет предсказывать пространственную организацию комплекса рецептор–лиганд с учетом свободной энергии его образования, исходя из химической структуры лиганда и данных о пространственной структуре рецептора, полученной методом рентгеноструктурного анализа с высоким разрешением, например, в несколько ангстрем.

Диаденозин-5′,5′′′-Р¹,Р⁴-тетрафосфат (Ар₄А) относящийся к группе диаденозин-полифосфатов (Ар_nА, где n = 2-6), представляет собой широко распространенное у про- и эукариот соединение нуклеиновой природы, построенное из двух остатков аденозина соединенных между собой тетрафосфатным мостиком. Ар₄А принимает участие в процессах восстановления, коррекции, защиты функционального состояния целого организма, отдельных его органов, структур и макромолекул. Так Ар₄А обеспечивает нормализацию (коррекцию) нарушенных функций при гипертензии, ишемической болезни, диабете, глаукоме, болезни Паркинсона и других видах патологии . В связи с таким широким спектром активностей, проявляемых Ар₄А, открываются перспективы использования этого соединения и его аналогов в качестве химико-терапевтических средств.

Поиск плазматических рецепторов алармонов позволил установить, что Ар₄А способен связываться с тетрамерами гемоглобина человека в его низкоаффинном Т-состоянии. При этом в присутствии Ар₄А кривая оксигенации гемоглобина сдвигается вправо, указывая тем самым, на стабилизацию гемопротеида в Т-конформации и потенциальную возможность этой сигнальной молекулы выступать в роли аллостерического регулятора транспортной функции белка. Однако, несмотря на предполагаемую возможность образования комплекса Ар₄А с дезоксигемоглобином, локализация сайтов связывания алармона в тетрамерах гемопротеида до конца не установлена. Также нельзя исключить возможность связывания этого соединения с гемоглобином человека в оксигенированном R-состоянии, как это было показано в случае естественных гетеротропных аллостерических эффекторов – 2,3-DPG и IHP. В настоящей работе сделана попытка методом молекулярного моделирования с использованием программного обеспечения Gramm охарактеризовать сайты связывания Ар₄А в тетрамерах гемоглобина человека в низкоаффинном Т- и высокоаффинном R-состояниях.