Статистические потенциалы атомарной гидратации биополимеров тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 03.00.03, кандидат биологических наук Рахманов, Сергей Викторович

  • Рахманов, Сергей Викторович
  • кандидат биологических науккандидат биологических наук
  • 2008, Москва
  • Специальность ВАК РФ03.00.03
  • Количество страниц 91
Рахманов, Сергей Викторович. Статистические потенциалы атомарной гидратации биополимеров: дис. кандидат биологических наук: 03.00.03 - Молекулярная биология. Москва. 2008. 91 с.

Оглавление диссертации кандидат биологических наук Рахманов, Сергей Викторович

Оглавление.

Общие сведения о работе. Актуальность темы исследования

Цель и задачи исследования

Научная новизна и практическое значение работы

Апробация работы.

Рекомендованный список диссертаций по специальности «Молекулярная биология», 03.00.03 шифр ВАК

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Статистические потенциалы атомарной гидратации биополимеров»

Глава I. Обзор и анализ литературных источников по теме исследования.

1.1. Принципы построения статистических потенциалов 13

1.2. Значение исследования гидратационных взаимодействий для моделирования укладки белковой молекулы и межмолекулярных взаимодействий биополимеров 22

Результаты и обсуждение. 24

Похожие диссертационные работы по специальности «Молекулярная биология», 03.00.03 шифр ВАК

Заключение диссертации по теме «Молекулярная биология», Рахманов, Сергей Викторович

Выводы

1. Разработан программный комплекс для анализа водной сольватации биологических макромолекул на основе вычисления свободной энергии атомарной гидратации.

2. Разработан метод стохастического моделирования для построения состояния невзаимодействующих атомов при определении статистических потенциалов межатомного взаимодействия.

3. При помощи нового метода получены потенциалы атомной гидратации белковых макромолекул, обладающие высокой разрешающей способностью и широким контактным диапазоном.

4. Продемонстрирована возможность использования потенциалов гидратации для предсказания расположения связанной воды в белках.

5. Продемонстрирована эффективность использования полученных потенциалов для распознавания нативной укладки белка среди набора альтернативных конформаций.

Список литературы диссертационного исследования кандидат биологических наук Рахманов, Сергей Викторович, 2008 год

1. Badger, J. and D. L. Caspar (1991). "Water structure in cubic insulin crystals." Proc Natl Acad Sci U S A 88(2): 622-6.

2. Badger, J., A. Kapulsky, et al. (1995). "Neutron diffraction analysis of the solvent accessible volume in cubic insulin crystals." Nat Struct Biol 2(1): 77-80.

3. Ben-Nairn, A. (1997). "Statistical potentials extracted from protein structures: Are these meaningful potentials?" The Journal of Chemical Physics 107: 3698-3706.

4. Buchete, N. V., J. E. Straub, et al. (2004). "Orientational potentials extracted from protein structures improve native fold recognition." Protein Sci 13(4): 862-74.

5. Burling, F. Т., W. I. Weis, et al. (1996). "Direct observation of protein solvation and discrete disorder with experimental crystallographic phases." Science 271(5245): 72-7.

6. Chan, H. S. and K. A. Dill (1990). "Origins of structure in globular proteins." Proc Natl Acad Sci U S A 87(16): 6388-92.

7. Chaplin, M. (2006). Water structure and behavior http:/Avww. lsbu.ac.uk/water/index.htmll.

8. Dinner, A. R., A. Sali, et al. (2000). "Understanding protein folding via free-energy surfaces from theory and experiment." Trends Biochem Sci 25(7): 331-9.

9. Dong, Q., X. Wang, et al. (2006). "Novel knowledge-based mean force potential at the profile level." BMC Bioinformatics 7: 324.

10. Doye, J. P. and D. J. Wales (2001). "Polytetrahedral clusters." Phys Rev Lett 86(25): 5719-22.

11. Eisenberg, D. and A. D. McLachlan (1986). "Solvation energy in protein folding and binding." Nature 319(6050): 199-203.

12. Ernst, J. A., R. T. Clubb, et al. (1995). "Demonstration of positionally disordered water within a protein hydrophobic cavity by NMR." Science 267(5205): 1813-7.

13. Finer-Moore, J. S., A. A. Kossiakoff, et al. (1992). "Solvent structure in crystals of trypsin determined by X-ray and neutron diffraction." Proteins 12(3): 203-22.

14. Finkelstein, A. V., A. Badretdinov, et al. (1995). "Why do protein architectures have Boltzmann-like statistics?" Proteins 23(2): 142-50.

15. Finkelstein, A. V., A. M. Gutin, et al. (1995). "Perfect temperature for protein structure prediction and folding." Proteins 23(2): 151-62.

16. Finkelstein, A. V. and O. Ptitsyn (2002). Protein Physics: A Course of Lectures (Soft Condensed Matter, Complex Fluids and Biomaterials). London, San Diego, Academic Press.

17. Fleming, P. J., N. C. Fitzkee, et al. (2005). "A novel method reveals that solvent water favors polyproline II over beta-strand conformation: conditional hydrophobic accessible surface area (CHASA)." Protein Sci 14(1): 111-8.

18. Garcia-Sosa, A. T. and R. L. Mancera (2006). "The effect of a tightly bound water molecule on scaffold diversity in the computer-aided de novo ligand design of CDK2 inhibitors." J Mol Model (Online) 12(4): 422-31.

19. Garczarek, F. and K. Gerwert (2006). "Functional waters in intraprotein proton transfer monitored by FTIR difference spectroscopy." Nature 439(7072): 109-12.

20. Gelpi, J. L., S. G. Kalko, et al. (2001). "Classical molecular interaction potentials in molecular dynamics simulations of proteins." Proteins 45(4): 428-37.

21. Gerstein, M. and C. Chothia (1996). "Packing at the protein-water interface." Proc Natl Acad Sci US А 93П9): 10167-72.

22. Godzik, A. (1996). "Knowledge-based potentials for protein folding: what can we learn from known protein structures?" Structure 4(4): 363-6.

23. Halle, B. (2004). "Protein hydration dynamics in solution: a critical survey." Philos Trans R Soc Lond В Biol Sci 359(1448): 1207-23; discussion 1223-4, 1323-8.

24. Halle, B. and M. Davidovic (2003). "Biomolecular hydration: from water dynamics to hydrodynamics." Proc Natl Acad Sci U S A 100(21): 12135-40.

25. Harano, Y. and M. Kinoshita (2005). "Translational-entropy gain of solvent upon protein folding." Biophys J 89(4): 2701-10.

26. Head-Gordon, T. and G. Hura (2002). "Water structure from scattering experiments and simulation." Chem Rev 102(8): 2651-70.

27. Henchman, R. H. and J. A. McCammon (2002). "Extracting hydration sites around proteins from explicit water simulations." J Comput Chem 23(9): 861-9.

28. Hobohm, U. and C. Sander (1994). "Enlarged representative set of protein structures." Protein Sci 3(3): 522-4.

29. Holm, L. and C. Sander (1992). "Evaluation of protein models by atomic solvation preference." J Mol Biol 225(1): 93-105.

30. Jaramillo, A. and S. J. Wodak (2005). "Computational protein design is a challenge for implicit solvation models." Biophys J 88(1): 156-71.

31. Jayaram, B. and T. Jain (2004). "The role of water in protein-DNA recognition." Annu Rev Biophys Biomol Struct 33: 343-61.

32. Kihara, D. and J. Skolnick (2003). "The PDB is a covering set of small protein structures." J Mol Biol 334(4): 793-802.

33. Koppensteiner, W. A. and M. J. Sippl (1998). "Knowledge-based potentials—back to the roots." Biochemistry (Mosc) 63(3): 247-52.

34. Lazaridis, T. and M. Karplus (1999). "Discrimination of the native from misfolded protein models with an energy function including implicit solvation." J Mol Biol 288(3): 477-87.

35. Li, X. and J. Liang (2006). Knowledge-based energy functions for computational studies of proteins. Computational Methods for Protein Structure Prediction and Modeling;. Y. Xu, D. Xu and J. Liang, Springer-Verlag.

36. Liang, X. L. a. J. (2006). Knowledge-based energy functions for computational studies of proteins. Springer.

37. Makarov, V., В. M. Pettitt, et al. (2002). "Solvation and hydration of proteins and nucleic acids: a theoretical view of simulation and experiment." Acc Chem Res 35(6): 376-84.

38. Makarov, V. А., В. K. Andrews, et al. (1998). "Reconstructing the protein-water interface." Biopolymers 45(7): 469-78.

39. Makarov, V. А., В. K. Andrews, et al. (2000). "Residence times of water molecules in the hydration sites of myoglobin." Biophys J 79(6): 2966-74.

40. Makarov, V. A., M. Feig, et al. (1998). "Diffusion of solvent around biomolecular solutes: a molecular dynamics simulation study." Biophys J 75(1): 150-8.

41. Marrone, T. J., H. Resat, et al. (1998). "Solvation studies of DMP323 and A76928 bound to HIV protease: analysis of water sites using grand canonical Monte Carlo simulations." Protein Sci 7(3): 573-9.

42. McGreevy, R. L., Pusztai, L. (1988). "Reverse Monte Carlo simulation: a new technique for the determination of disordered structures." Molec. Simul. 1: 359- 367.

43. Miyazawa, S. and R. L. Jernigan (1985). "Estimation of effective interresidue contact energies from protein crystal structures: quasi-chemical approximation." Macromolecules 18: 534-552.

44. Miyazawa, S. and R. L. Jernigan (1996). "Residue-residue potentials with a favorable contact pair term and an unfavorable high packing density term, for simulation and threading." J Mol Biol 256(3): 623-44.

45. Miyazawa, S. and R. L. Jernigan (1999). "Self-consistent estimation of inter-residue protein contact energies based on an equilibrium mixture approximation of residues." Proteins 34(1): 49-68.

46. Papoian, G. A., J. Ulander, et al. (2004). "Water in protein structure prediction." Proc Natl Acad Sci U S A 101(10): 3352-7.

47. Pettitt, В. M., V. A. Makarov, et al. (1998). "Protein hydration density: theory, simulations and crystallography." Curr Opin Struct Biol 8(2): 218-21.

48. Pierce, N. A. and E. Winfree (2002). "Protein design is NP-hard." Protein Erig 15(10): 779-82.

49. Pujadas, G. and J. Palau (2001). "Molecular mimicry of substrate oxygen atoms by water molecules in the beta-amylase active site." Protein Sci 10(8): 1645-57.

50. Rahmanov S.V., M. V. J. (2006). "Atomic hydration potentials using Monte Carlo reference state advance protein solvation modeling." FEBS Journal 273(sl): 62.

51. Rakhmanov, S. V. and V. J. Makeev (2007). "Atomic hydration potentials using a Monte Carlo Reference State (MCRS) for protein solvation modeling." BMC Struct Biol 7: 19.

52. Raymer, M. L., P. C. Sanschagrin, et al. (1997). "Predicting conserved water-mediated and polar ligand interactions in proteins using a K-nearest-neighbors genetic algorithm." J Mol Biol 265(4): 445-64.

53. Robinson, G. W. and С. H. Cho (1999). "Role of hydration water in protein unfolding." Biophys J 77(6): 3311-8.

54. Russ, W. P. and R. Ranganathan (2002). "Knowledge-based potential functions in protein design." Curr Opin Struct Biol 12(4): 447-52.

55. Samudrala, R. and M. Levitt (2000). "Decoys 'R' Us: a database of incorrect conformations to improve protein structure prediction." Protein Sci 9(7): 1399-401.

56. Samudrala, R. and J. Moult (1998). "An all-atom distance-dependent conditional probability discriminatory function." J Mol Biol 275(5): 895-916.

57. Schiffer, C. A. and W. F. van Gunsteren (1999). "Accessibility and order of water sites in and around proteins: A crystallographic time-averaging study." Proteins 36(4): 501-11.

58. Schneider, В. and H. M. Berman (1995). "Hydration of the DNA bases is local." Biophys J 69(6): 2661-9.

59. Shen, M. Y. and A. Sali (2006). "Statistical potential for assessment and prediction of protein structures." Protein Sci 15(11): 2507-24.

60. Shimada, J. and E. I. Shakhnovich (2002). "The ensemble folding kinetics of protein G from an all-atom Monte Carlo simulation." Proc Natl Acad Sci U S A 99(17): 11175-80.

61. Sippl, M. J. (1990). "Calculation of conformational ensembles from potentials of mean force. An approach to the knowledge-based prediction of local structures in globular proteins." J Mol Biol 213(4): 859-83.

62. Skolnick, J., A. Kolinski, et al. (2000). "Derivation of protein-specific pair potentials based on weak sequence fragment similarity." Proteins 38(1): 3-16.

63. Tan, M. L., L. Lucan, et al. (2006). "Study of multipole contributions to the structure of water around ions in solution using the soft sticky dipole-quadrupole-octupole (SSDQO) model of water." J Chem Phys 124(17): 174505.

64. Tanaka, S. and H. A. Scheraga (1975). "Model of protein folding: short-, medium-, and long-range interactions." Proc Natl Acad Sci U S A 72(10): 3802-6.

65. Tanaka, S. and H. A. Scheraga (1976). "Medium- and long-range interaction parameters between amino acids for predicting three-dimensional structures of proteins." Macromolecules 9(6): 945-50.

66. Teeter, M. M. (1984). "Water structure of a hydrophobic protein at atomic resolution: Pentagon rings of water molecules in crystals of crambin." Proc Natl Acad Sci U S A 81 (19): 6014-6018.

67. Thanki, N., Y. Umrania, et al. (1991). "Analysis of protein main-chain solvation as a function of secondary structure." J Mol Biol 221(2): 669-91.

68. Thomas, P. D. and K. A. Dill (1996). "Statistical potentials extracted from protein structures: how accurate are they?" J Mol Biol 257(2): 457-69.

69. Tsai, J., R. Bonneau, et al. (2003). "An improved protein decoy set for testing energy functions for protein structure prediction." Proteins 53(1): 76-87.

70. Wang, J. Y., H. M. Lee, et al. (2005). "Prediction and evolutionary information analysis of protein solvent accessibility." Proteins 61(3): 481-91.

71. Watterson, J. G. (1988). "The role of water in cell architecture." Mol Cell Biochem 79(2): 101-5.

72. Wlodawer, A., J. Deisenhofer, et al. (1987). "Comparison of two highly refined structures of bovine pancreatic trypsin inhibitor." J Mol Biol 193(1): 145-56.

73. Yu, В., M. Blaber, et al. (1999). "Disordered water within a hydrophobic protein cavity visualized by x-ray crystallography." Proc Natl Acad Sci U S A 96(1): 103-8.

74. Zegers, I., D. Maes, et al. (1994). "The structures of RNase A complexed with 3'-CMP and d(CpA): active site conformation and conserved water molecules." Protein Sci 3(12): 2322-39.

75. Zhou, H. and Y. Zhou (2002). "Distance-scaled, finite ideal-gas reference state improves structure-derived potentials of mean force for structure selection and stability prediction." Protein Sci 11(11): 2714-26.

76. Волькепштейн, M. B. (1966). Молекулы и жизнь. Москва, Наука.

77. Ландау Л.Д., Л. Е. М. (2002). Лекции по физике, Физматлит.

78. Розанов, Ю. А. (1989). Теория вероятностей, случайные процессы и математическая статистика. Москва, Наука.

79. Сюняев, Ш. Р., Е. Н. Кузнецов, et al. (1995). "Статистические условия применимости описаний пространственной структуры, используемых в обратной задаче формирования белковой глобулы." Биофизика 40(6): 1165-1170.

Обратите внимание, представленные выше научные тексты размещены для ознакомления и получены посредством распознавания оригинальных текстов диссертаций (OCR). В связи с чем, в них могут содержаться ошибки, связанные с несовершенством алгоритмов распознавания. В PDF файлах диссертаций и авторефератов, которые мы доставляем, подобных ошибок нет.