Введение
Молекулы белков играют определяющую роль во многих процессах, происходящих в живом организме, отсюда понятен интерес к этим молекулам. Среди проблем, интересующих исследователей, особое место занимает проблема самосборки (самоорганизации) белка. Суть этой проблемы можно выразить следующим образом. Молекула белка, синтезированного в клетках организма, изначально появляется в виде длинной вытянутой цепочки молекулярных групп (аминокислот), соединенных химическими связями, вокруг которых возможно свободное вращение. Всю эту структуру упрощенно можно представить как набор твердых палочек, соединенных друг с другом шарнирными связями. Такая структура оказывается достаточно подвижной и может сворачиваться в пространстве в компактную глобулу. Для нормального функционирования биологических молекул такая глобула должна иметь совершенно определенную пространственную структуру (конформацию). Самопроизвольный поиск этой единственной структуры и называют самосборкой (самоорганизацией) белка. Несмотря на огромные размеры многих белков (десятки и сотни тысяч атомов) этот процесс происходит за достаточно короткое время. При первых попытках понять, каким образом может происходить самоорганизация даже небольших белков, оказалось, что простые вероятностные алгоритмы перебора всех компактных пространственных структур до нахождения единственной конечной структуры, приводят к астрономическим временам самоорганизации. Экспериментально же установлено, как сказано выше, что эти времена имеют вполне разумные значения – от минут до миллисекунд. Экспериментально процессы самоорганизации белков изучают, как правило, следующим образом. На раствор белка, находящегося в условиях, близких к физиологическим условиям, т.е. имеющего правильную физиологическую (нативную) структуру, действуют каким-либо достаточно кратковременным воздействием, способным разрушить нативную структуру и затем наблюдают самопроизвольный возврат структуры молекул в исходное нативное состояние. В качестве такого воздействия чаще всего используют импульсное нагревание образца с помощью инфракрасного лазера. При использовании обычного импульсного лазера в течение импульса (10-9 сек) происходит нагрев образца на 10-15 градусов. При всех успехах исследований с помощью самой передовой экспериментальной техники, многие вопросы не удается выяснить. Это связано со многими причинами, связанными с деталями метода эксперимента. В частности, в любом эксперименте можно наблюдать процессы, происходящие с совершенно определенной молекулярной группой. Вычислительный эксперимент свободен от этого и многих других недостатков. Однако и у таких экспериментов существуют свои особенности, которые следует учитывать. Одной из целей данной работы было освоить метод управляемой молекулярной динамики и попытаться получить с его помощью научно значимые результаты. Актуальность исследования. Исследование связано с одной из наиболее актуальных проблем современной физики белка, проблемой самоорганизации пространственных структур белка. Цели работы. Целью данной работы было освоить метод компьютерного моделирования управляемой молекулярной динамики (УМД), разработать программные инструменты для обработки результатов УМД. Объект и методы работы. Объектами исследования были выбраны несколько белков и пептидов. В качестве метода исследования использован метод молекулярно-динамического моделирования (МДМ). Научная новизна. Обнаружено, что после полного разворачивания фрагмента молекулы, на который действовала растягивающая сила, остальная часть молекулы сохраняет нативную пространственную структуру. Это означает, что отдельные участки молекулы белка способны независимо образовывать нативную структуру. Показано, что промежуточное состояние при повышении температуры становится менее стабильным.