Натрий (Na +), калий (K +), кальций (Ca2 +) и магний (Mg2 +) могут быть названиями в семье, но они также имеют решающее значение для функции клеток человека. Комбинация этих ионов с белками организма создает комплексы, которые необходимы для нашего дальнейшего существования.
Важность взаимодействий белков и ионов металлов хорошо изучена, но механистические взаимодействия между ними все еще далеки от полной картины.
Чжифэн Цзинь, Руи Ци, Ченгвен Лю и Пенгю Рен, профессора кафедры биомедицинской инженерии Техасского университета в Остине, работают над количественным описанием межбелковых взаимодействий с использованием так называемой атомно-мультипольной оптимизированной энергетики для биомолекулярных приложений (AMOEBA). силовое поле. Они описывают свою работу в «Журнале химической физики» на этой неделе от AIP Publishing.
Технология AMOEBA была разработана Реном и Джеем Пондерами из Техасского университета в Остине и Вашингтонского университета в Сент-Луисе.
Луи. Он использует модель поляризуемого атомного мультиполя для расчета потенциальной энергии системы. Модель AMOEBA направлена на устранение известных недостатков технологии текущего силового поля для точного моделирования взаимодействий ионов и белков.
«Отсутствие детального понимания в основном связано с отсутствием точных и в то же время эффективных с вычислительной точки зрения моделей для обработки ионов металлов», — сказал Рен. «Мы стремимся применять высокоуровневые квантово-механические методы и расширенное моделирование силового поля, чтобы понять природу взаимодействий между ионами металлов и белками."
AMOEBA улучшает классические модели биомолекул, модели которых представляют межмолекулярное взаимодействие с использованием суммы двух сил, согласно Рену: ван-дер-ваальсова взаимодействия и кулоновского взаимодействия между точечными зарядами.
«Это представление достаточно просто, чтобы его можно было вычислить, и оно широко использовалось в течение последних нескольких десятилетий», — сказал он. «Однако ионы металлов могут приводить к сильной поляризации и эффектам переноса заряда, которые отсутствуют в этих классических моделях. Мы считаем, что эти эффекты играют решающую роль в специфическом ионно-белковом взаимодействии."
Рен и его коллеги специально изучали взаимодействие Mg2 + / Ca2 + и аминокислот. Магний и кальций — одни из самых распространенных ионов в металлопротеинах, белках с кофактором ионов металлов.
Оба селективно связаны с определенными аминокислотами, что делает их интересными молекулами-мишенями. Реакция многих тел, взаимная индукция между ионами и окружающими их остатками в карманах связывания белков, также влияет на сродство связывания этих ионов и может быть захвачена моделью AMOEBA.
«Разница между реакцией многих тел на Са2 + и Mg2 + в связывающем кармане существенна», — сказал Рен. «Было известно, что поляризация и перенос заряда важны в комплексах белок-ион, но для конкурентного связывания многие подозревали, что эти эффекты могут нейтрализовать."
Рен отметил, что модель AMOEBA и развитие силовых полей, включая применение этих результатов, актуальны при многих заболеваниях, включая рак и нейродегенеративные расстройства. Знание белок-ионных взаимодействий может обеспечить фундаментальное понимание прогресса в соответствующих медицинских исследованиях.