Электронный журнал | Том 18 Выпуск 1 Год 2023

Сборка дифенилаланиновой пептидной нанотрубки методом молекулярной динамики

Лихачев И.В., Быстров В.С., Филиппов С.В.

Институт математических проблем биологии РАН – филиал ИПМ им. М.В. Келдыша РАН, Пущино, Россия

Аннотация. В работе развивается подход к моделированию процессов самосборки сложных молекулярных наноструктур методами молекулярной динамики с помощью молекулярно-динамического манипулятора. Ранее этот подход был рассмотрен на примере сборки фенилаланиновой спиральной нанотрубки из линейного набора цепочек молекул фенилаланина (F) различной хиральности: левых L-F и правых D-F. Теперь нами разработан алгоритм молекулярно-динамической самосборки спиральных структур типа пептидных нанотрубок из молекул дифенилаланина (FF) различной хиральности L-FF и D-FF. Процесс самосборки цепочек дипептидов в спиральные структуры нанотрубок представляет собой имитацию прикладывания определенных силовых воздействий к имеющейся начальной линейной структуре с целью получения конечной структуры того же химического состава, но с иной спиральной геометрией. В качестве основного программного обеспечения использован программный комплекс моделирования молекулярной динамики PUMA-CUDA. Используя этот инструмент, можно исследовать процесс формирования спиральных структур из линейной последовательности любых аминокислот. Был выполнен сравнительный анализ структур нанотрубок, полученных при сборке методами молекулярной динамики и при их экспериментальной самосборке, с применением метода визуально-дифференциального анализа. Установлено, что полученные данные соответствуют закону смены знака хиральности молекулярных спиральных структур при усложнении их иерархического уровня организации.

Ключевые слова: метод молекулярной динамики, МД-манипулятор, управляемая молекулярная динамика, самосборка наноструктур, дифенилаланин, хиральность, визуально-дифференциальный анализ.