Диссертация на соискание ученой степени доктора химических наук. -
Москва, МТУ, 2016. — 235 с.
Специальность 02.00.10 – Биоорганическая химия
Цель настоящей работы заключалась в создании концептуально новой
структурно-кинетической модели, в основу которой положен
динамический характер взаимодействия этого фермента, как с
субстратом ПНЖК, так и со вторым «неявным лигандом» - кислородом -
в условиях конформационной подвижности белковой матрицы как
ключевого элемента, определяющего взаимосвязь
структура-функция.
Научная новизна
С целью создания новой структурно-кинетической (динамической) модели липоксигеназого катализа предложена междисциплинарная платформа, сочетающая в себе разработку синтетических подходов к получению аналогов природных лигандов r12/15-LOX, математическое и кинетическое моделирование, методы биохимии и молекулярной биологии, а также структурные исследования макромолекул в растворе:
- Предложен дизайн и разработана стратегия полного химического синтеза зондов активного центра LOX на основе новых региоизомерных аналогов арахидоновой кислоты, содержащих азидогруппу в качестве фотоаффинной метки.
- С использованием полученных соединений изучены механизмы взаимодействия в ряду фермент–субстрат и впервые показана возможность непосредственного участия кислорода в процессах активации r12/15-LOX.
- На основе компьютерного моделирования молекулярной динамики с участием малых молекул создана экспериментально подтвержденная модель, описывающая механизмы транспорта кислорода в белковой матрице r12/15-LOX.
- Впервые с применением комбинированной стратегии направленного мутагенеза, малоуглового рентгеновского рассеяния (МРР), кругового дихроизма и динамической флуоресценции проведено детальное изучение внутри- и межмолекулярной организации r12/15-LOX в растворе.
- Впервые показана возможность динамического равновесия мономер-димер между молекулами r12/15-LOX, и образования переходного димерного комплекса этого фермента в присутствии лиганда в растворе. Полученные данные позволяют предположить, что в переходном димере r12/15-LOX обе молекулы фермента могут работать совместно, контролируя и координируя процессы связывания с субстратом и диссоциации продукта.
Практическая значимость
- Полученные результаты являются основой для формирования стратегии поиска новых потенциальных антиатеросклеротических и противовоспалительных лекарственных препаратов.
- Предложенная междисциплинарная платформа может быть применена при изучении организации и функционирования биологических макромолекул в растворе.
- Разработанные теоретические подходы для оценки энергии распределения и динамики диффузии кислорода могут быть использованы для изучения распределения других малых гидрофобных молекул, таких как NO, CO, CO2 в структуре макромолекул.
- Разработанная стратегия синтеза природных (ω/ω-4)-гидроксилированных производных арахидоновой кислоты через ацетиленовые предшественники обеспечивает возможность выхода к целому ряду новых перспективных, в том числе меченых тритием соединений, и возможности реализации комбинаторного подхода при их получении.
Научная новизна
С целью создания новой структурно-кинетической (динамической) модели липоксигеназого катализа предложена междисциплинарная платформа, сочетающая в себе разработку синтетических подходов к получению аналогов природных лигандов r12/15-LOX, математическое и кинетическое моделирование, методы биохимии и молекулярной биологии, а также структурные исследования макромолекул в растворе:
- Предложен дизайн и разработана стратегия полного химического синтеза зондов активного центра LOX на основе новых региоизомерных аналогов арахидоновой кислоты, содержащих азидогруппу в качестве фотоаффинной метки.
- С использованием полученных соединений изучены механизмы взаимодействия в ряду фермент–субстрат и впервые показана возможность непосредственного участия кислорода в процессах активации r12/15-LOX.
- На основе компьютерного моделирования молекулярной динамики с участием малых молекул создана экспериментально подтвержденная модель, описывающая механизмы транспорта кислорода в белковой матрице r12/15-LOX.
- Впервые с применением комбинированной стратегии направленного мутагенеза, малоуглового рентгеновского рассеяния (МРР), кругового дихроизма и динамической флуоресценции проведено детальное изучение внутри- и межмолекулярной организации r12/15-LOX в растворе.
- Впервые показана возможность динамического равновесия мономер-димер между молекулами r12/15-LOX, и образования переходного димерного комплекса этого фермента в присутствии лиганда в растворе. Полученные данные позволяют предположить, что в переходном димере r12/15-LOX обе молекулы фермента могут работать совместно, контролируя и координируя процессы связывания с субстратом и диссоциации продукта.
Практическая значимость
- Полученные результаты являются основой для формирования стратегии поиска новых потенциальных антиатеросклеротических и противовоспалительных лекарственных препаратов.
- Предложенная междисциплинарная платформа может быть применена при изучении организации и функционирования биологических макромолекул в растворе.
- Разработанные теоретические подходы для оценки энергии распределения и динамики диффузии кислорода могут быть использованы для изучения распределения других малых гидрофобных молекул, таких как NO, CO, CO2 в структуре макромолекул.
- Разработанная стратегия синтеза природных (ω/ω-4)-гидроксилированных производных арахидоновой кислоты через ацетиленовые предшественники обеспечивает возможность выхода к целому ряду новых перспективных, в том числе меченых тритием соединений, и возможности реализации комбинаторного подхода при их получении.