Нетребко А.В.1, Гришанин Б.А., Красовская К.И., Кроо С.В., Майорова Л.В., Нетребко Н.В., Чикишев А.Ю., Шидловская Е.Г., Романовский Ю.М.
1Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова, НИИ механики,
Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова, физический факультет, 119899, Москва, Воробьёвы Горы, Россия; E-mail: romanov@lbp.ilc.msu.su
Фермент АХЭ (как и -химотрипсин (-ХТ)) относится к классу сериновых гидролаз. Он является катализатором реакции расщепления нейромедиатора ацетилхолина (АХ) на холин (Х) и ацетат (А). Гантелеобразная молекула АХ (размеры 3Е х 7,5 Е) несет на себе положительный заряд q +1e, а продукты реакции имеют заряды q1 +1е, q2 1е. Высокая скорость работы АХЭ (одна молекула АХЭ способна гидролизовать до 10 молекул АХ за 1 мс) определяется специальной организацией активного центра (АЦ). Каталитическая триада (КТ) His440, Ser200, Glu327 расположена в глубоком кармане АЦ, имеющем форму усеченного конуса (радиус входа 14 Е, радиус дна 7 Е, высота 21 Е). Большой электрический момент в 150 D создается зарядами групп, выстилающих внутреннюю поверхность кармана АЦ. Электростатическое поле АХЭ способствует быстрой диффузии молекул АХ из пространства щели между синапсом и телом клетки-мишени в область, прилегающую ко входу в АЦ. При этом скорость подхода АХ в эту область на два порядка больше скорости его расщепления.
Представлены следующие математические модели, описывающие отдельные этапы работы АХЭ и -ХТ:
а) найден закон распределения плотности АХ с максимумом вблизи входа в карман АЦ;
б) методом молекулярной динамики показано, что “толкучка” АХ-гантелей на входе АЦ и взаимодействие молекул АХ, А и Х приводит к диффузионному ограничению скорости ращепления V;
в) испробованы несколько моделей “back door” предположительно существующего канала для выхода продуктов реакции из кармана АЦ, уменьшающего диффузионное ограничение V;
г) показано, что колебания молекулы АХ, локализованной в области связывания АЦ, благодаря нелинейному резонансу между модами способствуют увеличению эффективности работы КТ;
д) рассмотрена квантовомеханическая задача о туннелировании протона в водородной связи активного центра сериновых протеаз. Исследована зависимость периода квантовомеханических осцилляций от параметров профиля потенциальной энергии;
е) проведен сравнительный анализ методов расчета (квазиклассический, решение нестационарного уравнения Шредингера, решение стационарной задачи с определением расщепления энергетических уровней).
Работа поддержана грантами РФФИ и Центра фундаментального естествознания Минобразования РФ.