Сборка фенилаланиновой нанотрубки молекулярно-динамическим манипулятором

Исследования процессов самоорганизации и самосборки различных сложноорганизованных (в том числе и спиральных) структур на основе аминокислот интенсивно ведутся в последние годы. Активно развиваются различные методы молекулярного моделирования, включая методы молекулярной динамики. В данной работе предлагается новый подход для симуляции различных молекулярных наноструктур, определения траектории реализации молекулярно-динамического прогона и формирования конечной структуры с помощью молекулярно-динамического манипулятора. Он представляет собой имитацию работы существующего либо мнимого устройства или структуры посредством прикладывания силовых воздействий к имеющейся начальной структуре с целью получения новой конечной структуры того же химического состава, но с иной геометрией. Для этого использован программный комплекс PUMA-CUDA. Используя этот инструмент, можно исследовать процесс формирования спиральных структур из линейной последовательности любых аминокислот. Проведена сборка нанотрубок из линейных фенилаланиновых цепочек различной хиральности (левых L-Phe и правых D-Phe) путём включения дополнительных силовых воздействий в программу моделирования молекулярной динамики для этих структур. В процессе молекулярно-динамического прогона прилагаемые воздействия, одинаковые для левых и правых спиралей формируемых нанотрубок, ведут систему к спиралевидной структуре. Работа проводилась в интерактивном режиме с использованием ряда дополнительных программ, в т. ч. программы анализатора траекторий молекулярной динамики TAMD. В результате определены режимы, наиболее адекватные формированию нанотрубок правой хиральности из исходных L-Phe мономеров, и нанотрубок левой хиральности из пептидов D-Phe. Полученные результаты сравнивались с данными других работ по моделированию аналогичных нанотрубок различной хиральности и экспериментальными данными. Наши данные соответствуют закону смены знака хиральности молекулярных структур при усложнении их иерархического уровня организации. Молекулярное кино сборки нанотрубки левой хиральности из D-мономера находится в свободном доступе по адресу: http://lmd.impb.ru/Supplementary/PHE.avi.