КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ
Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
Номер проекта 22-23-00184
НазваниеНовый подход к расчету сольватационных эффектов в растворах биомолекул в рамках теории классического функционала плотности
Руководитель Федотова Марина Витальевна, Доктор химических наук
Организация финансирования, регион федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт химии растворов им. Г.А. Крестова Российской академии наук , Ивановская обл
Конкурс №64 - Конкурс 2021 года «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований малыми отдельными научными группами»
Область знания, основной код классификатора 03 - Химия и науки о материалах; 03-404 - Растворы, расплавы – структура и свойства
Ключевые слова растворы, биомолекулы, сольватация, комплексообразование, теория классического функционала плотности, интегральные уравнения теории молекулярных жидкостей
Код ГРНТИ31.15.31
ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ
Аннотация
Молекулярная и ионная сольватация в растворах играет одну из определяющих ролей в протекании множества технологических и жизненно важных процессов. Корректное экспериментальное определение и/или аккуратный, сопоставимый с экспериментальными данными, расчет характеристик данного процесса имеет большое значение для прогнозирования свойств жидкофазных систем. Особую сложность для подобных исследований представляют биомолекулы, состоящие из сотен и тысяч атомов. In vivo они вовлечены в большое количество межмолекулярных взаимодействий – с водой (гидратация), между собой (ассоциация, самоагрегация), с присутствующими в среде ионами (ассоциация) или с лигандами (комплексообразование). От специфики проявления этих взаимодействий существенным образом зависит их биологическая активность. Однако определение параметров гидратации, ассоциации, комплексообразования молекул с помощью экспериментальных методов во многих случаях представляет значительную проблему, как техническую, так и финансовую. Чрезвычайно затратными для сольватированных биомолекул оказываются и расчеты методами численного моделирования. Проект направлен на решение фундаментальной научной проблемы развития новых высокоэффективных методов исследования структурного состояния молекулярных растворов и определяющих его процессов (сольватации, ассоциации, агрегации, кластеро- и комплексообразования), результаты которого необходимы для понимания на молекулярном уровне поведения жидкофазных систем и прогнозирования их свойств. Целью проекта является разработка нового подхода к расчету сольватационных эффектов в растворах в рамках теории классического функционала плотности. Новый подход должен обеспечить проведение с высокой степенью точности быстрых расчетов параметров сольватации (гидратации), ассоциации и комплексообразования молекул / ионов произвольной формы и размера, включая сложные биомолекулы, содержащие сотни и тысячи атомов. Эта научная идея будет реализована путем разработки новой, трехмерной версии одной из современных модификаций метода функционала плотности классических молекулярных жидкостей - метода RSDFT (Renormalized Site Density Functional Theory - перенормированная теория функционала атомной плотности). В дополнение к данной разработке будут предложены новые оригинальные методики расчета параметров сольватации (гидратации) и комплексообразования молекул, которые позволят существенным образом повысить как точность, так и скорость расчетов. Для повышения точности расчетов будет выполнена новая параметризация функционала свободной энергии сольватации (гидратации). Для повышения скорости расчетов будет предложена новая методика расчета параметров комплексообразования биомолекул в ограниченной области их гидратной оболочки. Разработка нового подхода и создание на его основе пакета прикладных программ предоставят новые возможности для in silicо исследований сольватационных эффектов в растворах.
ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
Публикации
1.
Кумават Н., Тукс А., Бера С., Чуев Г.Н., Валиев М., Федотова М.В., Кручинин С.Е., Цуда К., Сльока А., Чакраборти А.
Site Density Functional Theory and Structural Bioinformatics Analysis of the SARS-CoV Spike Protein and hACE2 Complex
Molecules, V. 27, N 3, p. 799 (год публикации - 2022)
10.3390/molecules27030799
2.
Кручинин С.Е., Кислинская Е.Е., Чуев Г.Н., Федотова М.В.
Protein 3D-hydration: A case of bovine pancreatic trypsin inhibitor
The International Journal of Molecular Sciences, V. 23, N 23, p. 14785 (год публикации - 2022)
10.3390/ijms232314785
3. Чуев Г.Н., Федотова М.В. A new approach to the calculation of solvation effects in biomolecular solutions in the framework of the classical density functional theory Book of abstracts of the XXIII International Conference on Chemical Thermodynamics in Russia», P. 126 (год публикации - 2022)
4. Кручинин С.Е., Федотова М.В., Кислинская Е.Е. In silico study of protein tyrosine phosphatase binding with drugs Book of abstracts of the XXIII International Conference on Chemical Thermodynamics in Russia», P. 251 (год публикации - 2022)
Публикации
1.
Кручинин С.Е., Чуев Г.Н., Федотова М.В.
Molecular insight on hydration of protein tyrosine phosphatase 1B and its complexes with ligands
Journal of Molecular Liquids, V. 384, P. 122281 (год публикации - 2023)
10.1016/j.molliq.2023.122281
2.
Кручинин С.Е., Чуев Г.Н., Федотова М.В.
Investigation of biomolecular solvation by classical site density functional theory
Biophysical Reviews, 15, 1593 (S5.310) (год публикации - 2023)
10.1007/s12551-023-01150-w
3.
Кручинин С.Е., Федотова М.В., Кислинская Е.Е., Чуев Г.Н.
In silico исследование сольватационных эффектов в растворах биомолекул: Возможности подхода, основанного на 3D-распределении атомной плотности растворителя
Биофизика, Т. 68, №5, С. 837-849 (год публикации - 2023)
10.31857/S0006302923050010
4.
Чуев Г.Н., Кручинин С.Е., Федотова М.В.
Исследование биомолекулярной сольватации в рамках теории классического функционала атомной плотности
Сборник научных трудов VII съезда биофизиков России, Краснодар, Т.1, С. 290 (год публикации - 2023)
10.26297/SbR6.2023.001
5. Федотова М.В., Кручинин С.Е., Чуев Г.Н. New treatment of hydrated protein complexes in silico Book of Abstracts of 38th International Conference on Solution Chemistry, Belgrade, Serbia, P. 85 (год публикации - 2023)
6. Кручинин С.Е., Федотова М.В., Кислинская Е.Е. In silico анализ особенностей гидратации биомолекул на примере белков BPTI и PTP1B Сборник тезисов XXXV Симпозиума "Современная химическая физика", Туапсе, С.104 (год публикации - 2023)