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 22-72-10052

НазваниеСтохастические структура и динамика в неравновесных процессах физики биополимеров

Руководитель Белан Сергей Александрович, Кандидат физико-математических наук

Организация финансирования, регион Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт теоретической физики им. Л.Д. Ландау Российской академии наук , Московская обл

Конкурс №71 - Конкурс 2022 года «Проведение исследований научными группами под руководством молодых ученых» Президентской программы исследовательских проектов, реализуемых ведущими учеными, в том числе молодыми учеными

Область знания, основной код классификатора 02 - Физика и науки о космосе; 02-603 - Общие проблемы статистической физики

Ключевые слова биополимеры, хроматин, метод определения конформации хромосом, SMC-белки, модель активного выпетливания, ферменты, кинетика Михаэлиса-Ментен, биологическая физика, неравновесная статистическая физика, вероятностные неравенства, диаграммная техника

Код ГРНТИ29.17.31

---

 

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

---

Аннотация
Прогресс методов флуоресцентной визуализации и различных молекулярных методик позволил получить большое количество характеризуемых высоким пространственным и временным разрешением данных касательно структуры и динамики биологических полимеров (ДНК, РНК, белки), участвующих в протекающих в клетках живых организмов процессах. В частности, развитие семейства экспериментальных техник определения конформации хромосом и флуоресцентной микроскопии привело к формированию продолжающего обогащаться представления о принципах пространственной организации хроматина в ядрах клеток млекопитающих на разных стадиях клеточного цикла и вскрытию одного из ключевых механизмов, ответственных за эту организацию, а именно активного выдавливания петель хроматина благодаря моторной активности SMC-белков, катализирующих гидролиз АТФ. Кроме того, недавние достижения в области спектроскопии индивидуальных макромолекул делают возможным проследить стохастическую активность отдельных белков-ферментов, катализирующих разнообразные конформационные и химические трансформации в живых клетках, в частности биосинтез белков и ДНК и специфическое расщепление полипептидных цепей. Данные исследования имеют большое прикладное значение для биологии и медицины, так как нарушения в пространственной структуре и динамике процессов с участием биологических макромолекул зачастую влекут за собой сбои в функционировании клетки, что, в свою очередь, может приводить к тяжёлых последствиям для организма как целого. Упомянутый прогресс экспериментальных методик ведет к постановке новых задач перед теоретической физикой. Во-первых, открывается перспектива адаптации существующих теоретических подходов для объяснения и систематизации экспериментальных данных, относящихся к процессам, происходящим в биофизических системах. Во-вторых, необходима разработка новых теоретических методов в тех многочисленных ситуациях, когда известные подходы не применимы. В-третьих, в некоторых случаях требуется пересмотр прежде общепризнанных теоретических заключений, после того как экспериментально вскрывается неоправданность тех модельных предпосылок, что были когда-то положены в основу вывода этих заключений. Данный проект направлен на теоретическое модерирование неравновесных процессов физики биологических полимеров, а именно на (а) развитие аналитически решаемых статистических моделей пространственной организации хроматина в ядрах интерфазных клеток млекопитающих, учитывающих присутствие процесса активного выдавливания хроматиновых петель в ходе моторной активности SMC-белков, и (б) установление строгих математических неравенств, задающих пределы возможного изменения скорости ферментативной реакции при повышении вероятности распада промежуточного комплекса фермент-субстрат, в контексте обобщенной схемы Михаэлиса-Ментен, где статистика времени протекания каталитической стадии может иметь неэкспоненциальный вид. Постановка этих актуальных задач мотивирована накоплением большого массива эмпирических данных, относящихся к указанным биофизическим процессам, а их решение должно предоставить прежде отсутствовавшие количественные теоретические предсказания касательно ряда экспериментально измеряемых статистических характеристик. Выполнение проекта предполагает развитие аналитической теории, проведение численного счета и сравнение результатов с доступными в открытых источниках экспериментальными данными.

---

 

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

---