ИСТИНА

Эволюционно родственные ферменты 3-гидроксибензоатгидроксилаза из Comamonas testosteroni (номер в PDB – 2DKH) [1] и 2-гидроксибифенил-3-монооксигеназа из Pseudomonas azelaica (номер в PDB – 5BRT) [2] используются в тонком органическом синтезе для региоспецифичного синтеза различных фенольных соединений. Они являются NAD(P) и FAD-зависимыми монооксигеназами, катализирующими окисление различных ароматических субстратов кислородом воздуха. Особенностью строения этих ферментов является наличие нескольких подвижных петель в активном центре, что делает невозможным расшифровку полноатомной трехмерной структуры белка методом рентгеноструктурного анализа. Соответствующие участки не содержат аминокислотных остатков, непосредственно участвующих в каталитическом превращении. Тем не менее, проведенное нами молекулярное моделирование показало, что продуктивное связывание специфических субстратов не наблюдается в активных центрах ферментов, из которых исключены соответствующие подвижные фрагменты. Для установления трехмерной организации активных центров с учетом подвижных элементов структуры был использован метод Kinematic Closure [3], реализованный в программном пакете Rosetta. Активные центры 3-гидроксибензоатгидрокислазы и 2-гидроксибифенил-3-монооксигеназы содержат две и четыре подвижные петли, соответственно, до 14 аминокислотных остатков в каждой. Анализ молекулярных систем с таким большим количеством степеней свободы требует значительных вычислительных ресурсов. Пакет Rosetta был установлен на суперкомпьютере «Ломоносов-2» с воз-можностью запуска приложений в параллельном режиме с использованием протокола Job Distributor 2. На основе кристаллографических структур 2DKH и 5BRT было предсказано по 7000 структурных вариаций активных центров каждого фермента. Анализ полученных конформаций показал, что в определенных случаях аминокислотные остатки подвижных петель располагаются в непосредственной близости от сайта связывания субстрата и таким образом могут играть ключевую роль в его узнавании. На следующем этапе работы для установления конкретного молекулярного механизма узнавания субстратов в активном центре выбранных ферментов будет проведен массивно-параллельный докинг на суперкомпьютере «Ломоносов» с использованием оригинального протокола [4,5]. GPU-ускорители Tesla K40s, установленные на суперкомпьютере «Ломоносов-2», и CUDA-версия пакета молекулярной динамики AMBER14 будут использованы для изучения предреакционного положения субстратов в активном центре и уточнения механизма связывания.