Моделирование комплексов металлотионеина МТ-2 крысы с различными ионами металлов полуэмпирическим методом PM7
Сочетание у металлотионеина (МТ) детоксикационных функций по отношению к токсичным d¹⁰-металлам (Cd, Hg) и функций направленного транспорта по отношению к эссенциальным d¹⁰-металлам (Zn, Cu), ставит на повестку дня поиск структурных предпосылок, позволяющих на молекулярном уровне проводить распознав...
Saved in:
| Published in: | Актуальні проблеми транспортної медицини |
|---|---|
| Date: | 2014 |
| Main Authors: | , , |
| Format: | Article |
| Language: | Russian |
| Published: |
Фізико-хімічний інститут ім. О.В. Богатського НАН України
2014
|
| Subjects: | |
| Online Access: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/134739 |
| Tags: |
Add Tag
No Tags, Be the first to tag this record!
|
| Journal Title: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Cite this: | Моделирование комплексов металлотионеина МТ-2 крысы с различными ионами металлов полуэмпирическим методом PM7 / П.Г. Полищук, Е.Г. Пыхтеева, Т.М. Христова // Актуальні проблеми транспортної медицини. — 2014. — № 1 (35). — С. 79-86. — Бібліогр.: 11 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1860117461003665408 |
|---|---|
| author | Полищук, П.Г. Пыхтеева, Е.Г. Христова, Т.М. |
| author_facet | Полищук, П.Г. Пыхтеева, Е.Г. Христова, Т.М. |
| citation_txt | Моделирование комплексов металлотионеина МТ-2 крысы с различными ионами металлов полуэмпирическим методом PM7 / П.Г. Полищук, Е.Г. Пыхтеева, Т.М. Христова // Актуальні проблеми транспортної медицини. — 2014. — № 1 (35). — С. 79-86. — Бібліогр.: 11 назв. — рос. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Актуальні проблеми транспортної медицини |
| description | Сочетание у металлотионеина (МТ) детоксикационных функций по отношению к токсичным d¹⁰-металлам (Cd, Hg) и функций направленного транспорта по отношению к эссенциальным d¹⁰-металлам (Zn, Cu), ставит на повестку дня поиск структурных предпосылок, позволяющих на молекулярном уровне проводить распознавание по-разному нагруженных молекул МТ, направляя их в лизосомы для утилизации и выведения в случае связывания с токсичными металлами или к рибосомам, ядру и эндоплазматическому ретикулуму в случае связывания с эссенциальными металлами. Основой для такого распознавания может являться структурное различие образуемых комплексов. Для построенных комплексов Zn₇-MT, Cd₇-MT, Hg₇ -MT была проведена оптимизация их геометрии с помощью полуэмпирического квантово-химического пакета MOPAC® методом PM7 с учетом воды как растворителя в виде континуальной модели COSMO. В качестве исходного был выбран металотионенин-2 (МТ-2) крысы, для которого имеются данные рентгеноструктурного анализа и 3D структура которого свободно доступна в ProteinDataBank под кодом 4MT2. Сравнение комплексов Zn₇-MT, Cd₇-MT, Hg₇ -MT показывает их структурную близость, при наличии областей, в которых существуют значительные отличия, которые, вероятно, могут быть основой для внутриклеточного распознавания и транспорта по-разному нагруженных комплексов в соответствующие компартменты для выведения (в случае токсичных металлов) или использования (в случае цинка).
Поєднання у металотіонеїні (МТ) детоксикаційних функцій по відношенню
до токсичних d¹⁰- металів (Cd, Hg) і
функцій спрямованого транспорту по
відношенню до есенціальних d¹⁰-металів
(Zn, Cu), ставить на порядок денний пошук структурних передумов, що дозволяють на молекулярному рівні проводити розпізнавання по-різному навантажених молекул МТ, направляючи їх в лізосоми для утилізації та виведення у разі
зв’язування з токсичними металами або
до рибосом, ядра і ендоплазматичного
ретикулуму у разі зв’язування з ессенціальними металами. Основою для такого
розпізнавання може бути структурна
відмінність утворених комплексів. Для
побудованих комплексів Zn₇-MT, Cd₇-MT,
Hg₇ -MT була проведена оптимізація їх
геометрії за допомогою напівемпіричного квантово-хімічного пакету MOPAC®
методом PM7 з урахуванням води як
розчинника у вигляді континуальної моделі COSMO. В якості вихідного був обраний металотіонеїн-2 (МТ-2) щури, для
якого є дані рентгеноструктурного аналізу і 3D структура якого вільно доступна в ProteinDataBank під кодом 4MT2. Порівняння комплексів Zn₇-MT, Cd₇-MT,
Hg₇ -MT показує їх структурну близькість, при
наявності областей, в яких існують значні
відмінності, які, ймовірно, можуть бути
основою для внутрішньоклітинного розпізнавання і транспорту по-різному навантажених комплексів у відповідні компартменти для виведення (у разі токсичних металів) або використання (у разі
цинку).
Nowadays it is urgent to consider the
combination of the metallothionein‘s (MT)
detoxification functions relatively to the
toxic d – 10 — metals (Cd, Hg) and
functions of the directed transportation
relatively to the essential d 10 –metals (Zn,
Cu) that puts on the agenda the research
of structural conditions, which allow to
recognize on the molecular level the
differently loaded molecules MT, directing
them into the lysosomes for the utilization
and excretion in case of binding with toxic
metals or with ribosomes, nucleuses and
endoplasmic reticulum in case of binding
with essential metals. The base of such
recognition may be the structural difference
of the established complexes. For the
formed complexes Zn7-MT, Cd7-MT, Hg7-
MT has been hold an optimization of their
geometry by the aid of semi-empirical
quantum-chemical program Molecular
Orbital PACkage (MOPAC®) by the method
of PM7 considering the water as solvent in
the form of continuum model COSMO. The
metallothionein-2 (MT-2) of the rat has
been chosen as an initial, for which there
are the data of X-ray diffraction analysis and 3D structure of which is freely available in
the ProteinDataBank under the code 4MT2.
The comparison between complexes Zn7-
MT, Cd7-MT, Hg7-MT demonstrates their
structural proximity, in the presence of
areas, in which there are significant
differences that probably might be
fundamental for the intracellular recognition
and transportation of differently loaded
complexes into the appropriate compartments for the excretion (in case of
toxic metals) and usage (in case of Zinc).
|
| first_indexed | 2025-12-07T17:37:35Z |
| format | Article |
| fulltext |
ACTUAL PROBLEMS OF TRANSPORT MEDICINE �#1 (35), 2014
АКТУАЛЬНЫЕ ПРОБЛЕМЫ ТРАНСПОРТНОЙ МЕДИЦИНЫ � № 1 (35), 2014 г.
79
ла эксперимента. Это приводит к цито*
лизу мембран эритроцитов и плазмати*
ческих мембран кардиоцитов, на что ука*
зывает эритроцитарный индекс интокси*
кации и повышение активности аспар*
тат* и аланинаминотрансферазы.
Ключевые слова: адреналин, мио$
кард, липопероксидации, аминотранс$
феразы,цитолиз кардиоцитов
Summary
DYNAMICS OF LIPID PEROXIDATION AND
THE STATE OF THE CELL MEMBRANE
UNDER ADRENALIN CARDIOMYOPATHY
Aleksevych K.O., Fira L.S., Lyhatskiy P.G.
Ternopil State Medical University
Horbachevskiy
It is established that the conditions of
myocardial injury in rats epinephrine at a
dose of 0.5 mg / kg body weight activated
processes of lipid peroxidation, which reach
a maximum after 48 hours from the start of
the experiment. This leads to cytolysis
erythrocyte membranes and plasma
membranes kardiotsytes, as indicated by
the index of erythrocytic toxicity and
increased activity of aspartate* and
alanineaminotransferases.
Key words: adrenaline, myocardium,
lipid peroxidation, aminotransferases,
cytolysis kardiotsytes
Впервые поступила в редакцию 21.01.2014 г.
Рекомендована к печати на заседании
редакционной коллегии после рецензирования
УДК 544.13
МОДЕЛИРОВАНИЕ КОМПЛЕКСОВ МЕТАЛЛОТИОНЕИНА МТU2
КРЫСЫ С РАЗЛИЧНЫМИ ИОНАМИ МЕТАЛЛОВ
ПОЛУЭМПИРИЧЕСКИМ МЕТОДОМ PM7
Полищук П.Г., Пыхтеева Е.Г. *, Христова Т.М.
Физико$химический институт им. Богатского НАН Украины
*Украинский НИИ медицины транспорта
Сочетание у металлотионеина (МТ) детоксикационных функций по отношению
к токсичным d10*металлам (Cd, Hg) и функций направленного транспорта по отноше*
нию к эссенциальным d10*металлам (Zn, Cu), ставит на повестку дня поиск структур*
ных предпосылок, позволяющих на молекулярном уровне проводить распознавание
по*разному нагруженных молекул МТ, направляя их в лизосомы для утилизации и
выведения в случае связывания с токсичными металлами или к рибосомам, ядру и
эндоплазматическому ретикулуму в случае связывания с эссенциальными металла*
ми. Основой для такого распознавания может являться структурное различие обра*
зуемых комплексов. Для построенных комплексов Zn
7
*MT, Cd
7
*MT, Hg
7
*MT была про*
ведена оптимизация их геометрии с помощью полуэмпирического квантово*хими*
ческого пакета MOPAC® методом PM7 с учетом воды как растворителя в виде конти*
нуальной модели COSMO. В качестве исходного был выбран металотионенин*2 (МТ*
2) крысы, для которого имеются данные рентгеноструктурного анализа и 3D струк*
тура которого свободно доступна в ProteinDataBank под кодом 4MT2. Сравнение
комплексов Zn
7
*MT, Cd
7
*MT, Hg
7
*MT показывает их структурную близость, при нали*
чии областей, в которых существуют значительные отличия, которые, вероятно, мо*
гут быть основой для внутриклеточного распознавания и транспорта по*разному на*
груженных комплексов в соответствующие компартменты для выведения (в случае
токсичных металлов) или использования (в случае цинка).
Ключевые слова: металлотионеин, цинк, кадмий, ртуть, моделирование структу$
ры комплекса, полуэмпирический квантово$химический пакет MOPAC®
АКТУАЛЬНЫЕ ПРОБЛЕМЫ ТРАНСПОРТНОЙ МЕДИЦИНЫ � № 1 (35), 2014 г.
80
ACTUAL PROBLEMS OF TRANSPORT MEDICINE �#1 (35), 2014
Семейство структурно и функцио*
нально близких низкомолекулярных бел*
ков металлотионеинов (МТ) получило
свое название в связи с высоким содер*
жанием в них металлов и серы [1]. МТ –
подвижные белки с массой 6,5*8 кДа,
благодаря малым размерам и уникаль*
ному строению, проявляют в организме
полимодальные функции, основной из
которых является, безусловно, металло*
транспортная [2]. МТ играют централь*
ную роль в обмене и обеспечении био*
доступности цинка, детоксикации тяже*
лых металлов и в управлении различны*
ми формами стресса. Металлотионеин
синтезируется в виде апо*белка — тио*
неина (T), который является мощным
акцептором Zn. Белок*белковое взаимо*
действие обеспечивает передачу ионов
d10–металлов (Zn, Cd, Hg, Cu) от альбу*
миновых комплексов (с меньшей кон*
стантой устойчивости) тионеину и далее,
создавая при этом однонаправленный
поток ионов металла в сторону образо*
вания комплексов с большей константой
устойчивости:
Zn*лиганд1 + T ↔ Zn*MT ↔ Т + Zn*ли*
ганд2
В процессе связывания металлов Т
превращается в МТ. Первичная структу*
ра МТ, содержащая около 20 остатков
цистеина (количество зависит от видо*
вой принадлежности и изоформы МТ)
[3], обеспечивает возможность образо*
вания внутрибелковых тетраэдрических
комплексов с ионами d10 металлов.
Именно особенности координационной
химии комплексов металлов с белками
обусловливают реализацию транспорт*
ной функции специализированных ме*
таллотранспортных белков вообще и МТ
в частности. Комплексы Zn в Zn*тиолат*
ных кластерах МТ существенно отлича*
ются от любых неорганических комплек*
сов Zn (II). Константа устойчивости
Zn
7
MT*2 K
Zn
= 3,2 x 1013 M*1 при pH 7,4)
[4].
В то же время, несмотря на высо*
кие константы устойчивости, вероятно
при участии окислительно*восстанови*
тельной системы клетки (возможно, глу*
татион*антиоксидантной системы –
ГАОС) происходит изменение свойств
комплекса, которое обусловливает воз*
можность освобождения Zn из МТ в кле*
точных компартментах, где потребность
в Zn максимальна. На сегодня доказано
как минимум три фундаментальных свой*
ства, проявляемых МТ благодаря нали*
чию двух цинксодержащих кластеров:
взаимодействие с глутатионом и обеспе*
чение цинком процессов клеточного син*
теза Zn*содержащих белков, регуляция
экспрессии генов с помощью Zn*зависи*
мого фактора транскрипции, а также
контроль (преимущественно ингибирова*
ние) роста и развития нейронов [5].
Сочетание у МТ детоксикационных
функций по отношению к токсичным d10–
металлам (Cd, Hg) и функций направлен*
ного транспорта по отношению к эссен*
циальным d10–металлам (Zn, Cu), ставит
на повестку дня поиск структурных пред*
посылок, позволяющих на молекулярном
уровне проводить распознавание по*
разному нагруженных молекул МТ, на*
правляя их в лизосомы для утилизации
и выведения в случае связывания с ток*
сичными металлами или к рибосомам,
ядру и эндоплазматическому ретикулуму
в случае связывания с эссенциальными
металлами. Основой для такого распоз*
навания может являться структурное
различие образуемых комплексов.
Таким образом, целью нашей ра*
боты было моделирование структуры
комплексов Zn
7
*MT, Cd
7
*MT, Hg
7
*MT и
сравнение их между собой.
Методы исследования
Для изучения и моделирования в
качестве исходного был выбран метало*
тионенин*2 (МТ*2) крысы, для которого
имеются данные рентгеноструктурного
анализа и 3D структура которого свобод*
но доступна в ProteinDataBank под кодом
4MT2 [6]
В металлотионеине условно выде*
ляют альфа и бета домены, каждый из
ACTUAL PROBLEMS OF TRANSPORT MEDICINE �#1 (35), 2014
АКТУАЛЬНЫЕ ПРОБЛЕМЫ ТРАНСПОРТНОЙ МЕДИЦИНЫ � № 1 (35), 2014 г.
81
которых образует полость, в которой
помещаются ионы тяжелых металлов. В
структуре выбранного белка присутству*
ют пять ионов цинка и два иона кадмия.
С целью установления того, как состав
ионов влияет на строение металл*белко*
вого комплекса, заменой всех семи
ионов на ионы цинка, кадмия или ртути
были получены три новых комплекса МТ*
2 с ионами выбранных металлов. Для
построенных комплексов была проведе*
на оптимизация их геометрии с помо*
щью полуэмпирического квантово*хими*
ческого пакета MOPAC® [7, 8] методом
PM7 [9] с учетом воды как растворителя
в виде континуальной модели COSMO
[10]. Метод новой, более точной пара*
метризации PM7 используется для опти*
мизации биоорганических комплексов
переходных металлов. Добавление фун*
кции дисперсии Jureиka и расчет интег*
рированных точек водородных связей в
PM7 значительно улучшает прогноз меж*
молекулярных взаимодействий.
Результаты и их обсуждение
Исследование и моделирование
фолдинга низкомолекулярных белков
остается важнейшей задачей современ*
ной физико*химической биологии. В на*
стоящее время при описании конформа*
ционных возможностей полипептидных
цепей весьма эффективным оказывает*
ся подход на основе представлений карт
Рамачандрана, согласно которому каж*
дому аминокислотного остатку сопостав*
лена пара торсионных углов и при аль*
фа*атоме углерода. В структуре белков
могут наблюдаться только значения уг*
лов ϕ и ψ, обеспечивающие наименьшее
отталкивание между боковыми цепями
аминокислотных остатков. Очевидно, что
в зависимости от размера и строения
заместителей стерическое отталкивание
атомов будет различным. Самым сво*
бодным является вращение для глицина,
самым ограниченным — для аминокис*
лоты пролина. Впервые расчет потенци*
альной энергии как функции углов ϕ и ψ
был проведен Г. Рамачандраном. Он
предложил представлять результаты
расчета в виде двухмерных зависимос*
тей потенциальной энергии от значений
углов ϕ и ψ. Эти зависимости получили
название карт Рамачандрана. Выделен*
ные голубым области на этих картах со*
ответствуют парам углов (ϕ и ψ), при ко*
торых стерическое отталкивание отсут*
ствует и система энергетически стабиль*
на. Вне этих областей области отвечают
парам углов (ϕ и ψ), при которых конфор*
А - Zn7-MT Б - Cd7-MT В - Hg7-MT
Рис. 1. Карты Рамачандрана для комплексов Zn7-MT (А), Cd7-MT (Б), Hg7-MT (В)
АКТУАЛЬНЫЕ ПРОБЛЕМЫ ТРАНСПОРТНОЙ МЕДИЦИНЫ � № 1 (35), 2014 г.
82
ACTUAL PROBLEMS OF TRANSPORT MEDICINE �#1 (35), 2014
мация испытывает напряжение и энер*
гетически затруднена или вообще запре*
щена. Интенсивность затемнения обла*
стей характеризует степень энергетичес*
кой стабильности конформаций. В соот*
ветствии с этим возникают «разрешен*
ные» и «запрещенные» зоны значений
торсионных углов, которые, собственно,
и позволяют выделять аминокислоты и
их последовательности, тяготеющие к
образованию, например, либо — спи*
ральных, либо — слоистых либо — пет*
левых вторичных структур [11]. После
моделирования белковой структуры in
silico необходимо проанализировать кар*
ты Рамачандрана полученных белковых
комплексов. Если диэдральные углы
ряда аминокислотных остатков в белке
не попадают в «разрешенные» области,
полученная модель, вероятно, содержит
ошибки и не описывает достоверно ре*
альную структуру белка.
Как видно из рис. 1, карты Рама*
чандрана для смоделированных комп*
лексов показывают, что во всех случаях
оптимизированные
структуры можно
рассматривать как
достоверные, зна*
чения всех диэд*
ральных углов в
белках лежат в до*
пустимых пределах.
Так для Zn
7
*MT 86,4
% (51/59) аминокис*
лотных остатков на*
ходятся в энергети*
чески выгодных кон*
формациях, 100,0 %
(59/59) — в допус*
тимых; для Cd
7
*MT
88,1 % (52/59) ами*
нокислотных остат*
ков находятся в
энергетически вы*
годных конформа*
циях, и 100,0 % (59/
59) — в допустимых,
для Hg
7
*MT 93.2 %
(55/59) — в энерге*
тически выгодных конформациях, и 100,0
% (59/59) — в допустимых.
Для оценки различий в оптимизи*
рованных структурах использовалась
величина среднеквадратичного расстоя*
ния между соответствующими атомами
белка в разных комплексах. Чем это рас*
стояние больше, тем больше отличают*
ся структуры друг от друга. Поскольку
полости, в которых связываются ионы
тяжелых металлов, образованы исключи*
тельно остатками цистеинов, то были
рассчитаны соответствующие расстоя*
ния между всеми соответствующими
остатками цистеинов для всех пар ком*
плексов. Так среднеквадратичное рас*
стояние между остатками цистеина в
Zn
7
*MT и Cd
7
*MT составляет 0,47 Е, в то
время как аналогичное расстояния для
пары Zn
7
*MT и Hg
7
*MT всего 0,35 Е.
Дополнительно были рассчитаны
расстояния между отдельными атомами
серы, различных остатков цистеина (см.
таблицу). Соответствующие расстояния
Zn7-MT (А)
Cd7-MT (Б)
Hg7-MT (В)
Рис. 2. Линейные размеры металлсодержащих кластеров МТ в комплексах Zn7-
MT (А), Cd7-MT (Б), Hg7-MT (В)
ACTUAL PROBLEMS OF TRANSPORT MEDICINE �#1 (35), 2014
АКТУАЛЬНЫЕ ПРОБЛЕМЫ ТРАНСПОРТНОЙ МЕДИЦИНЫ � № 1 (35), 2014 г.
83
были наибольшими в случае комплекса
МТ*2 с ионами кадмия (табл. 1).
Полученные результаты показыва*
ют, что ионы кадмия в большей степени,
чем ионы ртути деформируют структуру
металлотионеина*2 по сравнению с
ионами цинка.
В соответствии с оптимизирован*
ными структурами комплексов полость
МТ полностью занята ионами металлов.
Д о п о лн и т ель н ы е
противоионы и мо*
лекулы воды в поло*
сти отсутствуют. Для
примера приведена
структура комплек*
са Zn
7
*MT с пропор*
циональными раз*
мерами ван*дер*ва*
альсовых радиусов
атомов (рис. 3).
В т о р и ч н а я
структура белка ста*
билизируется водо*
родными связями
между карбоксиль*
ным кислородом и
амидной группиров*
кой *С=О…..Н*N*. В
большинстве случа*
ев с участием водо*
родных связей про*
исходит образова*
ние фермент*суб*
стратных комплек*
сов и «узнавание»
молекул субстрата
активным центром.
Сравнение структур
позволяет выявить
область максималь*
ных изменений
(рис. 4), включаю*
щую последова*
тельность CAKCSQ
(41*47), которая,
возможно, и отвеча*
ет за внутриклеточ*
ное распознавание.
Стабилизация этих
структур достигается изменением распо*
ложения водородных связей на поверх*
ности комплексов.
Вывод
Таким образом, сравнение комп*
лексов Zn
7
*MT, Cd
7
*MT, Hg
7
*MT показы*
вает их структурную близость, при нали*
чии областей, в которых существуют зна*
чительные отличия, которые, вероятно,
могут быть основой для внутриклеточно*
Рис. 3. Структура комплекса Zn7-MT
Рис. 4. Схематичное изображение структуры металлотионеина-2 крысы в
комплексе с ионами цинка (зеленый), кадмия (красный) и ртути (синий).
Таблица 1.
Расстояния между атомами серы, входящими в различные остатки цис-
теина, для комплексов МТ с разными ионами металлов
комплекс МТ-2 Cys7-Cys29
(бета-домен)
Cys33-Cys59
(альфа-домен)
Zn 6,7 Е 10,0 Е
Cd 7,1 Е 10,6 Е
Hg 6,9 Е 10,4 Е
АКТУАЛЬНЫЕ ПРОБЛЕМЫ ТРАНСПОРТНОЙ МЕДИЦИНЫ � № 1 (35), 2014 г.
84
ACTUAL PROBLEMS OF TRANSPORT MEDICINE �#1 (35), 2014
го распознавания и транспорта по*раз*
ному нагруженных комплексов в соответ*
ствующие компартменты для выведения
(в случае токсичных металлов) или ис*
пользования (в случае цинка).
Литература
1. Шафран Л.М., Пыхтеева Е.Г., Большой
Д.В. Металлотионеины / Под редакцией
проф. Л.М. Шафрана – Одесса: Изда*
тельство “Чорномор’я”, 2011. – 428 с.
2. M. Margoshes. A cadmium protein from
equine kidney cortex / M. Margoshes, B.
L. Vallee. // J. Am. Chem. Soc. — 1957. —
Vol. 79 (17). – Р. 4813–4814
3. M.Vaљаk and G.Meloni. гл. 1
Metallothionein structure and reactivity в
книге Metallothioneins In Biochemistry And
Pathology, © World Scientific Publishing Co.
Pte. Ltd., http://www.worldscibooks.com/
medsci/6663.html
4. Goyal K. Exploiting 3D structural templates
for detection of metal*binding sites in
protein structures / K. Goyal, S. C. Mande
// Proteins. — 2008 – Vol. 70(4) –P. 1206*
1218.
5. Sook*Jeong Lee. Roles of zinc and
metallothionein*3 in oxidative stress*
induced lysosomal dysfunction, cell death,
and autophagy in neurons and astrocytes.
/ Sook*Jeong Lee, Jae*Young Koh. //
Molecular Brain – 2010.* Vol. 3. – P. 30*38.
6. База данных ProteinDataBank (http://
w w w . r c s b . o r g / p d b / e x p l o r e /
explore.do?pdbId = 4MT2).
7. MOPAC2012, James J. P. Stewart, Stewart
Computational Chemistry, Colorado
Springs, CO, USA, HTTP://
OpenMOPAC.net (2012).
8. GPU Linear Algebra Libraries and GPGPU
Programming for Accelerating MOPAC
Semiempirical Quantum Chemistry
Calculations. / J.D.C. Maia, G.A.U.
Carvalho, C.P. Mangueira [et al.] // J.
Chem. Theory Comput. – 2012* Vol. 8, H.
3072*3081. DOI: 10.1021/ct3004645
9. J.J. P. Stewart Optimization of Parameters
for Semiempirical Methods VI: More
Modifications to the NDDO Approximations
and Re*optimization of Parameters / J.J. P.
Stewart // J. Mol. Mod. – 2013 – Vol. 19. –
P. 1*32 doi:10.1007/s00894*012*1667*x
10. A. Klamt, G. Schььrmann (1993). “COSMO:
A new approach to dielectric screening in
solvents with explicit expressions for the
screening energy and its gradient”. Journal
of the Chemical Society, Perkin
Transactions 2: 799*805
11. Самченко А.А. Новый взгляд на карты
Рамачандрана в дипептидах. квантово*
химические полуэмпирические исследо*
вания / Самченко А.А., Кабанов А.В.,
Комаров В.М.// XVIII*ая Междисципли*
нарная конференция «Математика. Ком*
пьютер. Образование». Тезисы. http://
www.mce.biophys.msu.ru/rus/archive/
authors/person578/doc98836/
References
1. Shafran L.M., Pyhteeva E.G., Bolshoy D.V.
Metallothioneins / Edited by prof. LM
Shafran — Odessa: Publisher
“Chornomor’ya” 2011. — 428 p. [Rus.]
2. M. Margoshes. A cadmium protein from
equine kidney cortex / M. Margoshes, B.
L. Vallee. // J. Am. Chem. Soc. — 1957. —
Vol. 79 (17). – Р. 4813–4814
3. M.Vaљаk and G.Meloni. гл. 1
Metallothionein structure and reactivity в
книге Metallothioneins In Biochemistry And
Pathology, © World Scientific Publishing Co.
Pte. Ltd., http://www.worldscibooks.com/
medsci/6663.html
4. Goyal K. Exploiting 3D structural templates
for detection of metal*binding sites in
protein structures / K. Goyal, S. C. Mande
// Proteins. — 2008 – Vol. 70(4) –P. 1206*
1218.
5. Sook*Jeong Lee. Roles of zinc and
metallothionein*3 in oxidative stress*
induced lysosomal dysfunction, cell death,
and autophagy in neurons and astrocytes.
/ Sook*Jeong Lee, Jae*Young Koh. //
Molecular Brain – 2010.* Vol. 3. – P. 30*38.
6. Database ProteinDataBank (http://
w w w . r c s b . o r g / p d b / e x p l o r e /
explore.do?pdbId = 4MT2).
7. MOPAC2012, James J. P. Stewart, Stewart
Computational Chemistry, Colorado
Springs, CO, USA, HTTP://
OpenMOPAC.net (2012).
8. GPU Linear Algebra Libraries and GPGPU
Programming for Accelerating MOPAC
Semiempirical Quantum Chemistry
Calculations. / J.D.C. Maia, G.A.U.
Carvalho, C.P. Mangueira [et al.] // J.
Chem. Theory Comput. – 2012* Vol. 8, H.
3072*3081. DOI: 10.1021/ct3004645
9. J.J. P. Stewart Optimization of Parameters
for Semiempirical Methods VI: More
Modifications to the NDDO Approximations
ACTUAL PROBLEMS OF TRANSPORT MEDICINE �#1 (35), 2014
АКТУАЛЬНЫЕ ПРОБЛЕМЫ ТРАНСПОРТНОЙ МЕДИЦИНЫ � № 1 (35), 2014 г.
85
and Re*optimization of Parameters / J.J. P.
Stewart // J. Mol. Mod. – 2013 – Vol. 19. –
P. 1*32 doi:10.1007/s00894*012*1667*x
10. A. Klamt, G. Schььrmann (1993). “COSMO:
A new approach to dielectric screening in
solvents with explicit expressions for the
screening energy and its gradient”. Journal
of the Chemical Society, Perkin
Transactions 2: 799*805
11. Samchenko A.A. A new look at the
Ramachandran’s card in dipeptides. Semi*
empirical quantum chemical study /
Samchenko A.A., Kabanov A.V., Komarov
V.M. // XVIII*th Interdisciplinary Conference
“Mathematics. Computer. Education “.
Abstracts.http://www.mce.biophys.msu.ru/
rus/archive/authors/person578/doc98836/
[Rus.]
Резюме
МОДЕЛЮВАННЯ КОМПЛЕКСІВ
МЕТАЛОТІОНЕЇНУ МТ* 2 ЩУРА З
РІЗНИМИ ІОНАМИ МЕТАЛІВ
НАПІВЕМПІРИЧНИМ МЕТОДОМ PM7
Поліщук П.Г., Пихтєєва О.Г.,
Христова Т.М.
Поєднання у металотіонеїні (МТ)
детоксикаційних функцій по відношенню
до токсичних d10*металів (Cd, Hg) і
функцій спрямованого транспорту по
відношенню до есенціальних d10*металів
(Zn, Cu), ставить на порядок денний по*
шук структурних передумов, що дозво*
ляють на молекулярному рівні проводи*
ти розпізнавання по*різному навантаже*
них молекул МТ, направляючи їх в лізо*
соми для утилізації та виведення у разі
зв’язування з токсичними металами або
до рибосом, ядра і ендоплазматичного
ретикулуму у разі зв’язування з ессенц*
іальними металами. Основою для такого
розпізнавання може бути структурна
відмінність утворених комплексів. Для
побудованих комплексів Zn
7
*MT, Cd
7
*MT,
Hg
7
*MT була проведена оптимізація їх
геометрії за допомогою напівемпірично*
го квантово*хімічного пакету MOPAC®
методом PM7 з урахуванням води як
розчинника у вигляді континуальної мо*
делі COSMO. В якості вихідного був об*
раний металотіонеїн*2 (МТ*2) щури, для
якого є дані рентгеноструктурного анал*
ізу і 3D структура якого вільно доступна
в ProteinDataBank під кодом 4MT2. По*
рівняння комплексів Zn
7
*MT, Cd
7
*MT, Hg
7
*
MT показує їх структурну близькість, при
наявності областей, в яких існують значні
відмінності, які, ймовірно, можуть бути
основою для внутрішньоклітинного роз*
пізнавання і транспорту по*різному на*
вантажених комплексів у відповідні ком*
партменти для виведення (у разі токсич*
них металів) або використання (у разі
цинку).
Ключові слова: металотіонеїн, цинк,
кадмій, ртуть, моделювання структури
комплексу, напівемпіричний квантово$
хімічний пакет MOPAC®
Summary
THE MODELING OF COMPLEXES OF RAT
METALLOTHIONEIN MT*2 WITH THE
VARIABLE METAL IONS BY THE
APPLICATION OF SEMI*EMPIRICAL
METHOD PM7
Polishchuk P.G., Pyhteeva E.G.,
Khristova T.M.
Nowadays it is urgent to consider the
combination of the metallothionein‘s (MT)
detoxification functions relatively to the
toxic d – 10 — metals (Cd, Hg) and
functions of the directed transportation
relatively to the essential d 10 –metals (Zn,
Cu) that puts on the agenda the research
of structural conditions, which allow to
recognize on the molecular level the
differently loaded molecules MT, directing
them into the lysosomes for the utilization
and excretion in case of binding with toxic
metals or with ribosomes, nucleuses and
endoplasmic reticulum in case of binding
with essential metals. The base of such
recognition may be the structural difference
of the established complexes. For the
formed complexes Zn7*MT, Cd7*MT, Hg7*
MT has been hold an optimization of their
geometry by the aid of semi*empirical
quantum*chemical program Molecular
Orbital PACkage (MOPAC®) by the method
of PM7 considering the water as solvent in
the form of continuum model COSMO. The
metallothionein*2 (MT*2) of the rat has
been chosen as an initial, for which there
are the data of X*ray diffraction analysis and
АКТУАЛЬНЫЕ ПРОБЛЕМЫ ТРАНСПОРТНОЙ МЕДИЦИНЫ � № 1 (35), 2014 г.
86
ACTUAL PROBLEMS OF TRANSPORT MEDICINE �#1 (35), 2014
Впервые поступила в редакцию 03.02.2014 г.
Рекомендована к печати на заседании
редакционной коллегии после рецензирования
Введение
До настоящего времени специфи*
ческого антивирусного лечения пара*
гриппозных заболеваний нет [1, 2]. Сей*
час самым эффективным средством ле*
чения парагриппозной инфекции явля*
ются интерфероны и их блокаторы [3, 4].
Основным путем получения эффектив*
ных препаратов против парагриппа яв*
ляется изготовление специфических им*
муноглобулинов. Но для получения спе*
цифических препаратов вначале надо
получить высокоиммунизирующие анти*
тела.
Поэтому целью данного исследова*
ния было изучение образования инфек*
ционного вируса и гемагглютинирующе*
го антигена вирусов парагриппа с пара*
лельным их цитоморфологическим изу*
чением.
Материалы и методы
В работе использовались первич*
ные клетки почек эмбриона человека 5*
6 месяцев, и вирусы парагриппа 1, 2, 3
и 4 типов (ПГ1 – СС 1889, ПГ2 – 931, ПГ3
– 932, ПГ4В – 15429). Трипсинизация
почек эмбриона человека (ПЭЧ) прово*
дилась по модифицированному методу,
предложенному А.М. Трубиной и соавт.
[5]. Заражение клеток ПЭЧ вирусами
парагриппа 1, 2, 3 и 4*го типов осуще*
ствляли на 5*е сутки роста ткани. В этих
опытах параллельно изучалось появле*
ние и накопление инфекционного виру*
са, гемагглютинирующего антигена и
цитоморфологические изменения.
Для определения инфекционности
вирусов парагриппа использовалась ре*
акция гемадсорбции [6]. Реакция гемаг*
УДК 616.921.5+502.085
ИЗУЧЕНИЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ ВИРУСОВ ПАРАГРИППА С
ЧУВСТВИТЕЛЬНЫМИ КУЛЬТУРАМИ КЛЕТОК
Дивоча В.А.
Украинский НИИ медицины транспорта, г. Одесса; divocha09@ukr.net
В данной работе было изучено взаимодействие вирусов парагриппа с первич*
но*трипсинизированными культурами клеток почек эмбриона человека. Установле*
но, что инфекционный вирус парагриппа образуется раньше агглютинирующего ан*
тигена. Цитоморфологическими методами установлено, что поражение ядер и ци*
топлазмы в инфицированной клетке происходит одновременно. Отличительным те*
стом для парагриппозных инфекций является образование цитоплазматических вклю*
чений и симпластов. Морфологический метод более чувствителен по сравнению с
реакциями гемадсорбции и агглютинации, так как уже через 24 часа после зараже*
ния выявлены изменения в клетке.
Ключевые слова: парагрипп, клетки почек эмбриона человека, вирусы.
3D structure of which is freely available in
the ProteinDataBank under the code 4MT2.
The comparison between complexes Zn7*
MT, Cd7*MT, Hg7*MT demonstrates their
structural proximity, in the presence of
areas, in which there are significant
differences that probably might be
fundamental for the intracellular recognition
and transportation of differently loaded
complexes into the appropriate
compartments for the excretion (in case of
toxic metals) and usage (in case of Zinc).
Keywords: metallothionein, zinc,
cadmium, mercury, modeling of the
structure of the complex, semi$empirical
quantum$chemical program Molecular
Orbital PACkage MOPAC®
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-134739 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 1818-9385 |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-12-07T17:37:35Z |
| publishDate | 2014 |
| publisher | Фізико-хімічний інститут ім. О.В. Богатського НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Полищук, П.Г. Пыхтеева, Е.Г. Христова, Т.М. 2018-06-14T07:45:56Z 2018-06-14T07:45:56Z 2014 Моделирование комплексов металлотионеина МТ-2 крысы с различными ионами металлов полуэмпирическим методом PM7 / П.Г. Полищук, Е.Г. Пыхтеева, Т.М. Христова // Актуальні проблеми транспортної медицини. — 2014. — № 1 (35). — С. 79-86. — Бібліогр.: 11 назв. — рос. 1818-9385 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/134739 544.13 Сочетание у металлотионеина (МТ) детоксикационных функций по отношению к токсичным d¹⁰-металлам (Cd, Hg) и функций направленного транспорта по отношению к эссенциальным d¹⁰-металлам (Zn, Cu), ставит на повестку дня поиск структурных предпосылок, позволяющих на молекулярном уровне проводить распознавание по-разному нагруженных молекул МТ, направляя их в лизосомы для утилизации и выведения в случае связывания с токсичными металлами или к рибосомам, ядру и эндоплазматическому ретикулуму в случае связывания с эссенциальными металлами. Основой для такого распознавания может являться структурное различие образуемых комплексов. Для построенных комплексов Zn₇-MT, Cd₇-MT, Hg₇ -MT была проведена оптимизация их геометрии с помощью полуэмпирического квантово-химического пакета MOPAC® методом PM7 с учетом воды как растворителя в виде континуальной модели COSMO. В качестве исходного был выбран металотионенин-2 (МТ-2) крысы, для которого имеются данные рентгеноструктурного анализа и 3D структура которого свободно доступна в ProteinDataBank под кодом 4MT2. Сравнение комплексов Zn₇-MT, Cd₇-MT, Hg₇ -MT показывает их структурную близость, при наличии областей, в которых существуют значительные отличия, которые, вероятно, могут быть основой для внутриклеточного распознавания и транспорта по-разному нагруженных комплексов в соответствующие компартменты для выведения (в случае токсичных металлов) или использования (в случае цинка). Поєднання у металотіонеїні (МТ) детоксикаційних функцій по відношенню
 до токсичних d¹⁰- металів (Cd, Hg) і
 функцій спрямованого транспорту по
 відношенню до есенціальних d¹⁰-металів
 (Zn, Cu), ставить на порядок денний пошук структурних передумов, що дозволяють на молекулярному рівні проводити розпізнавання по-різному навантажених молекул МТ, направляючи їх в лізосоми для утилізації та виведення у разі
 зв’язування з токсичними металами або
 до рибосом, ядра і ендоплазматичного
 ретикулуму у разі зв’язування з ессенціальними металами. Основою для такого
 розпізнавання може бути структурна
 відмінність утворених комплексів. Для
 побудованих комплексів Zn₇-MT, Cd₇-MT,
 Hg₇ -MT була проведена оптимізація їх
 геометрії за допомогою напівемпіричного квантово-хімічного пакету MOPAC®
 методом PM7 з урахуванням води як
 розчинника у вигляді континуальної моделі COSMO. В якості вихідного був обраний металотіонеїн-2 (МТ-2) щури, для
 якого є дані рентгеноструктурного аналізу і 3D структура якого вільно доступна в ProteinDataBank під кодом 4MT2. Порівняння комплексів Zn₇-MT, Cd₇-MT,
 Hg₇ -MT показує їх структурну близькість, при
 наявності областей, в яких існують значні
 відмінності, які, ймовірно, можуть бути
 основою для внутрішньоклітинного розпізнавання і транспорту по-різному навантажених комплексів у відповідні компартменти для виведення (у разі токсичних металів) або використання (у разі
 цинку). Nowadays it is urgent to consider the
 combination of the metallothionein‘s (MT)
 detoxification functions relatively to the
 toxic d – 10 — metals (Cd, Hg) and
 functions of the directed transportation
 relatively to the essential d 10 –metals (Zn,
 Cu) that puts on the agenda the research
 of structural conditions, which allow to
 recognize on the molecular level the
 differently loaded molecules MT, directing
 them into the lysosomes for the utilization
 and excretion in case of binding with toxic
 metals or with ribosomes, nucleuses and
 endoplasmic reticulum in case of binding
 with essential metals. The base of such
 recognition may be the structural difference
 of the established complexes. For the
 formed complexes Zn7-MT, Cd7-MT, Hg7-
 MT has been hold an optimization of their
 geometry by the aid of semi-empirical
 quantum-chemical program Molecular
 Orbital PACkage (MOPAC®) by the method
 of PM7 considering the water as solvent in
 the form of continuum model COSMO. The
 metallothionein-2 (MT-2) of the rat has
 been chosen as an initial, for which there
 are the data of X-ray diffraction analysis and 3D structure of which is freely available in
 the ProteinDataBank under the code 4MT2.
 The comparison between complexes Zn7-
 MT, Cd7-MT, Hg7-MT demonstrates their
 structural proximity, in the presence of
 areas, in which there are significant
 differences that probably might be
 fundamental for the intracellular recognition
 and transportation of differently loaded
 complexes into the appropriate compartments for the excretion (in case of
 toxic metals) and usage (in case of Zinc). ru Фізико-хімічний інститут ім. О.В. Богатського НАН України Актуальні проблеми транспортної медицини Экспериментальные исследования Моделирование комплексов металлотионеина МТ-2 крысы с различными ионами металлов полуэмпирическим методом PM7 Моделювання комплексів металотіонеїну МТ-2 щура з різними іонами металів напівемпіричним методом PM7 The modeling of complexes of rat metallothionein MT-2 with the variable metal ions by the application of semi-empirical method PM7 Article published earlier |
| spellingShingle | Моделирование комплексов металлотионеина МТ-2 крысы с различными ионами металлов полуэмпирическим методом PM7 Полищук, П.Г. Пыхтеева, Е.Г. Христова, Т.М. Экспериментальные исследования |
| title | Моделирование комплексов металлотионеина МТ-2 крысы с различными ионами металлов полуэмпирическим методом PM7 |
| title_alt | Моделювання комплексів металотіонеїну МТ-2 щура з різними іонами металів напівемпіричним методом PM7 The modeling of complexes of rat metallothionein MT-2 with the variable metal ions by the application of semi-empirical method PM7 |
| title_full | Моделирование комплексов металлотионеина МТ-2 крысы с различными ионами металлов полуэмпирическим методом PM7 |
| title_fullStr | Моделирование комплексов металлотионеина МТ-2 крысы с различными ионами металлов полуэмпирическим методом PM7 |
| title_full_unstemmed | Моделирование комплексов металлотионеина МТ-2 крысы с различными ионами металлов полуэмпирическим методом PM7 |
| title_short | Моделирование комплексов металлотионеина МТ-2 крысы с различными ионами металлов полуэмпирическим методом PM7 |
| title_sort | моделирование комплексов металлотионеина мт-2 крысы с различными ионами металлов полуэмпирическим методом pm7 |
| topic | Экспериментальные исследования |
| topic_facet | Экспериментальные исследования |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/134739 |
| work_keys_str_mv | AT poliŝukpg modelirovaniekompleksovmetallotioneinamt2krysysrazličnymiionamimetallovpoluémpiričeskimmetodompm7 AT pyhteevaeg modelirovaniekompleksovmetallotioneinamt2krysysrazličnymiionamimetallovpoluémpiričeskimmetodompm7 AT hristovatm modelirovaniekompleksovmetallotioneinamt2krysysrazličnymiionamimetallovpoluémpiričeskimmetodompm7 AT poliŝukpg modelûvannâkompleksívmetalotíoneínumt2ŝurazríznimiíonamimetalívnapívempíričnimmetodompm7 AT pyhteevaeg modelûvannâkompleksívmetalotíoneínumt2ŝurazríznimiíonamimetalívnapívempíričnimmetodompm7 AT hristovatm modelûvannâkompleksívmetalotíoneínumt2ŝurazríznimiíonamimetalívnapívempíričnimmetodompm7 AT poliŝukpg themodelingofcomplexesofratmetallothioneinmt2withthevariablemetalionsbytheapplicationofsemiempiricalmethodpm7 AT pyhteevaeg themodelingofcomplexesofratmetallothioneinmt2withthevariablemetalionsbytheapplicationofsemiempiricalmethodpm7 AT hristovatm themodelingofcomplexesofratmetallothioneinmt2withthevariablemetalionsbytheapplicationofsemiempiricalmethodpm7 |