Russian Journal of Biological Physics and Chemisrty Russian Journal of Biological Physics and Chemisrty АКТУАЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ БИОЛОГИЧЕСКОЙ ФИЗИКИ И ХИМИИ 2499-9962 83063 10.29039/rusjbpc.2023.0583 ОБЩАЯ И МОЛЕКУЛЯРНАЯ БИОФИЗИКА GENERAL AND MOLECULAR BIOPHYSICS ОБЩАЯ И МОЛЕКУЛЯРНАЯ БИОФИЗИКА ELECTRONIC PARAMETERS OF CONFORMATIONAL STATES OF ABETA-AMYLOID PEPTIDE (25-35) ЭЛЕКТРОННЫЕ ПАРАМЕТРЫ КОНФОРМАЦИОННЫХ СОСТОЯНИЙ БЕТА-АМИЛОИДНОГО ПЕПТИДА (25-35) Агаева Г. А. Agaeva G. A. gulshen@mail.ru Наджафова Г. З. Najafova G. Z. Бакинский государственный университет Баку Азербайджан Baku State University Baku Azerbaijan Азербайджано-Французский Университет (УФАЗ) Баку Азербайджан French-Azerbaijan University (UFAZ) Baku Azerbaijan 16 05 2024 16 05 2024 8 1 21 26 12 07 2023 https://rusjbpc.ru/en/nauka/article/83063/view

Методами молекулярного моделирования исследованы электронные характеристики стабильных конформационных состояний бета-амилоидного пептида (25-35). Бета-амилоидный пептид (Аβ) является основным компонентом сенильных бляшек, обнаруживаемых в головном мозге пациентов с болезнью Альцгеймера. Aβ (25-35) фрагмент молекулы с аминокислотной последовательностью Gly-Ser-Asn-Lys-Gly-Ala-Ile-Ile-Gly-Leu-Met. Показано, что конформационные особенности молекулы во многом определяются ее окружением, поэтому целью настоящей работы было изучение различий конформаций бета-пептида амилоида (25-35) в вакууме и в слабополярной среде методами молекулярной механики и квантово-химических расчетов. Исследования были проведены в два этапа: 1) определены геометрические и энергетические параметры низкоэнергетических конформационных состояний указанного пептида, 2) рассчитаны электронные характеристики установленных низкоэнергетических конформаций данных молекулы Расчеты показали, что конформационное поведение этого пептида может быть описано набором подобных низкоэнергетических конформаций, имеющих α-спиральную структуру на С-концевой последовательности. Было показано также, что низкоэнергетические структуры амилоидного бета-пептида (25-35) обладают наиболее благоприятными дисперсионными контактами и, следовательно, можно ожидать, что они станут наиболее предпочтительными в слабополярной среде, когда электростатические взаимодействия не играют существенной роли. Были также исследованы допустимые изменения значений двугранных углов амилоидного бета-пептида (25-35) в энергетически предпочтительной конформации и стабильность элементов вторичной структуры. Были получены и сопоставлены распределение электронной плотности и эквипотенциальные поверхности в энергетически предпочтительных конформациях бета-амилоидного пептида (25-35). Квантовохимический расчет показал, что наиболее большие отрицательные заряды в пептиде сконцентрированы именно на атомах кислорода карбонильных групп и атомах азота аминогруппы. Были получены и сопоставлены распределение электронной плотности и эквипотенциальные поверхности в энергетически предпочтительных конформациях бета-амилоидного пептида (25-35).

The electronic characteristics of stable conformational states of beta-amyloid peptide (25-35) have been studied by molecular modeling methods. Beta-amyloid peptide (Aβ) is the main component of senile plaques found in the brains of patients with Alzheimer's disease. Aβ (25-35) fragment of a molecule with the amino acid sequence Gly-Ser-Asn-Lys-Gly-Ala-Ile-Ile-Gly-Leu-Met. It has been shown that the conformational features of a molecule are largely determined by its environment; therefore, the aim of this work was to study the differences in the conformations of amyloid beta-peptide (25-35) in vacuum and in a low-polarity medium using the methods of molecular mechanics and quantum chemical calculations. The studies were carried out in two stages: 1) the geometric and energy parameters of the low-energy conformational states of the indicated peptide were determined, 2) the electronic characteristics of the established low-energy conformations of these molecule were calculated. Calculations showed that the conformational behavior of this peptide can be described by a set of similar low-energy conformations with structure on the C-terminal sequence. It has also been shown that the low-energy structures of the amyloid beta-peptide (25-35) have the most favorable dispersion contacts and, therefore, it can be expected that they will become most preferable in a low-polarity environment, when electrostatic interactions do not play a significant role. Permissible changes in the dihedral angles of the amyloid beta-peptide (25-35) in the energetically preferred conformation and the stability of secondary structure elements were also investigated. The distribution of electron density and equipotential surfaces in the energetically preferred conformations of the beta-amyloid peptide were obtained and compared (25-35). Quantum chemical calculations showed that the largest negative charges in the peptide are concentrated precisely on the oxygen atoms of the carbonyl groups and the nitrogen atoms of the amino group. The distribution of electron density and equipotential surfaces in the energetically preferred conformations of the beta-amyloid peptide (25-35) were obtained and compared.

 бета-амилоидный пептид (25-35) квантово-химический расчет метод молекулярной механики конформация beta-amyloid peptide (25-35) quant-chemical calculations method molecular mechanics method conformation

Beyreuther K., Masters C.L. Alzheimer’s disease: the ins and outs of amyloid. Nature, 1997, vol. 389, pp. 677-678. Beyreuther K., Masters C.L. Alzheimer’s disease: the ins and outs of amyloid. Nature, 1997, vol. 389, pp. 677-678. Kohno T., Kobayashi K., Maeda T., Sato K., Takashima A. Three-dimensional structures of the amyloid β-peptide (25–35) in membrane-mimicking environment. Biochemistry, 1996, vol. 35, pp. 16094-16104. Kohno T., Kobayashi K., Maeda T., Sato K., Takashima A. Three-dimensional structures of the amyloid β-peptide (25–35) in membrane-mimicking environment. Biochemistry, 1996, vol. 35, pp. 16094-16104. Shanmugam G., Jayakumar R. Structural analysis of amyloid beta peptide fragment (25-35) in different microenvironments. Biopolymers, 2004, vol. 76, pp. 421-434. Shanmugam G., Jayakumar R. Structural analysis of amyloid beta peptide fragment (25-35) in different microenvironments. Biopolymers, 2004, vol. 76, pp. 421-434. Агаева Г.А., Агаева У.Т., Годжаев Н.М. Особенности пространственной организации молекул гемокинина-1 человека и гемокинина-1 мыши/крысы. Биофизика, 2015, т. 60, вып. 3, с. 457-470. Agaeva G.A., Agaeva U.T., Gojaev N.M. Features of the spatial organization of human hemokinin-1 and mouse/rat hemokinin-1 molecules. Biophysics, 2015, vol. 60, iss. 3, pp. 457-470. (In Russ.). IUPAC-IUB Commision on Biochemical Nomenclature Abbreviations and symbols for description of conformation of polypeptide chains. Pure Appl. Chem., 1974, vol. 40, pp. 291-308. IUPAC-IUB Commision on Biochemical Nomenclature Abbreviations and symbols for description of conformation of polypeptide chains. Pure Appl. Chem., 1974, vol. 40, pp. 291-308. Максумов И.С., Исмаилова Л.И., Годжаев Н.М. Программа полуэмпирического расчета конформаций молекулярных комплексов на ЭВМ. Журнал структурной химии, 1983, т. 24, № 4, с. 147-148. Maksumov I.S., Ismailova L.I., Gojaev N.M. The program of semi-empirical calculation of conformations of molecular complexes on a computer. Journal of Structural Chemistry, 1983, vol. 24, no. 4, pp. 147-148 (In Russ.). Chem 3D Pro, “Molecular Modeling and Analysis”, Cambridge Soft Corporation, 875 Massachusetts, 02139 U.S.A (2005). Chem 3D Pro, “Molecular Modeling and Analysis”, Cambridge Soft Corporation, 875 Massachusetts, 02139 U.S.A (2005).