В тилакоидах цианобактерий, а также в других фотосинтезирующих организмах образование молекулярного кислорода с использованием энергии света осуществляет липид-пигмент-белковый комплекс, называемый фотосистемой II (ФСII). Кислород-выделяющий комплекс расположен в глубине люменальной части ФСII, и молекулам воды, чтобы попасть в активный центр, и молекулам диоксида, чтобы освободить активный центр фермента, необходимо преодолеть белковое окружение. Предыдущие исследования по выявлению кислородных и водных каналов в ФСII основаны либо на анализе полостей внутри ее статической структуры, либо на экспериментах по внедрению молекул благородных газов в кристаллы ФСII под давлением. Это позволило определить некоторые возможные пути выхода молекул, а также статические положения молекулярного кислорода. В данной работе проведено моделирование движения молекул воды и кислорода в транспортной системе ФСII методом молекулярной динамики. Разработана программа и предложены критерии для автоматизации процесса анализа молекулярно-динамических траекторий движения молекул внутри фотосистемы II.
фотосистема II, молекулярная динамика
1. Umena Y., Kawakami K., Shen J.R. [et al.] Crystal structure of oxygen-evolving photosystem II at a resolution of 1.9 Å. Nature, 2011, vol. 473, pp. 55-60.; DOI: https://doi.org/10.1038/nature09913; EDN: https://elibrary.ru/XSQUNE
2. Yano J., Yachandra V. Mn4Ca Cluster in Photosynthesis: Where and How Water is Oxidized to Dioxygen. Chem. Rev., 2014, vol. 114, pp. 4175-4205.; DOI: https://doi.org/10.1021/cr4004874; EDN: https://elibrary.ru/SPPXJT
3. Gabdulhakov A., Guskov A. [et al.] Probing the Accessibility of the Mn4Ca Cluster in Photosystem II: Channels Calculation, Noble Gas Derivatization, and Cocrystallization with DMSO. Structure, 2009, vol. 17, pp. 1223-1234.; DOI: https://doi.org/10.1016/j.str.2009.07.010; EDN: https://elibrary.ru/NAGMHV
4. Ho F.M., Styring S. Access channels and methanol binding site to the CaMn4 cluster in Photosystem II based on solvent accessibility simulations, with implications for substrate water access. Biochim. Biophys. Acta - Bioenerg., 2008., vol. 1777, no. 2, pp. 140-153.
5. Murray J.W., Maghlaoui K., Kargul J. [et al.] Analysis of xenon binding to photosystem II by X-ray crystallography. Photosynth. Res., 2008, vol. 98, no. 1-3, pp. 523-527.; DOI: https://doi.org/10.1007/s11120-008-9366-2; EDN: https://elibrary.ru/ZCFWYI
