Russian Journal of Biological Physics and Chemisrty Russian Journal of Biological Physics and Chemisrty АКТУАЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ БИОЛОГИЧЕСКОЙ ФИЗИКИ И ХИМИИ 2499-9962 54017 МОЛЕКУЛЯРНАЯ БИОФИЗИКА И ФИЗИКА БИОМОЛЕКУЛ MOLECULAR BIOPHYSICS AND PHYSICS OF BIOMOLECULES МОЛЕКУЛЯРНАЯ БИОФИЗИКА И ФИЗИКА БИОМОЛЕКУЛ PHYSICAL MODEL OF ALLOSTERIC MECHANISM OF THE EFFECT OBSERVED IN THE VISUAL RHODOPSIN WHEN EXPOSED TO LIGHT ФИЗИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ МЕХАНИЗМА АЛЛОСТЕРИЧЕСКОГО ЭФФЕКТА, НАБЛЮДАЕМОГО В ЗРИТЕЛЬНОМ РОДОПСИНЕ ПРИ ВОЗДЕЙСТВИИ СВЕТА Васильева-Вашакмадзе Н С Vassilieva-Vashakmadze N S nonavas@rambler.ru Тоидзе П Л Toidze P L Гахокидзе Р А Gakhokidze R A Манукян А С Manukyani A S Тбилисский государственный университет им. Ив. Джавахишвили ru Iv. Javakhishvili Tbilisi State University ru Тбилисский государственный университет им. Ив. Джавахишвили ru Iv. Javakhishvili Tbilisi State University ru Тбилисский государственный университет им. Ив. Джавахишвили ru Iv. Javakhishvili Tbilisi State University ru Тбилисский государственный университет им. Ив. Джавахишвили ru Iv. Javakhishvili Tbilisi State University ru 25 06 2016 25 06 2016 1 1 153 156 20 06 2016 20 06 2016 https://rusjbpc.ru/en/nauka/article/54017/view

На основе использования классической электродинамики приводится соотношение, выражающее связь между перераспределением электронной плотности в зрительном родопсине при воздействии света и появлением деформирующей силы, изменяющей конфигурацию α-спиральной субъединицы опсина - белковой компоненты зрительного родопсина, т.е. силы вызывающей аллостерический эффект. Для уточнения полученного соотношения применялась квантовая теория молекул - метод самосогласованного поля (ССП), в рамках которого получено уточненное соотношение между сдвигом электронной плотности и деформирующей силой. Был проведен компьютерный эксперимент с использованием программы HyperChem, основанной на квантовой теории молекул. Результаты, полученные в ходе компьютерного эксперимента, приведенные на рисунках, иллюстрируют корреляцию между смещением электронной плотности в системе и изменением пространственной конфигурации (конформационным сдвигом) в α-спиральной субъединице т.е. аллостерический эффект.

Based on the use of classical electrodynamics, here is presented a ratio expressing the relationship between the redistribution of electron density in visual rhodopsin exposed to light and appearance of deforming force that changes the configuration of opsin's α-helical subunits - the protein component of visual rhodopsin, i.e. the force causing an allosteric effect. To specify the obtained relation, quantum theory of molecules has been applied - a method of self-consistent field (SCF), in which we obtained more accurate relationship than classical between the shift of electron density and deforming force. Computer experiment has been held using HyperChem program, which is based on the quantum theory of molecules. The results obtaining during computer simulation (shown in the figures) illustrate the correlation between displacement of electron density in the system and change of spatial configuration (conformation shift) in the α-spiral subunit, allosteric effect.

 аллостерический эффект зрительный родопсин конформационный сдвиг активация родопсина allosteric effect visual rhodopsin conformation shift rhodopsin activation

Shichida Y., Imai H. Visual pigment: G-protein-coupled receptor for light signals. Cell Mol Life Sci., 1998, vol. 54 (12), pp. 299-315. Shichida Y., Imai H. Visual pigment: G-protein-coupled receptor for light signals. Cell Mol Life Sci., 1998, vol. 54 (12), pp. 299-315. Каламкаров Г.Р., Островский М.А. Молекулярные механизмы зрительной рецепции. М: Наука, 2002, с.11-22. [(In Russ.)] Kalamkarov G.R., Ostrovskiy M.A. Molekulyarnye mehanizmy zritel'noy recepcii. M: Nauka, 2002, s.11-22. [(In Russ.)] Скулачев В.П. Рассказы о биоэнергетике. 2 изд. Молодая гвардия,1982, 150 c. [Kalamkarov G.R., Ostrovsky M.A. Molecular mechanisms of visual reception. M: Nauka, 2002, 150 p. (In Russ.)] Skulachev V.P. Rasskazy o bioenergetike. 2 izd. Molodaya gvardiya,1982, 150 c. [Kalamkarov G.R., Ostrovsky M.A. Molecular mechanisms of visual reception. M: Nauka, 2002, 150 p. (In Russ.)] Hodgkin A.L., Huxley A.F. A quantitative description of membrane current and its application to conduction and excitation in nerve. J. Physiol., 1952, no. 117, pp. 500-544. Hodgkin A.L., Huxley A.F. A quantitative description of membrane current and its application to conduction and excitation in nerve. J. Physiol., 1952, no. 117, pp. 500-544. Amstrong C.M., Bezanilla F. Charge movement associated with the opening and closing of the activation gates of the Na channels. J. Gen. Physiol., 1974, vol. 63 (5), pp. 533-552. Amstrong C.M., Bezanilla F. Charge movement associated with the opening and closing of the activation gates of the Na channels. J. Gen. Physiol., 1974, vol. 63 (5), pp. 533-552. Vasilieva-Vashakmadze N.S. Physical mechanisms of biological proceses. LAP Lambert Ac., Pub., Saarbruken, 2014, 100 p. Vasilieva-Vashakmadze N.S. Physical mechanisms of biological proceses. LAP Lambert Ac., Pub., Saarbruken, 2014, 100 p. Васильева-Вашакмадзе Н.С. О внутренней взаимосвязи между аллостерическим, мезомерным и индуктивным эффектами. Матер. докл. V съезда Биофизиков России, Ростов-на-Дону, 2015, т. 1, с. 72. [Vasilieva- Vashakmadze N.S. The intrinsic relationship between allosteric, mesomeric and inductive effects. Rep. Mater. V Congress of Russian Biophysicists. Rostov-na-Dony, 2015, vol. 1, p.72. (In Russ.)] Vasil'eva-Vashakmadze N.S. O vnutrenney vzaimosvyazi mezhdu allostericheskim, mezomernym i induktivnym effektami. Mater. dokl. V s'ezda Biofizikov Rossii, Rostov-na-Donu, 2015, t. 1, s. 72. [Vasilieva- Vashakmadze N.S. The intrinsic relationship between allosteric, mesomeric and inductive effects. Rep. Mater. V Congress of Russian Biophysicists. Rostov-na-Dony, 2015, vol. 1, p.72. (In Russ.)] Vasilieva-Vashakmadze N.S., Toidze P.L., Khachatryan I., Gakhokidze R.A., Archvadze K. To computer model for some biological hypothesis. Report for Enlarged Session of the Seminar Mathem., Tbilisi, 2013, p. 23. Vasilieva-Vashakmadze N.S., Toidze P.L., Khachatryan I., Gakhokidze R.A., Archvadze K. To computer model for some biological hypothesis. Report for Enlarged Session of the Seminar Mathem., Tbilisi, 2013, p. 23. Мак-Вини Р., Сатклиф Б. Квантовая иеханика молекул. М: Мир, 1990, 381 с. [McWeeny R., Satkliffe B. Molecular quantum mechanics. M: Mir, 1990, 381p. (In Russ.)] 8. Mak-Vini R., Satklif B. Kvantovaya iehanika molekul. M: Mir, 1990, 381 s. [McWeeny R., Satkliffe B. Molecular quantum mechanics. M: Mir, 1990, 381p. (In Russ.)] 8.