Научный руководитель: Солдатов Александр Владимирович, Доктор физико-математических наук

Металлотионеины - это небольшие, богатые цистином (Cys) белки, которые присоединяют к себе Zn, Cd, Cu и другие металлы. Они встречаются всюду в живой природе и вовлечены в накопление и вывод тяжелых металлов из организма и, возможно, в поддержание необходимого уровня Zn и Cd в организме. Для понимания механизма связывания металлов белком важно знать с высокой степенью точности структуру активных центров белка. Как было показано методами рентгеновской дифракции Cd -Zn металлотионеин состоит из двух глобул и . -глобула содержит Me₄Cys₁₁ кластер, а -глобула - Me₃Cys₉ кластер. В ряде работ методом ЯМР спектроскопии была определена трехмерная структура всего белка с атомами Cd в активных центрах, а методом рентгеновской дифракции - структура Cd₅Zn₂ металлотионеина. В настоящее время этими методами определения структуры достигнут атомный предел разрешения: позиция одиночного атома в белке определяется с точностью порядка 1 ангстрема. Это является одной из причин того, что данные о структуре активных центров белка различаются. Субатомное разрешение (порядка 0.1 ангстрема) при определении структуры вокруг атомов металла может быть достигнуто с использованием методов рентгеновской спектроскопии поглощения (XANES и EXAFS спектроскопии). С использованием EXAFS возможно определение расстояний и координационных чисел в первых сферах окружения, но этот метод не чувствителен к углам связей. Ближняя же область рентгеновского спектра поглощения (XANES) содержит информацию и о межатомных расстояниях, и об углах связи.

Нами были проведены теоретические расчеты Zn K-XANES спектров Zn₇-металлотионеина, в формализме полного многократного рассеяния в сочетании с расчетом потенциала методом самосогласованного поля рассеянных волн с локальным обменом в модели Слейтера. Так как очень трудно проводить самосогласованный расчет потенциала для большого кластера без симметрии, задача была разделена на две: расчет потенциала производился для кластера минимального размера, в который входят все типы атомов активного центра, а расчет спектра поглощения производился в кластере большого размера. Была исследована зависимость теоретического спектра от количества атомов в большом кластере. Показано, что спектр чувствителен к положениям приблизительно тридцати атомов ближайших к поглощающему.

Для определения геометрии окружения металла были расчитаны теоретические спектры для серии моделей активных центров ( их код в международной базе данных PDB: модель1-1mhu, 2mhu; модель2- 1mrb, 2mrb; модель3- 1mrt, 2mrt; модель4- 1qjk, 1qjl) и проведено сравнение с экспериментальными данными (рис 1).

В качестве главного критерия согласия теоретического и экспериментального спектров было энергетическое совпадение положений пиков, а в качестве моделей геометрической структуры использовались данные, полученные раннее методом ЯМР-спектроскопии, с измененными расстояниями металл-сера, но теми же углами связи.

Энергетическое положение пика C, тем не менее, зависит от модели геометрии активного центра и воспроизводится только в четвертой модели (рис 1). Это позволяет утверждать, что наиболее реалистичной моделью активных центров Zn₇-тионеина является четвертая модель с сокращенным на 8% расстоянием металл-сера.