Home › Наука › Компьютерное моделирование биомолекулярных систем

Компьютерное моделирование биомолекулярных систем

Gurt1Руководитель направления:
д.ф.-м.н., доцент  Гуртовенко Андрей Алексеевич
e-mail: a.gurtovenko на biosimu.org
web: http://biosimu.org
тел. +7(812)328-56-01

Тематика научных исследований:

Основным направлением проводимых научных исследований является использование современных методов компьютерного моделирования для изучения структуры и свойств сложных биомолекулярных систем.

Объекты исследования

  • биологические мембраны
  • ДНК
  • белковые молекулы

Основные методы исследования:

  • Компьютерное моделирование методом молекулярной динамики (атомистические модели, а также огрубленные, крупнозернистые силовые поля).
  • Квантово-химические расчеты (расчет парциальных зарядов, уточнение полуэмпирических силовых полей).

Краткий перечень проводимых исследований:

  1. Структура и свойства клеточных мембран

Разработка новых, более реалистичных моделей липидных компонентов клеточных мембран: учет трансмембранной асимметрии в распределении фосфолипидов и холестерина, а также исследование эффектов, связанных с присутствием в водных растворах ионов соли.

Gurt2

  1. A. A. Gurtovenko, I. Vattulainen, Lipid Transmembrane Asymmetry and Intrinsic Membrane Potential: Two Sides of the Same Coin, Journal of the American Chemical Society 129, 5358-5359 (2007). On-line
  2. A. A. Gurtovenko, I. Vattulainen, Effect of NaCl and KCl on Phosphatidylcholine and Phosphatidylethanolamin Lipid Membranes: Insight from Atomic-Scale Simulations for Understanding Salt-Induced Effects in the Plasma Membrane, Journal of Physical Chemistry B 112, 1953-1962 (2008). On-line
  3. A. A. Gurtovenko, I. Vattulainen, Membrane Potential and Electrostatics of Phospholipid Bilayers with Asymmetric Transmembrane Distribution of Anionic Lipids, Journal of Physical Chemistry B 112, 4629-4634 (2008). On-line
  4. A. A. Gurtovenko, I. Vattulainen, Intrinsic Potential of Cell Membranes: Opposite Effects of Lipid Transmembrane Asymmetry and Asymmetric Salt Ion Distribution, Journal of Physical Chemistry B 113, 7194-7198 (2009). On-line
  5. A. A. Gurtovenko, I. Vattulainen, Calculation of the Electrostatic Potential of Lipid Bilayers from Molecular Dynamics Simulations: Methodological Issues, Journal of Chemical Physics 130, 215107 (2009). On-line
  1. Перенос вещества через клеточные мембраны

Установление молекулярных механизмов контролируемого изменения проницаемости клеточных мембран с целью адресной доставки терапевтических молекул в клетки: изучение процессов формирования структурных дефектов (пор) под действием внешних факторов, таких как сильное электрическое поле (электропорация) и поверхностно-активные вещества (ДМСО, этанол и др.).

Gurt3Gurt4

  1. A. A. Gurtovenko, I. Vattulainen, Pore Formation Coupled to Ion Transport through Lipid Membranes as Induced by Transmembrane Ionic Charge Imbalance: Atomistic Molecular Dynamics Study, Journal of the American Chemical Society 127, 17570-17571 (2005). On-line
  2. A. A. Gurtovenko, I. Vattulainen, Ion Leakage Through Transient Water Pores In Protein-Free Lipid Membranes Driven by Transmembrane Ionic Charge Imbalance, Biophysical Journal 92, 1878-1890 (2007). On-line
  3. A. A. Gurtovenko, J. Anwar, Modulating the Structure and Properties of Cell Membranes: The Molecular Mechanism of Action of Dimethyl Sulfoxide, Journal of Physical Chemistry B 111, 10453-10460 (2007). On-line
  4. A. A. Gurtovenko, I. Vattulainen, The Molecular Mechanism of Lipid Flip-Flops, Journal of Physical Chemistry B 111, 13554-13559 (2007). On-line
  5. A. A. Gurtovenko, J. Anwa, Ion Transport through Chemically-Induced Pores in Protein-Free Phospholipid Membrane , Journal of Physical Chemistry B 111, 13379-13382 (2007). On-line
  6. A. A. Gurtovenko, O. I. Onike, J. Anwar, Chemically-Induced Phospholipid Translocation Across Biological Membranes, Langmuir 24, 9656-9660 (2008). On-line
  7. A. A. Gurtovenko, J. Anwar, Interaction of Ethanol with Biological Membranes: The Formation of Non-Bilayer Structures within the Membrane Interior and their Significance, Journal of Physical Chemistry B 113, 1983-1992 (2009). On-line
  8. A. A. Gurtovenko, J. Anwar, I. Vattulainen, Defect-Mediated Trafficking across Cell Membranes: Insights from In Silico Modeling, Chemical Reviews 110, 6077-6103 (2010). On-line
  9. A. A. Gurtovenko, A. S. Lyulina, Electroporation of Asymmetric Phospholipid Membranes, Journal of Physical Chemistry B 118, 9909-9918 (2014). On-line
  1. Взаимодействие полиэлектролитов и наночастиц с биологическими мембранами

Изучение молекулярных механизмов взаимодействия полиэлектролитов (полианионные молекулы ДНК и синтетические катионные полимеры) и заряженных наночастиц с биологическими мембранами. Данная проблема является ключевой при разработке методов контролируемого изменения проницаемости биологических мембран с помощью водорастворимых поликатионов, а также для создания высокоэффективных и безопасных векторов доставки генного материала в клетки на основе липосом.

Gurt5

  1. E. Heikkila, A. A. Gurtovenko, H. Martinez-Seara, H. Hakkinen, I. Vattulainen, J. Akola, Atomistic Simulations of Functional Au144(SR)60 Gold Nanoparticles in Aqueous Environment, Journal of Physical Chemistry C 116, 9805-9815 (2012). On-line
  2. E. Heikkila, H. Martinez-Seara, A. A. Gurtovenko, M. Javanainen, H. Hakkinen, I. Vattulainen, J. Akola, Cationic Au Nanoparticle Binding with Plasma Membrane-Like Lipid Bilayers: Potential Mechanism for Spontaneous Permeation to Cells Revealed by Atomistic Simulations, Journal of Physical Chemistry C 118, 11131-11141 (2014). On-line
  3. E. Heikkila, H. Martinez-Seara, A. A. Gurtovenko, I. Vattulainen, J. Akola, Atomistic Simulations of Anionic Au144(SR)60 Nanoparticles Interacting with Asymmetric Model Lipid Membranes, Biochimica et Biophysica Acta (BBA) — Biomembranes 1838, 2852-2860 (2014). On-line
  1. Комплексы ДНК с катионными полимерами

Установление молекулярных механизмов образования супрамолекулярных комплексов ДНК с катионными полимерами различного химического строения: оптимизация существующих и создание новых, высокоэффективных векторов доставки генного материала на основе синтетических катионных полимеров.

  1. Изучение молекулярных основ трансформации прионных белков

Разработка реалистичных моделей высокого разрешения и исследование молекулярного механизма транформации прионных белков на примере дрожжевого белка Sup35.

Сотрудничество и кооперация:

  • Институт высокомолекулярных соединений
  • Московский государственный университет
  • Tampere University of Technology, Finland
  • Freiburg University, Germany

Состав научной группы:

  • Антипина Александра Юрьевна (аспирантка 3-го года обучения)
  • Кондинская Диана Александровна (магистрантка 1 года обучения)
  • Кострицкий Андрей Юрьевич (магистрант 1 года обучения)

Темы курсовых работ

Любая тема, близкая к тематике исследования.