Рабочий семинар
cектора информатики и биофизики сложных систем

Семинары проходят по четвергам в 11:00 в аудитории 124 (компьютерный класс). Чтобы принять участие в работе семинара, оставьте заявку с темой предполагаемого доклада на web-форуме семинара или отправьте письмо по электронной почте на адрес mathbio@biophys.msu.ru.

17.05.2012 Еськов Валерий Матвеевич (Сургутский государственный университет). Микростохастическое поведение биологических динамических систем.

Архив: 2012 – 2011 – 2010 – 2009 – 2008 – 2007 – 2006 год

19.01.2012 Антал Тарас Корнелиевич, Маслаков Алексей (МГУ имени М.В. Ломоносова, Биологический факультет, кафедра биофизики). Математический анализ и моделирование начальной фазы на кинетической кривой световой индукции флуоресценции хлорофилла в условиях дефицита основных элементов питания

В докладе представлены результаты исследования специфического влияния недостатка серы на начальную стадию (OJ) на кинетической кривой флуоресценции хлорофилла, индуцированной светом высокой интенсивности (OJIP кривая). Известно, что начальный подъем флуоресценции и выход на насыщение (OJ) протекают быстрее в клетках зеленых водорослей, выращенных в условиях дефицита серы или азота, и это действие голодания не связано с изменением поперечного сечения поглощения ФС 2. Двухкомпонентный анализ OJ фазы, измеренной с высоким разрешением в голодающих по сере клетках зеленой водоросли Chlamydomonas reinhardtii показал, что данный эффект обусловлен, главным образом, снижением амплитуды медленного компонента, ассоциированного с бета-типом ФС 2, снижением времени жизни быстрого компонента, относящегося к альфа-центрам ФС 2, а также преобразованием формы быстрого компонента с сигмоидной на экспоненциальную. Аналогичные изменения компонентного состава индукционной кривой наблюдались также в контрольных (не голодающих) клетках после кратковременной анаэробной инкубации, индуцирующей восстановительные условия. Моделирование начальной фазы кинетической кривой, проведенное с учетом энергетического взаимодействия между центрами в димере альфа-ФС 2, выявило вероятные механизмы взаимосвязи между восстановительными условиями в голодающей клетке и изменением свойств быстрого компонента.

26.01.2012 Антал Тарас Корнелиевич (МГУ имени М.В. Ломоносова, Биологический факультет, кафедра биофизики), Макаров Сергей (МГУ имени М.В. Ломоносова, Физический факультет, кафедра компьютерных методов физики). Моделирование индукционной кривой флуоресценции хлорофилла (OJIP)

В докладе обсуждаются механизмы, лежащие в основе трехстадийного процесса увеличения выхода флуоресценции хлорофилла при освещении адаптированных к темноте образцов светом высокой интенсивности (OJIP кривая). Предполагается, что начальная стадия роста флуоресценции (OJ) обусловлена восстановлением акцепторной стороны ФС 2, в то время как стадия JIP модулируется редокс состоянием пула пластохинонов. Так, фаза роста JI отражает установление равновесия между восстановлением пула пластохинонов фотосистемой 2 и его реокислением цитохромным комплексом b₆f. Mедленная стадия IP связана с дальнейшим восстановлением пула пластохинонов в результате снижения скорости его реокисления. Последнее происходит из-за восстановления переносчиков электронов на участке между цитохромным комплексом b₆f и ферредоксином. Предполагаемые механизмы согласуется с экспериментальными данными по действию на индукционную кривую дибромотимохинона -ингибитора реокисления пластохинонов цитохромным комплексом b₆f, и метилвиологена - акцептора электронов с ФС1. На основании высказанных предположений представлена математическая модель OJIP кривой с учетом пространственной неоднородности электрон транспортной цепи в тилакоидных мембранах.

9.02.2012 Подгорный Константин Алексеевич (Учреждение Российской Академии наук Институт биологии внутренних вод им. И.Д. Папанина РАН). Математическое моделирование трансформации соединений биогенных элементов в пресноводных экосистемах нестратифицированных водоемов (по результатам кандидатской диссертации).

16.02.2012 Луковенков Александр Васильевич (Институт биохимической физики им. М.Н. Эмануэля РАН). Устойчивость в химических и биологических системах.

В работе на основе общих принципов теории устойчивости анализируется кинетика химических, биохимических и популяционных процессов. Дается описание как широко известных, так и не встречающихся в доступной автору литературе алгоритмов анализа устойчивости систем дифференциальных уравнений химической и биологической кинетики. В качестве модельных систем, на которых иллюстрируются общие математические закономерности, используются цепные и автокаталитические реакции, многостадийные полиферментные цепи (в т. ч. метаболические процессы в мозге в норме и при тяжелой травме), кинетика жидкофазного окисления углеводородов в режимах линейного и квадратичного обрыва цепи, кинетика восстановления pH при лечении диабетического кетоацидоза инфузионным методом, а также динамика популяции человека.

15.03.2012 Кузьминов Федор (кафедра квантовой электроники Физического факультета МГУ имени М.В. Ломоносова). Исследование процессов нефотохимического тушения в цианобактериях методами флуоресцентной спектроскопии.

Строение фотосинтетического аппарата и протекание различных стадий фотосинтеза у цианобактерий имеет ряд особенностей (в сравнении с растениями и водорослями); в частности, это касается процессов миграции возбуждений по светособирающей антенне и процессов нефотохимического тушения (НФХТ). Вспомогательные светособирающие пигменты цианобактерий (фикобилины) структурированы в виде внемембранных комплексов - фикобилисом (ФБС). Они обеспечивают эффективный светосбор и передачу энергии возбуждения на внутримембранную хлорофилл-содержащую антенну обеих фотосистем. В последние годы было показано наличие у цианобактерий особого механизма НФХТ, которое индуцируется сине-зеленым светом и приводит к значительному тушению флуоресценции ФБС. Данный механизм включает в себя фотоиндуцированное образование центра тушения (ЦТ), который крепится к ФБС и эффективно тушит возбужденные состояния фикобилинов, уменьшая поток возбуждений, идущих на реакционные центры фотосистем. Таким образом, условно механизм НФХТ можно разделить на процесс формирования ЦТ под воздействием сине-зеленого освещения и на процесс тушения возбужденных состояний фикобилинов при участии сформированного ЦТ. Результаты исследований данных процессов на примере цианобактерии Synechocystis sp. PCC 6803 представлены в докладе.

Для изучения процесса формирования ЦТ нами использовались методы переменной флуоресценции (PAM и FIRe), которые позволили выявить сложную молекулярную динамику взаимодействия различных белков, участвующих в НФХТ. Для определения механизмов тушения возбужденных состояний ФБС применялся метод нелинейной лазерной флуориметрии, позволивший определить молекулярные фотофизические параметры флуоресцирующих пигментов. Изменения в значениях фотофизических параметров при индукции НФХТ позволили сделать заключение о характере процесса и выявить мишень тушения возбужденных состояний ФБС.

22.03.2012 Дьяконова Александра Никитична (кафедра биофизики Биологического факультета МГУ имени М.В. Ломоносова). Многочастичное моделирование взаимодействия белков ферредоксина и гидрогеназы.

В электрон-транспортной цепи фотосинтеза белок ферредоксин (Фд) служит конечным акцептором электрона с фотосистемы I. Восстановленный Фд может передавать электрон на несколько белков: при линейном электронном транспорте он восстанавливает ферредоксин-НАДФ⁺-редуктазу (ФНР), при циклическом - цитохром b₆f-комплекс. Более того, электроны Фд могут использоваться в метаболических реакциях фиксации серы и азота. В некоторых организмах в определенных условиях Фд передает электроны на гидрогеназу - белок, способный восстанавливать протоны до молекулярного водорода, экологически чистого источника энергии. Этот процесс строго регулируется, и в зеленых водорослях Chlamydomonas sp. протекает только в анаэробных условиях при голодании по сере. Целью работы являлось создание модели взаимодействия Фд и гидрогеназы, учитывающей геометрию и электростатические свойства белков. На модели исследуется зависимость константы скорости связывания белков от свойств среды: ионной силы и pH. Поскольку основным конкурентом гидрогеназы за ферредоксин является ФНР, мы также провели сравнение результатов модели с построенной ранее моделью взаимодействия ферредоксина и ФНР.

29.03.2012 Глякина Анна Владимировна (Институт математических проблем биологии РАН). Влияние структурных свойств глобулярных белков на их механическую стабильность и термостабильность (представление кандидатской диссертации).

Методом молекулярной динамики с использованием явной модели растворителя проведено моделирование процесса силового разворачивания похожих по структуре, но различающихся по аминокислотной последовательности иммуноглобулинсвязывающих доменов белков L и G. На примере белка L изучено влияние точечных аминокислотных замен на его механические свойства. Выявлена зависимость характеристик механического разворачивания белков от величины растягивающей силы и скорости растяжения. Изучено влияние температуры. Установлены пути и характер разворачивания белков под действием приложенных к их концам сил. Проведен поиск структурных факторов, ответственных за термостабильность белков из термофильных организмов.

12.04.2012 Коваленко Илья, Абатурова Анна, Хрущев Сергей, Федоров Владимир (кафедра биофизики Биологического факультета МГУ имени М.В. Ломоносова). Молекулярно-динамическое моделирование взаимодействия фотосинтетических белков пластоцианина и цитохома f.

Методы молекулярной и броуновской динамики применяются для изучения образования комплекса фотосинтетических электрон-транспортных белков пластоцианина и цитохрома f. Будет представлено модельное расположение атомов соли NaCl вокруг молекулы цитохрома f и рассмотрены варианты расстановки зарядов на атоме меди и лигандах на молекуле пластоцианина. Будут также рассматриваться файлы топологии, полученные в Gromacs, и обсуждаться характеристики молекул, получаемые при анализе траекторий.