Superkomputer KDM: Zastosowania

Białka błonowe i inne cząsteczki osadzone w błonach biologicznych, takie jak karotenoidy i inne pigmenty, są niezbędne dla właściwego funkcjonowania wielu procesów komórkowych. Regulują one transport substancji odżywczych i jonów, umożliwiają komunikację z otoczeniem, biorą udział w procesach konwersji energii i percepcji sygnałów, utrzymują strukturę błony oraz uczestniczą w interakcjach międzykomórkowych. W licznych badaniach ustalono że preferencyjne wiązanie tych białek i cząsteczek z poszczególnymi fazami błonowymi oraz ich prawidłowa agregacja, w której pośredniczy lipidowy komponent błony, mają kluczowe znaczenie dla pełnienia przez nie roli funkcjonalnej i strukturalnej. W ostatnim czasie coraz większą uwagę badaczy przyciągają także specyficzne oddziaływania pomiędzy białkami a niektórymi rodzajami lipidów błonowych,

W niniejszym projekcie zamierzamy wykorzystać symulacje molekularne do zbadania generalnych oraz specyficzne aspektów agregacji, podziału pomiędzy fazy oraz oddziaływań z lipidami dla białek i innych cząsteczek osadzonych w błonach. W tym celu wykorzystamy opracowany przez nas uniwersalny model inkluzji błonowej a także zbadamy szereg rzeczywistych układów błonowych o znaczeniu biologicznym. W szczególności dokonamy molekularnej charakterystyki zaburzenia indukowanego w dwuwarstwie lipidowej obecnością inkluzji, ze specjalnym uwzględnieniem tzw. niedopasowania hydrofobowego. W oparciu o uzyskaną wiedzę zbadamy termodynamiczne podłoże procesu agregacji oraz podziału pomiędzy fazę ciekłą-uporządkowaną i ciekłą-niueporządkowaną dla uniwersalnego modelu inkluzji. Obliczone zmiany energii swobodnej towarzyszące tym procesom zdekomponujemy na wkłady entalopwe i entropowe pochodzące od poszczególnych składników układu, co pozwoli na lepsze zrozumienie natury tych zjawisk. Otrzymane w ten sposób generalne informacje wykorzystamy w badaniach szeregu konkretnych układów błonowych. Interesować nas tutaj będzie znaczenie składu i właściwości dwuwarstwy lipidowej dla funkcjonowania wybranych białek błonowych, w tym określonych receptorów z rodziny GPCR, kanałów jonowych a także białek osadzonych w wewnętrznej błonie mitochondrium (syntaza ATP, endonukleaza EXOG). Nasze badania rozszerzymy także o analizę procesów asocjacji oraz podziału pomiędzy fazy pigmenty siatkówki osadzonych w obrębie modelu błony siatkówkowej. Uważa się, że procesy te mają znaczenie dla ochrony fotoreceptorów przed uszkodzeniami a potencjalnie dla regeneracji cis-retinalu. Badania nad tymi układami będą prowadzone we współpracy z zespołami doświadczalnymi.