Результаты исследования, поддержанного грантом Российского научного фонда, опубликованы в The Journal of Chemical Physics (ред. - Пресс-служба РНФ). Исследование является продолжением статьи авторов от 2022 года.
«Большинство предшествующих исследований было сосредоточено на разбавленных растворах и коротких траекториях, что ограничивало понимание конформационной динамики (перемен в трехмерной форме молекул - прим. ТАСС). Мы же изучили конформационную динамику сахарозы в водном растворе на масштабах микросекунд при помощи методов молекулярного моделирования», - пояснил младший научный сотрудник Центра вычислительной физики МФТИ Владимир Дещеня, чьи слова приводит пресс-служба вуза.
Как объясняют исследователи, сахароза представляет собой один из самых простых олигосахаридов - молекул, состоящих из двух или более углеводных колец. При попадании в водную среду она может принимать несколько пространственных конфигураций, свойства которых и взаимодействия которых с разными биомолекулами могут сильно отличаться друг от друга.
Для изучения этих конфигураций российские исследователи провели расчеты с рекордно высоким уровнем точности и длительности моделирования, что позволило им раскрыть необычно сложную динамику поведения молекул растворенного сахара. В частности, физики обнаружили, что молекулы сахарозы существуют в растворах в трех разных конфигурациях, самая стабильная из которых похожа на ту, в которой сахароза «упакована» внутри твердых кристаллов сахара.
Поверхность свободной энергии, характеризующая переходы между конформерами гликозидной связи молекулы сахарозы в воде. Числа соответствуют характерным временам жизни конформеров, взвешенное среднее которых совпадает с экспериментальными измерениями. Источник: МФТИ
Также ученые показали, что геометрия молекул сахарозы не зависит от ее концентрации в воде, но при этом время существования каждой из трех стабильных конфигураций ее молекул повышается в более концентрированных растворах. В дополнение к этому, при проведении этих расчетов исследователи сравнили точность работы нескольких компьютерных моделей, используемых для расчетов взаимодействий между атомами в молекулах, что позволило им подобрать наиболее оптимальный и точный вариант расчета поведения молекул сахара в воде.
«В будущем наша работа открывает возможности для моделирования более сложных углеводных систем, включая полисахариды, и их взаимодействие с белками. Конечно, подобные расчеты требуют значительных вычислительных ресурсов и передовых компетенций», - подытожил исполнительный директор Центра вычислительной физики МФТИ Николай Кондратюк, чьи слова приводит пресс-служба вуза.
