Тема выпускной квалификационной работы: «Моделирование максимумов поглощения ретинальных белков с использованием теории Маркуса-Хаша» Работа посвящена разработке модели, способной рассчитывать значения максимумов полос спектра поглощения родопсина, а также величины спектральных сдвигов, вызванных мутациями в белке, без необходимости использования вычислительно сложных квантовохимических методов. Разработанная модель основана на теории Маркуса-Хаша о реакцих переноса электрона, в рамках которой можно вывести зависимость между значением максимума поглощения и величиной электростатического поля, генерируемого белковым окружением в области хромофора. Разработка модели была разбита на три этапа. На первом этапе была установлена возможность применения формул, выведенных на основе теории Маркуса-Хаша для описания связи величины электростатического поля и значений максимумов поглощения в родопсине. На втором этапе была проверена целесообразность учета зависимости разницы в дипольных моментах резонансных структур от внешнего электростатического поля, а также построены различные модели учета величины электростатического поля вдоль молекулы хромофора. На третьем этапе были проведены сравнительные расчеты максимумов поглощения набора родопсинов с известной экспериментальной структурой, с одной стороны, с помощью разработанной модели, основанной на теории Маркуса-Хаша, и, с другой стороны, с помощью высокоуровневого квантовохимического метода SORCI+Q. Рассчитанные при помощи разработанной вычислительной модели значения максимумов поглощения находились в хорошем согласии как с результатами квантовохимических расчетов, так и с экспериментальными значениями. Среднеквадратическое отклонение от экспериментальных значений равно 18 нм, разница в сравнении со среднеквадратическим отклонением, полученным методом SORCI+Q, составила 4 нм. Таким образом, разработанные в данной работе модели могут быть надежно использованы для расчета максимумов полос поглощения родопсинов без необходимости выполнения квантовохимических расчетов энергий вертикальных переходов.

Theme of the bachelor’s work: “Modeling of the maxima of retinal protein absorption using the Marcus-Hush theory” This work is devoted to the development of a model capable of predicting the values of the maxima in rhodopsin absorption spectrum, as well as the changes in these maxima caused by mutations in the protein, without the need for resource-expensive quantum-chemical calculations. The developed model is based on the Marcus-Hush theory, the relationship between the absorption maximum and the magnitude of the external electrostatic field affecting the rhodopsin chromophore is considered. Several stages of calculations were carried out. First, the possibility of applying formulas derived from the Marcus-Hush theory to describe the relationship between the magnitude of the electrostatic field and the absorption maxima in rhodopsin was established. Further, the feasibility of taking into account the dependence of the difference in the dipole moments of the resonance structures on the external electrostatic field was checked, and various models were developed for taking into account the magnitude of this field along the chromophore. Finally, comparative calculations were made of the absorption maxima of the set of mutant rhodopsin proteins, on the one hand, using the developed model based on the Marcus-Hush theory, and, on the other hand, using high-level computational calculations by the SORCI + Q method. The calculations according to the developed model turned out to be quite accurate and yielded values of absorption maxima within 18 nm root-mean-square deviation from the experimental values, which differs from the corresponding value obtained by the SORCI + Q method by 4 nm. Thus, the models developed in this work can be reliably used to calculate the maxima of the absorption bands of rhodopsins without the need for quantum-chemical calculations of the energies of vertical transitions.