Нии эдито (в составе онц рамн)




НазваниеНии эдито (в составе онц рамн)
страница1/5
Дата22.09.2012
Размер0.7 Mb.
ТипДокументы
  1   2   3   4   5
НИИ ЭДиТО (в составе ОНЦ РАМН); УДК 575.2

Дейчман А.М. “Генетический код: взаимодействие аминокислот белков (фрагментов, пептидов) в соответствии с различными правилами, принципами, кодами (их сочетаниями). Правило исключений”.

Рукопись №2080-В96, депонирована в ВИНИТИ, Москва, 1996.


Директор НИИ ЭДиТО проф Сыркин А.Б. . . . . . . . . . . .

Автор(ы): науч. сотр. ин-та Дейчман А.М. . . . . . . . . . . . .


1. Введение


Проблема белок-белкового взаимодействия рассматривается для целого ряда структур: лиганд-рецептор, антиген-антитело [13, 14, 20, 22, 26, 28, 36, 37, 39, 43-45]; фолдирующих в различные вторичные и третичные структуры [6, 10, 13, 18, 21, 24, 30, 33, 42, 44, 65]. Учитывается роль отдельной АК при этом взаимодействии [17, 28, 31-34, 36, 39, 41-43] – в том числе по соседству [6], при точечных [1, 3, 37-43, 66] и так называемых симметричных [3, 7, 8, 10] мутациях, а так же при двойных и комбинационных заменах [39, 41, 44]. Также учитывается вклад некоторых структурных мотивов [19, 30, 32, 33] в поддержание аффинного и специфического видов взаимодействия [14, 18, 20, 21, 27, 40, 41, 43] и способность к сохранению (либо, наоборот, резкой утрате) эквифункциональности взаимодействующих белковых участков [4, 10, 13, 30, 32, 47]. Во взаимодействие, кроме стандартных структур, могут вовлекаться стереохимические, оптические изомеры, аналоги и ретроаналоги [14, 24, 27, 32, 36, 39, 40, 42], а также типологически эквивалентные взаимодействующие белковые фрагменты [14, 17, 19, 24, 37]. Рассмотрение белок-белковых взаимодействий перечисленных типов интересно, в том числе, и с точки зрения связи их с целой структурой, характером и особенностями самого генетического кода. Последнему присущи так называемые симметрия (включая скрытую), асимметрия, различные виды комплементарностей: сенс-антисенс, гидропатическая, корневая (по 2 основанию кодона), и др. [1-10, 12, 65, 68].

При этом разным авторам для различных взаимодействующих белковых структур (фрагментов их) удавалось выделить, казалось бы, первенствующую роль какого-либо одного вида взаимодействия. Последние были связаны со свойствами боковых радикалов составляющих их аминокислот. Определяющими свойствами, как правило, были степень гидрофобности (гидрофильности), полярности (аполярности) [1-10, 12-15, 24, 32, 36, 39, 42, 45], доступности, упрятанности, встречаемости [5, 14, 15, 36, 42], насыщенности заряженными [6, 8, 10, 15, 19, 23, 25, 39] или ароматическими [3, 5, 6, 12, 15, 25, 28, 32, 39, 42-45] аминокислотами. Кроме того, характер взаимодействия определялся различными видами комплементарностей: химических структур [10, 13, 15, 39], присутствием гидропатической [1, 8, 9, 12-14, 18, 20, 27], на основе корня (2 основания) кодона [1-10, 19, 32], либо сенс-антисенс [1, 4, 7, 8, 11-14, 18, 20-22, 27, 33, 35, 65, 68] взаимодействий.


1.1 Сочетание критериев


Однако анализ данных литературы показывает, что подобные взаимодействия, обычно, обеспечиваются сочетанием нескольких названных правил, принципов, кодов [12, 14, 15] – особенно с увеличением размеров взаимодействующих молекул [33]. Большинство взаимодействий обеспечиваются водородными, ван-дер-ваальсовыми [3, 8, 9, 15, 20, 24, 33, 36, 39, 40], гидрофобными и ионными силами, и могут иногда сопровождаться структурными перестройками [8]. Перестройки, в свою очередь, зависят от возможности создания плотной упаковки атомов в глобулах (и фрагментах) под действием дисперсионных сил Лондона, влияющих на индукцию электрических диполей и проявляющихся (иногда) в явлении резонанса между аминокислотами. Аминокислоты обнаруживают сходство либо комплементарность по какому-либо критерию. Структурная перестройка может сочетаться и с перераспределением электронной плотности взаимодействующих участков [39].


2. Различные симметрии и асимметрии белковых и нуклеиновых структур


Считается, что белковые взаимодействия зависят от различных видов симметрий и асимметрий, присущих как белковым так и соответствующим им нуклеиновым последовательностям генома. Это может проявляться в ритмичном чередовании или повторении некоторых аминокислот или структурных мотивов, в волнообразном или зеркальном по отношению к центральной аминокислоте или структурному мотиву расположении, и с соблюдением принципов полярности, гидропатической, корневой (по 2 основанию кодона) и сенс-антисенс комплементарностей взаимодействующих белковых участков и аминокислот [2-10, 12-15, 20, 32-34, 41, 62]. Уже сегодня (например [29, 63]) делаются первые попытки глобального осмысления (правда не без белых пятен, и неизбежных логических перекосов и перескоков) физико-химической, волновой и излучающей (резонирующей), фотонной, электронно-кибернетической, информационно-перекодирующей, голографи-чески-фрактальной, жидкокристаллической, нелинейно-солитонной, эпигеномно-генетической, биокомпьютерной и самонастраивающейся сущностей клеточно-генетической машины. По-видимому, этому направлению еще предстоит долгое становление и утверждение.


2.1 Различные сочетания правил, принципов, кодов при белок-белковых взаимодействиях. Отсутствие единой универсальной системы комплементарности


Большинство ученых, работающих в области белок-белкового взаимодействия, на сегодня, очевидно, затрудняются предложить нечто единственно универсальное (будь то правило, принцип, код или какой-нибудь критерий [12, 14, 16, 20]), объясняющие принципы построения одновременно и третичной, и всех остальных белковых структур (фрагментов).

Первичная структура, как известно, определяет многое, но не все, т.к. важны условия микроокружения, в которых она реализуется. Так эукариотический ген, введенный с помощью плазмидной техники в бактериальный геном, в результате полной экспрессии (транскрипции и трансляции при конкретных условиях) гена, может давать белки, третичная структура которых будет отличаться от таковой для нативно экспрессируемых аналогичных генов (инсулин, интерферон и др.). Для некоторых искусственных биологических систем иногда могут быть обнаружены более-менее стабильные ниши по соблюдению какого-либо одного принципа (кода, правила). Однако отсутствие универсальности не удивительно, т.к. статистический набор таких систем необъятен, и касается различных организмов, клеток, молекул и даже различных частей одной и той же реально функционирующей молекулы. Последнее особенно хорошо проявляется, например, при сравнительном анализе по критериям встречаемости и доступности/упрятанности аминокислот для большой группы случайно подобранных белков и отдельных участков их – таких как CDRs, framework, variable domains легких и тяжелых цепей молекул иммуноглобулинов [15].

Более того, если мы детально и по отдельности рассмотрим каждое правило, принцип, критерий как бы изнутри, в сопоставлении их между собой, и с одним из вышеназванных кодов комплементарности (включая гидропатическую), то обязательно обнаружим какие-либо нарушения (исключения) из в.н. правил. Кроме того, мы обнаружим и своеобразное переплетение и сочетание их между собой в рамках целого генетического кода, включающего целый "букет" симметрий (в том числе скрытую) и асимметрий. Другими словами, мы можем убедиться, что каждая классификация по одному из принципов, кодов, критериев содержит как правила, так и исключения. Так, например, не все полярные и аполярные аминокислоты при обычных условиях обязательно являются гидрофильными и, соответственно, гидрофобными [1-10]. А с учетом амфифильной природы [6, 8, 9, 13, 20, 32] большинства аминокислот, и в зависимости от условий среды, данное несоответствие может быть смещено еще сильнее. Если мы сравним комплементарные белковые сенс-антисенс (S-AS=А-А [65]), и на основе корня кодона (К-К [1-10]) коды, то обнаружим, что К-К код более вырожден и включает в себя А-А код как часть. Также обнаружим, что антикомплементарное А-А взаимодействие аминокислот в водных условиях более вероятно, чем в гидрофобных, когда более вероятным становится взаимодействие аминокислот внутри А, G, U, C групп (в соответствии с К-К кодом). В свою очередь так называемая эквивалентность аминокислот «по цвету» (ЭПЦ) представляет еще более вырожденное комплементарное соотношение аминокислот [68], т.к. в этом случае корни кодонов аминокислот принадлежат пуриновому, либо пиримидиновому (A-G либо U-C) ряду.

***(март 2009)Если мы рассмотрим так называемую гидропатическую [12] комплементарность аминокислот (учитывающую степень гидрофобности и заряженности), то увидим, что все аминокислоты поделены на три группы: сильно гидрофобную, сильно гидрофильную и слабо гидрофильную группы. Первая группа будет в основном состоять из аминокислот U-группы [I, V, L, F, M – кроме А (C корень; у всех – пиримидиновый корень) и С (пуриновый корень)]; вторая – из аминокислот A-группы (K, N, D, Q, E, H – кроме R, тоже имеющей пуриновый корень); а третья группа (кроме Y) включает аминокислоты G, U и C-групп (G, W, S, T, P). В каждой из трех групп обязательно есть хотя бы одна ароматическая (включая ненасыщенные гетероциклические H, W) аминокислота. В гидрофобной группе все аминокислоты (кроме С) неполярные. В гидрофильной группе все аминокислоты (включая, пять заряженных) – полярные. В слабо гидрофильной группе все (кроме Р) аминокислоты полярные, а серин – единственная аминокислота, имеющая одновременно два разноименных корня (2G и 4C) кодонов. Интересно, что трем терминирующим кодонам комплементарны только соответствующие кодоны серина (один) и лейцина (два). Лейцин, в отличие от серина, имеет одноименные корни для всех своих шести кодонов, но интересен тем, что, скорее всего, именно он своими ритмическими повторами (через 7 аминокислот) определяет характеристические свойства ДНК-связывающих белков с помощью "leucine zipper" [32]. Лейцин был единственной незаменимой аминокислотой в активном центре АГАТ комплекса, ответственный за 100% падение антигенсвязывающих свойств [28]. Только шестикодонные серин, лейцин и аргинин имеют по два разных первых нуклеотида их кодонов.

Из трех таблиц гидропатичности аминокислот [12] видно, что полярно-аполярное, гидрофильно-гидрофобное, и групповое (по А-А, К-К кодам) распределение аминокислот может не совпадать. В среднем, однако, сохраняется тенденция поддержания гидропатической комплементарности групп в пересчете по кодонам/антикодонам соответствующих аминокислот в каждой из трех групп. Так для первой (гидрофобной) группы, где всего 20 кодонов (семи аминокислот – I, v, l, f, c, m, a) – 13 антикодонов (65%) соответствуют второй (гидрофильной) группе аминокислот. В гидрофильной группе, где 18 кодонов (также семи аминокислот - r, k, n, d, q, e, h) – тоже 13 антикодонов (72%) соответствуют гидрофобным аминокислотам. В третьей (слабо гидрофильной) группе 20 кодонам (шести аминокислот - G, T, W, S, Y, P) соответствуют 10 антикодонов (50%) слабо гидрофильной же (т.е. той же) группы аминокислот. При пересчете по аминокислотам мы обнаружим несколько иное соответствие. В гидрофобной группе 7 аминокислотам соответствуют 13 антиаминокислот, из которых гидрофильными являются 7 (54%). В гидрофильной группе 7 аминокислотам соответствуют 9 антиаминокислот, из которых гидрофобными являются 6 (67%). В слабо гидрофильной группе 6 аминокислотам соответствуют 10 антиаминокислот, из которых слабо гидрофильными являются 5 (50%). Таким образом, процент совпадения гидропатической антикомплементарности внутри групп при пересчете по числу антикодонов и антиаминокислот совпадают только для третьей1 (слабо гидрофильной) группы,. В то же время для первых двух групп видна определенная асимметрия (смещение величины этого процента).

Хотя гидрофобная (первая) группа в основном является U-группой (с пиримидиновым корнем), а гидрофильная (вторая) – А-группой, только во второй группе все аминокислоты имеют пуриновый корень (2 основание кодона). В гидрофобной группе исключение составляет цистеин (G-корень), а в слабой гидрофильной группе, представленной в основном аминокислотами пиримидинового корня, исключение составляет тирозин (с пуриновым A-корнем). "Асимметричное переплетение" (в соответствии с А-А, К-К кодами) аминокислот в системе гидропатической антикомплементарности состоит еще и в том, что, по причине вырожденности универсального генетического кода (УГК), на 20 аминокислот, распределенных в 3 группах, приходятся в общей сложности 32 антиаминокислоты (т.е. эта система, как и УГК, связанная 61 значащим и 3 терминирующими кодонами-триплетами, тоже вырождена).

С другой стороны, анализ процентного распределения аминокислот, расположенных в соответствии с их химической [67] структурой (включая алифатические, ароматические и гетероциклические), и в соответствии с К-К кодом2 обнаружило следующее. Процентное распределение аминокислот в конкретной группе (подгруппе) исходя из числа их, или числа их кодонов, показало, что и здесь существует определенная асимметрия.

Так процентное соотношение аминокислот с пуриновым корнем к аминокислотам с пиримидиновым корнем (ППИ-пурин/пиримидиновый индекс) для алифатической группы (в целом) составил 48/52 – при пересчете по кодонам, и 56,7/43,3 (видна инверсия) – при пересчете по аминокислотам (числу их). Для ароматических аминокислот (представленных в каждой группе) такими соотношениями были 50/50 и по кодонам и по аминокислотам – что соответствует аналогичному 50% ному четко гидропатическому3 распределению у слабогидрофильных аминокислот. Для гетероциклических (включая насыщенный по углероду пролин) аминокислот такими соотношениями были 57/43 и 33/67 (видна инверсия) при пересчете по аминокислотам и по кодонам, соответственно. Доля алифатических аминокислот (от общего числа АК) составляет 75% (содержит АК всех 4-х корневых групп), ароматических 10% (содержит АК 2-х корневых групп: G и С), гетероциклических 15% (содержит АК 3-х корневых групп: G, A и C); эти доли соответстветствуют 15, 2 и 3 аминокислотам). Однако внутри алифатических аминокислот это соотношение (ППИ-индекс) было очень неравномерным: для моноаминомонокарбоновых аминокислот – 77,4/22,6 по кодонам, и 78,5/21,5 по аминокислотам. Для диаминомонокарбоновых и моноаминодикарбоновых аминокислот эти соотношения были 100/0 как по кодонам, так и по аминокислотам (в обеих группах все корни пуриновые). Для серусодержащих аминокислот (их 2; корни: G и U) этими соотношениями были 33/67 и 50/50 по кодонам и аминокислотам, соответственно. Таким образом, и здесь мы наблюдаем неравномерное и асимметричное распределение аминокислот при пересчете их по аминокислотам и по кодонам – причем как внутри групп одной химической принадлежности (между подгруппами, например, алифатической группы) так и между различными группами.


2.1.1 Правила и исключения при образовании спиновых семейств для

аминокислот A-, G-, U-, и C-групп


При анализе аминокислотных спиновых характеристик протонов атомов, взаимодействующих рядом, через 1, 2, 3 связи методом двумерного ЯМР, и при использовании программ COSY и HOHANA, для всех 20 аминокислот (при тех же условиях) удалось получить 11 спиновых семейств. В семейство входит одна, или более аминокислот [16]. Интересно, что только 8 алифатических аминокислот (G, A, S, T, V, I, L - все моноаминомонокарбоновые; плюс К – одна диаминомонокарбоновая) составляли восемь индивидуальных спиновых семейств. Девятое семейство (7 АК: D, N, C, H, F, Y, W) кроме двух алифатических (D, N) и одной серосодержащей (С) содержало по две ароматические (F, Y) и гетероциклические (W, H) аминокислоты. Девятое, как десятое (E, Q, H) и одиннадцатое (R, P), имели по одной неполярной аминокислоте (четыре из восьми одноаминокислотных семейств так же представлены НП-аминокислотами). Внутри 9-11 семейств в соответствии с сенс-антисенс (А-А) и корневым (К-К) кодами имелся весь набор сочетаний аминокислот. Здесь были эквивалентные, комплементарные и эквивалентные "по цвету" аминокислоты, но не нейтральные (не было А-С и G-U сочетаний по К-К коду). Таким образом, правила состояли только в том, что индивидуальные спиновые семейства из одной аминокислоты всегда соответствовали одной из восьми алифатических аминокислот. Все ароматические (из них две – ненасыщенные гетероциклические) природные аминокислоты собраны в 9 семействе. Неодноаминокислотные семейства (с 9 по 11) имели любые, кроме нейтральных (т.е. А-С и G-U; не эквивалентных "даже" в рамках самого вырожденного ЭПЦ-кода), внутренних сочетаний аминокислот (по К-К коду). Взаимодействия протонов внутри 9-11 семейств, для которых возможны вышеназванные сочетания, скорее выражают проявление правила исключений.

Заметим, что уже исходно для аминокислот всех (A, G, U, C) групп в соответствии с К-К кодом также наблюдается
  1   2   3   4   5

Похожие:

Нии эдито (в составе онц рамн) iconА. М. Дейчман о возможных новых механизмах образования коротких нуклеотидных последовательностей, участвующих в регуляции экспрессии генома
Контактная информация: Дейчман Александр Маркусович, ведущий инженер лаборатории экспериментальной диагностики и биотерапии опухолей...
Нии эдито (в составе онц рамн) iconСоздание биологических микрочипов для генетического тестирования наследственной предрасположенности к распространенным заболеваниям человека Автор проекта: нии медицинской генетики тнц со рамн руководители проекта
Руководители проекта: Пузырев Валерий Павлович, академик рамн, директор нии медецинской генетики; Степанов Вадим Анатольевич, заместитель...
Нии эдито (в составе онц рамн) iconСанитарные правила и нормы
Разработаны нии медицины труда рамн с участием Санкт-Петербургского нии гигиены труда и профзаболеваний и Нижегородского нии гигиены...
Нии эдито (в составе онц рамн) iconПрограмма межрегиональной научно-практической конференции
Ляхович В. В. – академик рамн, директор нии молекулярной биологии и биофизики со рамн
Нии эдито (в составе онц рамн) iconА. И. Мирошников Пленарное заседание: «фундаментальные исследования и биотехнология»
Председатели: академик рамн а. И. Арчаков, директор нии биомедицинской химии рамн
Нии эдито (в составе онц рамн) iconБлефариты и дисфункция мейбомиевых желез – наиболее частая причина сухости глаза
Гу нии глазных болезней рамн, (директор- член кор рамн, д м н., профессор С. Э аветисов)
Нии эдито (в составе онц рамн) iconФгбоу впо «Хакасский государственный университет им. Н. Ф. Катанова» Министерство здравоохранения Республики Хакасия
Манчук В. Т. – чл корр. Рамн, директор фгбу «нии медицинских проблем Севера» со рамн (г. Красноярск)
Нии эдито (в составе онц рамн) iconКлиническое и этиопатогенетическое значение mycoplasmatis pneumoniae в развитии бронхолёгочных заболеваний у детей
Работа выполнена в Хабаровском филиале Дальневосточного научного центра физиологии и патологии дыхания со рамн нии охраны материнства...
Нии эдито (в составе онц рамн) iconПрограмма конференции молодых учёных фгбу «нии вакцин и сывороток им. И. И. Мечникова» рамн первый день конференции, 17 апреля 2012 г
Программа конференции молодых учёных фгбу «нии вакцин и сывороток им. И. И. Мечникова» рамн
Нии эдито (в составе онц рамн) iconЭкспрессия генов раково-тестикулярных антигенов при меланоме кожи человека
Работа выполнена в лаборатории генной инженерии нии экспериментальной кардиологии фгу российский кардиологический научно-производственный...
Разместите кнопку на своём сайте:
Библиотека


База данных защищена авторским правом ©lib.znate.ru 2014
обратиться к администрации
Библиотека
Главная страница