Новости лаборатории Наномир

  Все выпуски  

691 Доклад Виктории Соколик на ХII Украинском биохимическом конгрессе.


Выпуск 691

Лаборатория Наномир

Когда реальность открывает тайны,
уходят в тень и  меркнут чудеса ...

 Доклад Виктории Соколик на ХII Украинском биохимическом конгрессе.

https://b.radikal.ru/b25/1910/95/2b6461d10159.jpg

https://d.radikal.ru/d02/1910/e1/347cbf1f6952.jpg

https://a.radikal.ru/a21/1910/95/2678989df829.jpg

https://a.radikal.ru/a16/1910/ed/48af38b8544f.jpg

https://a.radikal.ru/a19/1910/76/7cd2ef434395.jpg

С коллегами-биохимиками из Сум и Львова на площади перед университетом


https://a.radikal.ru/a05/1910/3f/57f2375560e5.jpg

Доклад Соколик В.В. на фоне презентации с темой доклада в стенах медуниверситета Тернополя


https://a.radikal.ru/a10/1910/b9/cf82319d375d.jpg

С Иваном Горбачевским на лавочке возле университета


https://c.radikal.ru/c15/1910/dd/de17d1eaeacc.jpg

Соколик В.В. с академиком Комисаренко С.В. (Председатель украинского биохимического общества) в зале заседаний


Ссылка на ролик

 https://c.radikal.ru/c40/1910/be/0aba2cef636d.png

Тема доповіді: РЕАЛІЗАЦІЯ 3D-ГЕНЕТИЧНОГО КОДУ БІЛКІВ ІЗОАКЦЕПТОРНИМИ тРНК

https://c.radikal.ru/c05/1910/2f/918d8736322f.png

 

Нагадаю, що ще у минулому столітті Френсіс Крік висунув адапторну гіпотезу, в якій на роль посередника між кодонами і амінокислотами у процесі матричного синтезу протеїнів запропонував адапторні молекули РНК.
Саме тРНК не лише переносят амінокислоти до рибосом, а, що важливіше, забезпечують однозначне та надійне перекодування генетичної інформації у амінокислотну послідовність протеїнів. На слайді наведена схема 2D- і 3D-структури тРНК аланіну.
Відомо, що завдяки виродженості генетичного коду і, як наслідок, наявності від 2 до 4 синонімічних кодонів для окремих біогенних амінокислот, які зчитуються відповідною кількістю тРНК, виходить, що амінокислот утричі менше, порівняно з кількістю кодонів і ізоакцепторних тРНК.

 

https://d.radikal.ru/d01/1910/c9/b625bcdc4471.png

 

Розглянемо тривимірну структуру ізоакцепторних тРНК на прикладі аланінової. Нагадаю, що такі тРНК різняться поміж собою не лише нуклеотидом у першому положенні антикодону, але й комплементарними нуклеотидами у дігідроуриділовій та псевдоуриділовій петлях. Причому важливо не які саме нуклеотиди входять до складу цих петель, а положення комплементарних пар.
Ми припустили, що 3D-структура тРНК, а точніше кут оберту (ω) акцепторного стебла навколо власної вісі з періодом у 120о, є способом перекодування інформації про тривимірний структурний шаблон протеїнів. Тоді як перший нуклеотид антикодону є чіпом для розпізнавання одного з трьох варіантів ізоакцепторних тРНК.
Дивіться, тРНК з антикодонами, які комплементарні до так званих спіральних кодонів, мають кут оберту ω 0о (умовно крапка відліку значення цього кута) і своєю структурою перекодовують інформацію про утворення R ротамерів пептидного зв’язку. Відповідно, тРНК з ω 120о комплементарні до кодонів з U у третій позиції і перекодовують інформацію про 0 ротамер пептидного зв’язку, а тРНК з ω -120о комплементарні до кодонів з А у третій позиції і перекодовують інформацію про L ротамер.

 

https://a.radikal.ru/a14/1910/ce/21317c8c1416.png

Звертаю Вашу увагу на те, що при утворенні R, 0 або L ротамерів пептидного зв’язку усі атоми пептидної групи належать площині пептидного зв’язку незважаючи на те, що 3D-структура амінокислотних залишків ідентична. Це дуже важливо і далі ми побачимо чому!

https://a.radikal.ru/a04/1910/b8/25e2156bb409.gif

 

Роздивитися перекодування інформації про вторинну структуру поліаланіну можна у ролику. Зауважте, що повторення кодонів з С/G у третій позиції, перекодовується структурою тРНК не лише з С/G/I в першому положенні антикодону, але й зі значенням ω 0о. Тому з послідовності R-ротамерів пептидного зв’язку між амінокислотними залишками, в нашому випадку аланінами, утворюється права спіраль.
Далі аналогічно з 0-ротамерів синтезується β-тяж, а з L ротамерів – ліва спіраль. А от чергування кодонів у мРНК і відповідно перекодованих ротамерів у поліпептиді не утворює периодичної вторинної структури, а лише неструктурований мотив.

 

https://c.radikal.ru/c23/1910/07/5a9be0773d83.png

 

Ці відомості лягли у підґрунтя гіпотези 3D-генетичного коду білків.
Гіпотеза 3D-генетичного коду білків
∙    Інформація перших двох нуклеотидів кодону відповідає, як відомо, за різновид амінокислоти, а  ось третій нуклеотид несе інформацію про ротамер пептидного зв'язку відповідно до таблиці 3D-генетичного коду білків.
∙    Інформація третього нуклеотиду кодону повинна бути перекодована у відповідний ротамер пептидного зв'язку безпосередньо самою тривимірною структурою ізоакцепторних тРНК, а точніше заданим кутом оберту акцепторного стебла тРНК навколо своєї вісі в результаті взаємодії дігідроуриділової і псевдоуриділової петель.
∙     Ізоакцепторні тРНК для однієї амінокислоти різняться між собою не лише першим нуклеотидом антикодону, але перш за все значенням кута ω, кратним 120о.
∙    Ізоакцепторні тРНК з синонімічними антикодонами по першій позиції нуклеотиду антикодону для різних амінокислот повинні мати однаковий кут оберту акцепторного стебла навколо своєї вісі в їх 3D-структурі.
∙    У результаті матричного синтезу білку з рибосоми виходить його унікальний тривимірний структурний шаблон для подальшого фолдінгу у робочу конформацію.

 

https://a.radikal.ru/a26/1910/fe/05e21ef9587e.png

 

У гіпотезі 3D-генетичного коду, як Ви помітили, йдеться про ротамер пептидного зв'язку у якості основного елементу тривимірного структурного шаблону протеїну. Три види ротамеру пептидного зв'язку при ω 0 (R-ротамер), -120 (L-ротамер) і 120 (0-ротамер) відповідають не лише тривимірності простору у декартовій системі координат, а й трьом загальним конформерам вторинної структури білків: права спіраль (Rn), ліва спіраль (Ln) і β-лист (0n), як ми бачили у ролику. ω-кут у структурному шаблоні білку є кутом оберту по вісі пептидного зв'язку, який задається усією 3D-структурою відповідної ізоакцепторної тРНК у момент приєднання амінокислотного залишку до пептидного ланцюга у рибосомі та фіксується самим новоутвореним пептидним зв'язком.
Вцілому, кодування структурного шаблону білка з протеіногенних амінокислот відбувається відповідно до загальної таблиці 3D-генетичного коду структурного шаблону білка.

 

https://a.radikal.ru/a28/1910/fa/d8e35a5121d3.png

 

Примітно, що в пулі з 200 нуклеотидних послідовностей цитоплазматичних тРНК еукаріот (tRNAab) 73% мають в першому положенні антикодону I, C або G, які комплементарні до C/G нуклеотидів в третій позиції кодону, 20% – U або modU для кодонів виду XYA і тільки 7% з Q для кодонів XYU.
Об'єктивна передумова такого нерівномірного розподілу полягає в різній частоті зустрічальності кодонів, які комплементарні до цих різновидів тРНК. Наприклад, для генів Human, Mouse або Drosophila частоти зустрічальності кодонів з C/G, A або U в третій позиції кодону відповідають співвідношенню 74:13:13.
Впадає в око, що спіральні XYC/G-кодони складають переважну більшість, тому не дивно, що проф. А.С. Спірін, відхиляючись від постулату синтезу білка у вигляді розгорнутого поліпептидного ланцюга, припустив, що в самій рибосомі поліпептид може бути синтезований у вигляді α-спіралі. Це великий крок уперед до розуміння синтезу тривимірного структурного шаблону білків порівняно з наразі загально прийнятим уявленням про трансляцію неструктурованої вервечки з намистинок амінокислотних залишків, але ж ніяк не наближує нас до усвідомлення механізму перекодування 3D-структури білків не лише з α-спіралями, але й з  β-тяжами, поворотами, витками лівої спіралі, або взагалі  неструктурованих білків.

 

https://c.radikal.ru/c03/1910/a7/2b1cfc401d08.png

 

Розглянемо мапу Рамачандрана для поліаланіну.
Наразі встановлено, що для вторинної структури білків (спіральні мотиви і β-тяжі) існують цілком певні взаємообумовлені значення кутів оберту по зв'язках Сα-СО (кут ψ) і NH-Сα (кут φ). Тобто у різних вторинних структурах поліпептиду 3D-структура амінокислотних залишків різниться. Другими словами аланіни у спіралі мають іншу тривимірну структури порівняно з аланінами у β-тяжі. Чого б це, спитаємось. А тому що необхідно ж з площинної проекції поліаланіну скрутити якось просторову структуру.
Отже, мапа Рамачандрана є візуалізацією функції ƒ: [-π, π) × [-π, π) → R +, областю рішення якої є просторова фігура тор. Таким чином, області значень кутів ψ і φ на ній є проекції цього тору на площині, що призводить до дещо спотвореного уявлення області рішень функції ƒ і наявності розривів.
На мапі наведені області значень двогранних кутів ψ і φ, при яких реалізуються відповідні мотиви вторинної структури у поліаланіні.
Такі різношерсті значення ψ і φ пов'язані, на наш погляд, з відсутністю єдиної точки відліку для цих кутів в трьох наведених варіантах вторинної структури білка.
Давайте поекспериментуємо і задамо одну крапку відліку для трьох різновидів вторинної структури. Наприклад, якщо кут ψ детермінувати значенням -120о, то значення кута φ, розраховані за формулою, яка зв'язує обидва ці кута: 3cosΩ = 1-4cos2 [(ψ + φ) / 2], будуть 0о для правої спіралі, 120о для β-тяжа і 240о (або -120о) для лівої спіралі.
Таким чином, зафіксувавши одну точку відліку для кута ψ, ми отримали період зміни кута φ у 120о при переході від правої спіралі до β-тяжу і потім до лівої спіралі.
Далі припустили, що обчислений період зміни кута φ не може обумовлювати ротамер пептидного зв'язку, бо одинарний зв'язок NH-Сα вже існує у кожному амінокислотному залишку на момент утворення поліпептиду, тому кут оберту по його вісі не перекодовується і не може бути зафіксований у процессі трансляції. Залишається лише кут ω – двогранний кут оберту по вісі пептидного зв’язку, який і детерминує його ротамерність в момент утворення і вже не змінюється до розриву планарних пептидних зв'язків. Отже, для формування конформерів вторинної структури білка (спіралі і β-тяжі) достатньо оберту по вісі пептидного зв'язку на Δω = 120о в момент її утворення за умови [ψ, φ] = const.

 

https://c.radikal.ru/c22/1910/58/9a3bc25eb986.png

 

Кут Ω, який характеризує взаємну орієнтацію площин пептидних груп суміжних амінокислотних залишків, приймає значення 70,5о для правої спіралі, 180о для β-тяжа і 90о для лівої спіралі.
Синтезований de novo білок у вигляді структурного шаблону амінокислотної послідовності з пептидними зв'язками зазнає у клітинах подальшу оптимізацію своєї конформації (так званий фолдінг). Для післятрансляційного фолдінгу структурного шаблону білку доступним залишається оберт лише по вісі зв'язку NH-Cα- на приріст кута φ -- Δ φ. Показали, що перетворення у ряду права спіраль → β-тяж → ліва спіраль відбувається в результаті зміни значення кута φ на 120о незалежно від різновиду (R, 0 або L) ротамеру пептидного зв'язку.
Отже:
1. конформер вторинної структури білку утворюються не внаслідок пов'язаних обертів на кути ψ і φ зв'язків Сα-СО і NH-Сα у структурі амінокислот, а в результаті ротамеру пептидного зв'язку, що утворюється між амінокислотами.
2. Ротамери пептидного зв'язку (R, 0 і L) відрізняються один від одного на Δω = 120о і не змінюються після матричного синтезу поліпептиду.
3. У структурному шаблоні білку оберт по вісі зв'язків Сα-СО на кут ψ, також як і оберти по планарним пептидним зв'язкам, неможливі в зв'язку зі сполученням електронів всього вузла СО-Сα-NH-.
4. післятрансляційний фолдінг структурного шаблону білку у нативну конформацію здійснюється завдяки доступному оберту по вісі зв'язку NH-Cα- на приріст кута φ (Δφ = 120о).

 

https://a.radikal.ru/a36/1910/67/a8e0afd33a6c.gif

Спостерігати за перетворення вторинних структур під час фолдінгу можна у наступному ролику.

https://a.radikal.ru/a39/1910/f4/3a0469123a53.gif

 

На підставі наведених даних була створена авторська програма – Молекулярний конструктор (MC) для побудови персонального структурного шаблону будь-якого білку з невизначеною експериментальною структурою і відсутністю гомології виходячи з інформації, що міститься лише в нуклеотидній послідовності його мРНК. Геометричний алгоритм MС-програми включає такі компоненти:
∙    бібліотеку атомів і амінокислотних залишків у декартовій системі координат;
∙    різновиди ротамерів пептидного зв'язку;
∙    таблицю 3D-генетичного коду структурного шаблону білка;
∙    умови кодування конформерів вторинної структури.
Для структурного шаблону білка МС-програма обчислює координати кожного атома, враховуючи ковалентні радіуси останніх, довжини і кратності зв'язків, а також кути між ними. В результаті, на основі декодованої інформації файлу з нуклеотидною послідовністю мРНК (вхідний файл .dne), МС виробляє вихідний файл у .pdb форматі з координатами всіх атомів реалізованого структурного шаблону білку і візуалізує його 3D-структуру.
Зрозуміло, що у програмі реалізовано лише геометричний алгоритм, тобто те, що відбувається у рибосомі при трансляції. Щоб перетворити декодований структурний шаблон білку у його дієву конформацію необхідно додати всі різновиди фізико-хімічних взаємодій, які чатують на новоутворений поліпептид. Ця частина роботи може бути змодельованою за допомогою молекулярної динаміки та асоціюватися з природним фолдінгом білків.

 

https://a.radikal.ru/a00/1910/e1/c3fea174b666.png

 

Всі теоретичні та статистичні передумови доповіді докладно викладені в монографії
Соколик В., Кушелев А. Геометрия живого наномира. Пикотехнология белков.  LAP LAMBERT Academic Publishing (2016-08-04), ISBN 978-3-659-92862-8, 292 c. https://www.morebooks.shop/store/ru/boo … 59-92862-8

 

Дякую за увагу.

Перевод на русский язык:

https://d.radikal.ru/d22/1910/f1/91dc69b20b3d.png

Тема доклада: РЕАЛИЗАЦИЯ 3D-ГЕНЕТИЧЕСКОГО КОДА БЕЛКОВ ИЗОАКЦЕПТОРНИМЫ тРНК

https://a.radikal.ru/a18/1910/e7/f2d772600e74.png

Напомню, что еще в прошлом веке Фрэнсис Крик выдвинул адапторных гипотезу, в которой на роль посредника между кодонами и аминокислотами в процессе матричного синтеза белков предложил адапторных молекулы РНК.
Именно тРНК не только переносят аминокислоты к рибосоме, а, что важнее, обеспечивают однозначное и надежное перекодирование генетической информации в аминокислотную последовательность белков. На слайде приведена схема 2D- и 3D-структуры тРНК аланина.
Известно, что благодаря вырожденности генетического кода и, как следствие, наличию от 2 до 4 синонимичных кодонов для отдельных биогенных аминокислот, которые считываются соответствующим количеством тРНК, выходит, что аминокислот в три раза меньше по сравнению с количеством кодонов и изоакцепторних тРНК.

https://a.radikal.ru/a35/1910/85/11e2b3b2deb4.png

Рассмотрим трехмерную структуру изоакцепторних тРНК например для  аланина. Напомню, что такие тРНК различаются между собой не только нуклеотидом в первом положении антикодона, но и комплементарными нуклеотидами в дигидроуридиловой и псевдоуридиловой петлях. Причем важно не какие нуклеотиды входят в состав этих петель, а положение комплементарных пар.
Мы предположили, что 3D-структура тРНК, а точнее угол оборота (ω) акцепторного стебля вокруг собственной оси с периодом в 120о, является способом перекодирования информации о трехмерном структурном шаблоне протеинов. Тогда как первый нуклеотид антикодона является чипом для распознавания одного из трех вариантов изоакцепторних тРНК.
Смотрите, тРНК с антикодонами, которые комплементарны к так называемым спиральных кодонов, имеют угол оборота ω 0о (условно точка отсчета значение этого угла) и своей структурой перекодируют информацию о формировании R ротамеров пептидной связи. Соответственно, тРНК с ω 120о комплементарны к кодонам с U в третьей позиции и перекодируют информацию 0 ротамере пептидной связи, а тРНК с ω -120о комплементарны к кодонов с А в третьей позиции и перекодируют информацию о L ротамере.

https://c.radikal.ru/c32/1910/90/8d7ae320a97c.png

Обращаю Ваше внимание на то, что при образовании R 0 или L ротамеров пептидной связи все атомы пептидной группы принадлежат плоскости пептидной связи несмотря на то, что 3D-структура аминокислотных остатков идентична. Это очень важно и дальше мы увидим почему!

https://a.radikal.ru/a04/1910/b8/25e2156bb409.gif

Рассмотреть перекодирование информации о вторичной структуре полиаланина можно в ролике. Заметьте, что повторение кодонов с С/G в третьей позиции, перекодируется структурой тРНК не только с С/G/I в первом положении антикодона, но и со значением ω 0о. Поэтому из последовательности R-ротамеров пептидной связи между аминокислотными остатками, в нашем случае аланина, образуется права спираль.
Далее аналогично из 0-ротамеров синтезируется β-тяж, а из L ротамеров - левая спираль. А вот чередование кодонов в мРНК и соответственно перекодирование ротамеров в полипептиде не образует периодической вторичной структуры, а только неструктурированный мотив.

https://a.radikal.ru/a08/1910/2a/ac6abeec2353.png

Эти сведения легли в основу гипотезы 3D-генетического кода белков.
Гипотеза 3D-генетического кода белков
∙    Информация первых двух нуклеотидов кодона отвечает, как известно, за разновидность аминокислоты, а вот третий нуклеотид несет информацию о ротамере пептидной связи в соответствии с таблицей 3D-генетического кода белков.
∙    Информация третьего нуклеотида кодона должна быть перекодирована в соответствующий ротамер пептидной связи непосредственно самой трехмерной структурой изоакцепторных тРНК, а точнее заданным углом оборота акцепторного стебля тРНК вокруг своей оси в результате взаимодействия псевдоуридиловой и дигидроуридиловой петель.
∙    Изоакцепторные тРНК для одной аминокислоты различаются между собой не только первым нуклеотидом антикодона, но прежде всего значением угла ω, кратным 120о.
∙    Изоакцепторные тРНК с синонимичными антикодонами в первой позиции антикодона для различных аминокислот должны иметь одинаковый угол оборота акцепторного стебля вокруг своей оси в их 3D-структуре.
∙    В результате матричного синтеза белка с рибосомы сходит его уникальный трехмерный структурный шаблон для дальнейшего фолдинга в рабочую конформацию.

https://a.radikal.ru/a10/1910/b5/4145b3b47e27.png

В гипотезе 3D-генетического кода, как Вы заметили, речь идет о ротамере пептидной связи в качестве основного элемента трехмерного структурного шаблона белка. Три вида ротамеров пептидной связи при ω 0 (R-ротамер), -120 (L-ротамер) и 120 (0-ротамер) соответствуют не только трехмерности пространства в декартовой системе координат, но и трем конформерам вторичной структуры белков: правая спираль (Rn), левая спираль (Ln) и β-тяж (0n), как мы видели в ролике. ω-угол в структурном шаблоне белка является углом вращения по оси пептидной связи, который задается всей 3D-структурой соответствующей изоакцепторной тРНК в момент присоединения аминокислотного остатка к пептидной цепи в рибосоме и фиксируется самой новообразованной пептидной связью.
Таким образом, кодирования структурного шаблона белка из протеиногенных аминокислот происходит в соответствии с общей таблице 3D-генетического кода структурного шаблона белка.

https://a.radikal.ru/a07/1910/fc/570c20bce469.png

Примечательно, что в пуле из 200 нуклеотидных последовательностей цитоплазматических тРНК эукариот (tRNAab) 73% имеют в первом положении антикодона I, C или G, которые комплементарные к C/G нуклеотидам в третьей позиции кодона, 20% - U или modU для кодонов вида XYA и только 7% с Q для кодонов XYU.
Объективная предпосылка такого неравномерного распределения заключается в разной частоте встречаемости кодонов, которые комплементарны  к данным видам тРНК. Например, для генов Human, Mouse или Drosophila частоты встречаемости кодонов с C/G, A или U в третьей позиции кодона соответствуют соотношению 74:13:13.
Примечательно, что спиральные XYC/G-кодоны составляют подавляющее большинство, поэтому неудивительно, что проф. А.С. Спирин, отклоняясь от постулата синтеза белка в виде развернутой полипептидной цепи, предположил, что в самой рибосоме полипептид может быть синтезирован в виде α-спирали. Это большой шаг вперед в понимании синтеза трехмерного структурного шаблона белков по сравнению с пока общепринятым представлениям о трансляции неструктурированной верёвочки из бусинок аминокислотных остатков, но никак не приближает нас к осознанию механизма перекодировки 3D-структуры белков не только с α-спиралями, но и с β-тяжами, поворотами, витками левой спирали, или вообще неструктурированных белков.

https://b.radikal.ru/b29/1910/d6/06d1707ef446.png

Рассмотрим карту Рамачандрана для полиаланина.
Установлено, что для вторичной структуры белков (спиральные мотивы и β-тяжи) существуют вполне определенные взаимообусловленные значения углов оборота по связям Сα-СО (угол ψ) и NH-Сα (угол φ). То есть в разных вторичных структурах полипептида 3D-структура аминокислотных остатков отличается. Другими словами аланин в спирали имеют трехмерную структуру отличную от аланина в β-тяжи. С чего бы это, спросите Вы. Ответ таков: необходимо же как то из плоскостной проекции полиаланина свернуть его пространственную структуру. Итак, карта Рамачандрана является визуализацией функции ƒ: [-π, π) × [-π, π) → R +, областью решения которой есть пространственная фигура тор. Таким образом, области значений углов ψ и φ на ней это проекции данного тора на плоскость, что приводит к несколько искаженному представлению области решений функции ƒ и наличию разрывов.
На карте приведены области значений двугранных углов ψ и φ, при которых реализуются соответствующие мотивы вторичной структуры в полиаланине.
Такие разношерстные значение ψ и φ связаны, на наш взгляд, с отсутствием единой точки отсчета для этих углов в трех приведенных вариантах вторичной структуры белка.
Давайте поэкспериментируем и зададим одну точку отсчета для трех разновидностей вторичной структуры. Например, если угол ψ детерминировать значением -120о, то значение угла φ, рассчитанные по формуле, связывающей оба эти угла: 3cosΩ = 1-4cos2 [(ψ + φ) / 2], будут 0о для правой спирали, 120о для β-тяжа и 240о (или -120о) для левой спирали.
Таким образом, зафиксировав единую точку отсчета для угла ψ, мы получили период изменения угла φ в 120о при переходе от правой спирали к β-тяжу и затем к левой спирали.
Далее предположили, что вычисленный период изменения угла φ не может обусловливать ротамер пептидной связи, потому что одинарная связь NH-Сα уже существует в каждом аминокислотном остатке на момент образования полипептида, поэтому угол оборота по её оси не перекодируется и не может быть зафиксирован в процессе трансляции. Остается только угол ω - двугранный угол оборота по оси пептидной связи, который и детерминирует её ротамерность в момент образования и уже не меняется до разрыва планарных пептидных связей. Итак, для формирования конформеров вторичной структуры белка (спирали и β-тяжи) достаточно оборота по оси пептидной связи на Δω = 120о в момент ее образования при условии [ψ, φ] = const.

https://c.radikal.ru/c20/1910/ad/cbce7e02ea8a.png

Угол Ω, который характеризует взаимную ориентацию плоскостей пептидных групп смежных аминокислотных остатков, принимает значение 70,5о для правой спирали, 180о для β-тяжа и 90о для левой спирали.
Синтезированный de novo белок в виде структурного шаблона аминокислотной последовательности с пептидными связями претерпевает в клетках дальнейшую оптимизацию своей конформации (так называемый фолдинг). Для пострансляцийного фолдинга структурного шаблона белка доступным остается оборот только по оси связи NH-Cα- на прирост угла φ -- Δ φ. Показали, что преобразования в ряду правая спираль → β-тяж → левая спираль происходит в результате изменения значения угла φ на 120о независимо от разновидности (R, 0 или L) ротамер пептидной связи.
Итак:
1. Конформер вторичной структуры белка образуется не в результате связанных оборотов на углы ψ и φ связей Сα-СО и NH-Сα в структуре аминокислот, а в результате ротамера пептидной связи, который формируется между аминокислотами.
2. Ротамеры пептидной связи (R, 0 и L) отличаются друг от друга на Δω = 120о и не изменяются после матричного синтеза полипептида.
3. В структурном шаблоне белка оборот по оси связей Сα-СО на угол ψ, также как и обороты по планарным пептидной связям, невозможны в связи с обобществлением электронов всего узла СО-Сα-NH-.
4. Посттрансляцийний фолдинг структурного шаблона белка в нативную конформацию осуществляется благодаря доступному оборота по оси связи NH-Cα- на прирост угла φ (Δφ = 120о)

https://a.radikal.ru/a36/1910/67/a8e0afd33a6c.gif

Понаблюдать за преобразования вторичных структур при фолдинга можно в следующем ролике.

https://a.radikal.ru/a39/1910/f4/3a0469123a53.gif

На основании приведенных данных была создана авторская программа - Молекулярный конструктор (MC) для построения персонального структурного шаблона любого белка с экспериментально неустановленной структурой и отсутствием гомологии исходя из информации, содержащейся лишь в нуклеотидной последовательности его мРНК. Геометрический алгоритм MС-программы включает следующие компоненты:
∙    библиотеку атомов и аминокислотных остатков в декартовой системе координат;
∙    разновидности ротамеров пептидной связи;
∙    таблицу 3D-генетического кода структурного шаблона белка;
∙    условия кодирования конформеров вторичной структуры.
Для структурного шаблона белка МС-программа вычисляет координаты каждого атома, учитывая ковалентные радиусы последних, длины и кратности связей, а также углы между ними. В результате, на основе декодированного информации файла с нуклеотидной последовательностью мРНК (входной файл .dne), МС выдаёт выходной файл в .pdb формате с координатами всех атомов реализованного структурного шаблона белка и визуализирует его 3D-структуру.
Понятно, что в программе реализован только геометрический алгоритм, то есть то, что происходит в рибосоме при трансляции. Чтобы превратить декодированный структурный шаблон белка в его рабочую конформацию необходимо добавить все разновидности физико-химических взаимодействий, которые подстерегают новообразованный полипептид. Эта часть работы может быть смоделированна с помощью молекулярной динамики и ассоциироваться с природным фолдингом белков.

https://c.radikal.ru/c12/1910/c7/49c06d32503d.png

Все теоретические и статистические предпосылки доклада подробно изложены в монографии
Соколик В., Кушелев А. Геометрия живого наномира. Пикотехнология белков.  LAP LAMBERT Academic Publishing (2016-08-04), ISBN 978-3-659-92862-8, 292 c. https://www.morebooks.shop/store/ru/boo … 59-92862-8

Благодарю за внимание. 

 Перевод доклада на английский язык планируется опубликовать в одном из ближайших выпусков рассылки.

Обсуждение




В избранное