биомолекула.ру. Взгляд изнутри.
 

Логин:
Пароль:


Недоупорядоченные белки

[1 декабря, 2008 г.]

Одна из основных догм структурной биофизики гласит, что строение молекулы определяет её функцию, подразумевая тем самым наличие чётко заданной пространственной структуры. Для большинства белков, организация и функции которых хорошо изучены, — таких, как «классические» ферменты, — хорошо известно, как именно должны быть расположены те или иные фрагменты белковой молекулы, чтобы она выполняла свою функцию. Однако в последнее время было открыто довольно много белков, структура которых не столь чётко задана, — которые, выражаясь в терминах физики белка, пребывают в состоянии расплавленной глобулы, вообще не имея «плотно упакованного» состояния и обладая аномально высокой подвижностью. И, что самое интересное, такие белки, тем не менее, выполняют важные функции, и некоторые особенности такой их «несовершенной» организации, возможно, играют особенную роль в таких биологических процессах как регуляция транскрипции и передача сигналов.

В течение уже, по крайней мере, века, умы биохимиков и молекулярных биологов заняты загадкой ферментативного катализа, а в особенности самой главной его чертой — способностью к невероятному ускорению практически любой биологически важной химической реакции. Современное представление о механизме ферментативного катализа основывается на идее Лайнуса Полинга о том, что фермент имеет сродство к переходному состоянию реакции (существующему очень короткое время), снижая тем самым энергетический барьер для данного превращения. Обычно, говоря о белковом катализе, исходят из представления о практически статичном активном сайте фермента, «вылепленном» эволюцией для идеального соответствия (пространственного и электростатического) структуре переходного состояния. Впрочем, недавно в экспериментах по ЯМР-спектроскопии было наглядно продемонстрировано, что активные сайты обладают динамической подвижностью, и что характерные времена этих движений тесно связаны с временами соответствующей ферментативной реакции [1]. И хоть само по себе открытие динамической подвижности не сотрясает основ структурной биологии (центральная догма — «структура определяет функцию»), в качестве такого «сотрясения» можно выделить открытие того, что от 1/6 до 1/3 эукариотических белков не имеют чётко заданной структуры — они либо слабо упорядочены, либо содержат довольно большие неупорядоченные области [2]. Классификация слабо упорядоченных белков показала, что они принимают участие во многих регуляторных процессах, связанных с транскрипцией и передачей сигналов.

(Кстати, открытие «не до конца свёрнутых» белков — уже не первое событие, претендующее на то, чтобы расширить традиционные представления о фолдинге: недавно показано, что белок лимфотактин имеет сразу две нативные структуры, выполняющие каждая свою функцию [3], а путём введения мутаций в изначально негомологичные белки можно добиться идентичности последовательностей 90–95%, сохранив, тем не менее, первоначальные упаковку и биохимические свойства [4].)

Эксперименты по определению строения «не до конца свёрнутых» белков показали, что они находятся в состоянии «расплавленной глобулы» [5], — то есть в форме, традиционно считающейся промежуточной на пути к нативной, «плотно упакованной», структуре. И, тем не менее, такие белки, для которых характерна аномально высокая подвижность главной цепи, обладают ферментативной активностью [6] (!), что было довольно-таки непросто объяснить, учитывая, что чётко заданной структуры у них просто-напросто нет. Фермент, для которого были проведены эти исследования, называется хоризматмутазой — это катализатор превращения хоризмовой кислоты (важного метаболита растений и микроорганизмов) в префеновою кислоту (промежуточное соединение в биосинтезе ароматических аминокислот). Фермент выделен из бактерии Methanococcus jannaschii. Точнее, свойствами расплавленной глобулы обладает не сама хоризматмутаза (существующая в виде стабильного димера), а её генно-инженерный мономерный вариант (mMjCM), сохраняющий те же биохимические свойства, что и димер, но обладающий при этом очень высокой подвижностью главной цепи молекулы [6] (см. рис. 1а,б). Нужно добавить, что в несвязанном с лигандом состоянии определить структуру mMjCM вообще не удаётся из-за очень высокой подвижности. Но если в раствор добавить специальную молекулу — аналог переходного состояния реакции, — с которой фермент связывается, но не может расщепить, это приводит к некоторой стабилизации молекулы и позволяет изучить её структуру и подвижность с помощью методики ЯМР-спектроскопии [6].

Объяснить (пока, видимо, только предварительно) наличие ферментативной активности у белкá, не обладающего фиксированной трёхмерной структурой, удалось с помощью компьютерных расчётов, позволяющих получить упрощённый вариант гиперповерхности потенциальной энергии молекулы и понять некоторые особенности её функционирования [7]. Получавшиеся в таких расчетах энергетические поверхности были уже не «гипер», а «обычными», то есть описывались всего тремя измерениями — по сравнению с астрономическим числом координат, необходимых для характеристики «честной» гиперповерхности (см. рис. 1в). На основании анализа молекулярной динамики димерной и мономерной (mMjCM) форм хоризматмутазы в присутствии и отсутствии аналога переходного состояния (АПС), учёные построили характерные для этих систем упрощённые энергетические карты и сделали интересные наблюдения:

  • во-первых, низкоэнергетическая область для мономера значительно более обширна (вытянута вдоль оси абсцисс на рисунке 1в), что хорошо согласуется с тем фактом, что mMjCM существует в виде расплавленной глобулы и, следовательно, может в широких пределах варьировать свою структуру. Для нативной же формы такой возможности нет: «колодец» потенциальной энергии, определяющий характеристики нативного состояния, имеет достаточно крутые «стенки» и небольшую площадь, — что обозначает чётко определённую и стабильную трёхмерную структуру;
  • во-вторых, при связывании лиганда — АПС катализируемой реакции — в случае обоих ферментов низкоэнергетический «колодец» сужается, свидетельствуя о стабилизации молекулы. И, опять же, в соответствии с экспериментом, этот эффект намного более выражен в случае мономера: если в отсутствие лиганда он не обладает вообще никакой стабильной структурой, то при связывании АПС достигается определённая стабилизация.

Рисунок 1. Исследование энергетического ландшафта мономерного варианта хоризматмутазы. А. Химическая реакция, катализируемая харизматмутазой Methanococcus jannaschii. Согласно представлению о ферментативном катализе, переходное состояние реакции обладает сродством к ферменту, её катализирующему. Б. Нативная форма хоризматмутазы представляет слитый димер (справа; структура фермента E. coli), однако с помощью генно-инженерных модификаций его можно превратить в мономер, функционирующий в состоянии расплавленной глобулы [6] (слева; структура фермента M. jannaschii). В обоих случаях в активном сайте находится молекула аналога переходного состояния (АПС). В. Упрощённый энергетический ландшафт, рассчитанный для обоих ферментов в присутствии (снизу) или отсутствии АПС (сверху) с помощью метода молекулярной динамики [7]*. Хорошо заметна бóльшая протяжённость области низкой энергии (показана тёмно-синим) для мономера (mMjCM) по сравнению с димером (EcCM), что согласуется с данными о высокой конформационной подвижности mMjCM (вверху слева). При связывании с АПС (снизу) размер низкоэнергетических областей сокращается для обоих ферментов, но в случае mMjCM — особенно выраженно (внизу слева). Рисунок из [7].
* — В качестве «пространственных» координат выступают радиус гирации молекулы (Rg) и порядок внутримолекулярных контактов (% CO); соответствующие значения энергии показаны с помощью изолиний. Шкалы (в ккал/моль) даны справа от карт.

Каким же образом хаотически свёрнутому белку, не обладающему чётко заданной трёхмерной структурой, удаётся выполнять вполне конкретные биологические функции? Одним из возможных объяснений является стабилизация неупорядоченной белковой цепи при взаимодействии со специфической мишенью или лигандом [8], — то есть, мы имеем дело с фолдингом, происходящим одновременно со связыванием с другой молекулой. Расчёты подтверждают, что такое специфическое взаимодействие способно вызвать образование устойчивых структурных элементов в практически хаотической (до связывания) структуре (см. рис. 1в).

В отличие от «классического» примера глобулярных белков, на которых были выработаны современные представления о фолдинге биополимеров (сильно изрезанная энергетическая гиперповерхность с одним чётко выраженным глубоким «колодцем», соответствующим нативному состоянию (рис. 2, слева)), энергетический ландшафт слабо упорядоченных белков выглядит по-другому. Для таких белков «колодец» не очень «глубокий», но зато достаточно «широкий», что и определяет динамические свойства молекулы (рис. 2, в центре). «Углубить» этот «колодец» (и вызвать образование стабильной нативной структуры) могут специфические межмолекулярные взаимодействия, такие как взаимодействие с лигандом в случае мономерной формы хоризматмутазы. Однако остаётся ещё одна проблема: такой процесс неизбежно будет связан с уменьшением энтропии по мере того, как хаотически устроенная цепь белка будет сворачиваться в нативную форму с участием другой молекулы, — а это невыгодно с термодинамической точки зрения. Так что же привело к появлению таких невыгодных форм существования белковых молекул?

Рисунок 2. Взаимосвязь между фолдингом белкá и профилем поверхности свободной энергии. Слева: схема энергетического ландшафта «классического» глобулярного белкá, имеющего один ярко выраженный «колодец» на энергетической поверхности, где находится нативная конформация, соответствующая в данном случае глобальному термодинамическому минимуму свободной энергии и доступная с позиций кинетики фолдинга. Подобные схемы подразумевают разделение свободной энергии системы на структурную энтропию белкá (по горизонтальной оси) и эффективную энергию (или просто энергию). Последняя, впрочем, тоже содержит энтропийное слагаемое, но оно относится уже не к белку, а к растворителю. В центре: энергетические ландшафты слабо упорядоченных белков характеризуются меньшей изрезанностью, малой «глубиной» и большей «шириной» энергетического «колодца» [2]. Возникающая при этом сила, управляющая сворачиванием молекулы, достаточно слаба, и белок может оставаться разупорядоченным. Однако специфические взаимодействия с другими молекулами (белкáми, лигандами) могут способствовать образованию дополнительных контактов, углубляющих энергетический «колодец» и вызывающих одновременное со связыванием сворачивание [2, 6]. Справа: произвольно организованный энергетический ландшафт, для которого «поиск» каталитической конформации занял бы неопределённо большое время.
Красным цветом на всех трёх схемах показана «заселённость» различных областей конфигурационного пространства. Рисунок из [9].

На этот счёт существует несколько гипотез относительно преимуществ, которыми обладают слабо упорядоченные белки, например — более быстрая или специфическая кинетика реакции или разнообразие выполняемых функций [8] — способность взаимодействовать более чем с одной мишенью и/или связывать более одного лиганда. Однако предсказать или экспериментально определить, какой же именно функцией обладает слабо упорядоченный белок, очень сложно: динамика расплавленной глобулы, фактически, «размазывает» функциональную конформацию белка среди обширного ансамбля произвольных структур.

Может ли расплавленная глобула катализировать ферментативную реакцию? Ответ на этот вопрос положителен ([6] и рисунок 1). Однако может ли белок с произвольным образом организованным энергетическим ландшафтом также осуществлять катализ? Это уже вряд ли: в этом случае белку потребовалось бы астрономически большое время, чтобы случайно принять конформацию, способную катализировать превращение (см. рис. 2, справа). Тут возникает аналогия с парадоксом Левинталя (см. «Торжество компьютерных методов: предсказание строения белков»), но этот парадокс уже не кажущийся: ведь в этом случае отсутствуют выделенные направления на поверхности потенциальной энергии, которые как раз и обеспечивают выход из парадокса Левинталя.

Из этих рассуждений следует, что в слабо упорядоченных белкáх всё-таки важна именно упорядоченность, а точнее — профиль энергетического ландшафта, отличающийся от поверхности произвольного рельефа наличием области низкой энергии, пусть и значительно менее выраженной, чем в случае плотно упакованных белков. Достижение каталитической конформации будет дополнительно «стоить» «не до конца свёрнутым» белкáм сопутствующего этому снижения энтропии, и катализ с участием таких ферментов, при прочих равных, будет менее эффективным. Среди возможных преимуществ слабо упорядоченных белков в качестве ферментов или регуляторов можно в дополнение к уже названному добавить их меньшую стабильность (т. е., более быструю деградацию на протеасомах), что может быть плюсом, если требуется очень короткий «всплеск» определённой активности.

Похоже, что эти странные, слабо упорядоченные белковые молекулы могут играть важную роль в регуляции клеточных процессов. И чтобы более пóлно понять их функции и механизмы, по которым они осуществляют катализ и другие процессы, потребуется ещё много лабораторных и компьютерных экспериментов.

Статья написана по материалам рубрики «Комментарии» Докладов АН США [9].

Литература

  1. Henzler-Wildman K.A., Lei M., Thai V., Kerns S.J., Karplus M., Kern D. (2007). A hierarchy of timescales in protein dynamics is linked to enzyme catalysis. Nature 450, 913–916 (в интернете);
  2. Papoian G.A., Wolynes P.G. (2003). The physics and bioinformatics of binding and folding-an energy landscape perspective. Biopolymers 68, 333–349 (в интернете);
  3. биомолекула: «Одна последовательность-одна структура: был ли Анфинсен неправ?»;
  4. биомолекула: «Непохожие „гомологичные“ белки»;
  5. А. В. Финкельштейн — Введение в физику белкá. Лекция 17;
  6. Pervushin K., Vamvaca K., Vögeli B., Hilvert D. (2007). Structure and dynamics of a molten globular enzyme. Nat. Struct. Mol. Biol. 14, 1202–1206 (в интернете);
  7. Roca M., Messer B., Hilvert D., Warshel A. (2008). On the relationship between folding and chemical landscapes in enzyme catalysis. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 105, 13877–13882 (в интернете);
  8. Dyson H.J., Wright P.E. (2002). Coupling of folding and binding for unstructured proteins. Curr. Opin. Struct. Biol. 12, 54–60 (в интернете);
  9. Papoian G.A. (2008). Proteins with weakly funneled energy landscapes challenge the classical structure–function paradigm. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 105, 14237–14238 (в интернете).

Автор: Чугунов Антон.

Число просмотров: 2910.

Creative Commons License — условия использования и распространения материалов сайта.
Вернуться в раздел «Структуры»

Комментарии

(Оставить комментарий) (показывать сначала старые комментарии)

IUP с точки зрения белковой эволюции.

Сергей Филькин  — 13 апреля, 2012 г. 14:13. (ссылка) (свернуть ветвь)

Антон, а как ты думаешь могли ли Intrinsically unstructured proteins быть более эволюционно древними, чем структурированные белки? Исходя из того, что они мультисубстратны, могут лучше подстраиваться под сайт связывания, менее специфичны,и т.д.
Или же они наоборот эволюционно прогрессивны, т.к. у эукариот их больше?

(ответить)

Re: IUP с точки зрения белковой эволюции.

Полянский Антон — 13 апреля, 2012 г. 14:18. (ссылка)

в общем смысле - да, а в случае эукариот - это заново изобретенный велосипед.

(ответить)

Re: Недо...

Матвеев Владимир — 22 ноября, 2010 г. 21:27. (ссылка) (свернуть ветвь)

В статье много неточностей из-за неверного "запева". Термин "недоупорядоченные белки" в литературе мне не попадался (в том числе и в лекциях Финкельштейна и Птицына). Зато Dunker (2001) говорит о троице: глобулярный белок - расплавленный белок - нативно-развернутый белок. Позже Уверский (2002) предложил дополнение, превратившее троицу в квартет - предрасплавленную глобулу (термин неудачный, т.к. на самом деле имеется ввиду белок, в прошлом глобулярный, развернутый еще сильнее, чем даже расплавленная глобула). Несмотря на важное значение, придаваемое расплавленной глобуле в механизмах клеточной регуляции, ее существование в живой клетке пока не доказано. Тень, которую бросает Чугунов (вслед за другими авторами) на догму Анфинсена (в том числе и в этой статье: http://www.biomolecula.ru/content/269) не более, чем жажда сенсации (Анфинсен за свою "догму" получил Нобелевскую в 1972-ом). Если мы откажемся от догмы Анфинсена, пусть даже применительно к нативно-развернутым белкам, то специфическим взаимодействиям белков друг с другом будет положен конец. Тогда придется признать, что регуляторные механизмы строятся на случайных взаимодействиях, а броуновское движение станет основой основ жизнедеятельности клетки. Мрачная, неприемлемая перспектива...

(ответить)

Анфинсен может спать спокойно

Чугунов Антон — 22 ноября, 2010 г. 23:11. (ссылка) (свернуть ветвь)

Это в школьном реферате могут быть неточности. Здесь идет речь о вполне конкретной научной работе, и говорить о её неточностях, не проверив все результаты самостоятельно (ведь вы этого не делали, не правда ли?) — просто нонсенс.
Что касается термина «недоупорядоченные белки» — то его в русской литературе нету, это правда (потому что его придумал я). По-английски это называется Intrinsically unstructured proteins, и в «Физике белка» и впрямь про них ничего не написано, потому что такие белки — всё-таки экзотика (про них не очень много говорят в рамках «классических» лекций, хотя, по разным оценкам, их доля до 30% от всех белков), да и открыли их позже (кажется), чем была опубликована последняя редакция тех лекций.
А если говорить обо мне, то никакие догмы я сомнению не подвергал (тем более что я не высказывал своего личного мнения) —  вы, наверное, просто не прочитали статью «Одна последовательность–одна структура: был ли Анфинсен неправ?» дальше заголовка. Вообще-то там как раз идет речь о том, что, несмотря на такое удивительное открытие — существование сразу двух нативных структур у белка — Анфинсену тревожиться не о чем: такую возможность он не озвучивал не потому, что считал её теоретически невозможной, а просто крайне маловероятной.

(ответить)

Re: Больного часто спасает вера, говорят медики

Матвеев Владимир — 23 ноября, 2010 г. 09:05. (ссылка) (свернуть ветвь)

Системообразующая неточность состоит в том, что читателю нужно было дать ясно понять, что всё, что мы знаем о расплавленной глобуле, получено в пробирке. Какое это имеет отношение к живой клетке – еще вопрос. Лично мне хотелось бы, чтобы в клетке глобулярные белки плавились.

Вторая неточность в заголовке: «Одна последовательность — одна структура: был ли Анфинсен неправ?» Надо было написать: был ли Анфинсен ПРАВ? Но это замечание редакционное. Как говориться, кто из нас не ошибается.

Если говорить по существу, то я не вижу никакого повода задаваться таким вопросом. Белки сворачиваются не в вакууме, а в конкретных физических условиях. Одна и та же аминокислотная последовательность в одних условиях дает фермент, в других – козью морду. Что в этом удивительного? Если конформация данного белка изменяется, значит, изменяются физические условия. Иначе и быть не может.

Лучшим переводом на русский понятия “intrinsically unstructured proteins” считаю «нативно-развернутые белки». Действительно, в нормальных физиологических условиях белок развернут, это есть его естественное (родное) состояние. Противоречит ли такое состояние догме Анфинсена? Говорят, что да, противоречит, или, на худой конец, плохо согласуется. Видите ли, конформация у таких белков НЕОПРЕДЕЛЕННАЯ, говорят ниспровергатели. Тот факт, что энергетический барьер между разными конформациями невелик, не означает вседозволенности и неопределенности. Догма Анфинсена не указывает, какой должна быть высота таких барьеров, она говорит только о том, что данная аминокислотная последовательность имеет биологический СМЫСЛ. Различные конформации, на который способен нативно-развернутый белок, также ИМЕЮТ смысл (виват Анфинсен!), просто мы его еще не понЯли. Кроме того, основные сведения, полученные о нативно-развернутых белках, получены в ПРОБИРКЕ! Что там делается на самом деле в клетке, пока доподлинно неизвестно.

В связи с нативно-развернутыми белками, не могу пройти мимо еще одной неопределенности в Вашей статье. Вы (вслед за авторами, разумеется) пишите: «мы имеем дело с фолдингом, происходящим одновременно со связыванием с другой молекулой». Мило. Ясно вижу: нативно-развернутый белок слоняется по клетке, сталкивается с другими белками и каждый раз начинает сворачиваться и связываться с тем, обо что он споткнулся. При таком подходе остается загадкой, как в этом борделе случайных связей обеспечивается СПЕЦИФИЧНОСТЬ взаимодействий, осмысленность биологической реакции?

Куда разумнее другой подход: нативно-развернутый белок начинает сворачиваться; в его молекуле образуются вторичные структуры (в полном соответствии с Анфинсеном!), которые осмысленно взаимодействуют с комплементарными вторичными структурами белка-мишени, а не с первым встречным. В исходном, нативно-развернутом, состоянии эти белки стабилизируются лигандами. Пришел сигнал, лиганд слетел, белок начал сворачиваться. Учитывая плотную упаковку белков в клетке, вера в белки-скитальцы наивна.

«Это в школьном реферате могут быть неточности.» Какая вера в непорочность научных статей! У меня она прошла вместе с верой в Деда Мороза.

(ответить)

Re: Re: Больного часто спасает вера, говорят медики

Чугунов Антон — 23 ноября, 2010 г. 09:42. (ссылка) (свернуть ветвь)

Слушайте, не надо передергивать. Я не говорил, что статьи непогрешимы (само собой, нет). Говорил я -- что утверждать о "неточностях" можно только в том случае, если провёл какие-то исследования в этой области. (Ну или хотя бы разобрался во всём, потратив массу сил и времени.) А "на глаз" тут неточностей, увы, не заметишь.
В общем, спасибо за дискуссию, мне кажется что она окончена.

(ответить)

Re: Re: Re: Больного часто спасает вера, говорят медики

Матвеев Владимир — 23 ноября, 2010 г. 10:12. (ссылка)

Я рассчитывал, что Вы ответите по существу. Но раз ответов у Вас нет, то в дискуссии, в самом деле, придется ставить точку. Жаль...

(ответить)

Re: Re: Недо...

Полянский Антон — 22 ноября, 2010 г. 21:39. (ссылка) (свернуть ветвь)

Каким это образом отказ от догмы Анфинсена отменит специфичность взаимодействия белков? Специфичность определяется изменением свободной энергии при взаимодействии, но никак не наличием единственной структуры (чего в природе и не бывает вовсе - обычно, присутствует ансамбль структур, которые могут достаточно сильно отличаться друг от друга - напр., активное - неактивное состояние).

(ответить)

Re: Котлеты и мухи

Матвеев Владимир — 23 ноября, 2010 г. 08:54. (ссылка) (свернуть ветвь)

Специфичность определяется только СТРУКТУРОЙ и ничем больше (в нашем контексте структуру задает догма Анфинсена). Изменением свободной энергии определяется только НАПРАВЛЕНИЕ изменений (реакции). При неспецифических взаимодействиях свободная энергия системы разве не снижается?

(ответить)

Re: Re: Котлеты и мухи

Полянский Антон — 23 ноября, 2010 г. 12:40. (ссылка) (свернуть ветвь)

Специфичность - не более, чем константа ассоциации / диссоциации - это единственное каким образом специфичность можно проверить в эксперименте. Все остальное - досужие домыслы биологов-идеалистов. Догма Анфинсена, скорее всего, один из промежуточных этапов в развитии белковой физики. Несмотря на то что ряд моментов в вашей статье заслуживает внимания (действительно, свободную диффузию белков в условиях реальной клетки не возможно представить), вцелом предложенная модель клетки с существованием двух основных состояний (по аналогии с белковой глобулой) лишена какого-либо физико-химического объяснения.

(ответить)

Re: Re: Re: Котлеты и мухи

Матвеев Владимир — 23 ноября, 2010 г. 14:44. (ссылка) (свернуть ветвь)

Специфичность, повторю, определяется структурой. Мерой специфичности может быть константа ассоциации и другие показатели.
Что касается двух состояний, то сама по себе эта идея не нова. Для мышцы - покой/сокращение, для возбудимой мембраны - закон "все-или-ничего", для простых глобулярных белков - свернутая глобула-развернутая глобула (время жизни интермедиатов пренебрежимо мало). Поэтому Ваш вывод об отсутствии "физико-химического объяснения" звучит загадочно. Вообще говоря, чем короче высказывание, тем оно многозначнее. Многозначность хороша в искусстве (каждый вкладывает в художественную символику свое) и в религии, но не в научной литературе. Переход "нет вторичной структуры-есть вторичная структура" кооперативный. Плавление глобулы - тоже кооперативный процесс. Кооперативные процессы в белках протекают с высокой скоростью и хорошо описываются модель двух состояний. Кто-то сказал, снимите с человека маску, и он скажет вам правду. Снимите маску!

(ответить)

Re: Re: Re: Re: Котлеты и мухи

Полянский Антон — 23 ноября, 2010 г. 15:46. (ссылка) (свернуть ветвь)

Вот вы пишете:"several similar molecules under identical conditions will be in the same phase state: either globule, or molten globule, or the unfolded conformation. Within such a population, uninterrupted and asynchronous protein transitions from one phase state to another cannot take place." Это крайне упрощенная картина - в каждом фазовом состоянии, сущетсвуют также набор микросостояний, между которыми молекулы распределены в соответсвии с Больцмановской статистикой. Проще говоря, белки в клетке представленны конформационным ансамблем. В пользу этого говорят последние работы по изучению механизмов аллостерического регулирования (см. напр. здесь) . Таким образом, эта самая СТРУКТУРА - о которой вы тут многократно упоминали (и непременно в верхнем регистре) - это средний по палате. Структурные исследования (кристаллография, ЯМР) иногда способны получить эту усредненную по ансамблю конформацию, которая может быть вполне виртуальной. Даже в кристалле белка молекулы не абсолютно идентичны. У Анфинсена говорится именно об этой средней конформации, так как других представлений на тот момент не было. Каким образом, теперь мне объясните, эта средняя конформация имеет отношение к специфичности?

(ответить)

Re: Не верь глазам своим, верь маленьким серым клеточкам...

Матвеев Владимир — 24 ноября, 2010 г. 09:40. (ссылка) (свернуть ветвь)

А разве существование микросостояний ОТМЕНЯЕТ ключевые характеристики макросостояния? Я говорю: мы имеем дело с альфа-спиралью. Вы отвечаете: Вы всё упрощаете, ведь атомы, входящие в эту спираль совершают тепловые колебания, сама спираль повергается деформациям, массой методов показано, что у альфа-спирали куча микросостояний. Ну, и что? Альфа-спираль перестала от этого быть альфа-спиралью? Невзирая на тьму микросостояний, альфа-спираль выполняет свое назначение – обеспечивает специфичность взаимодействий. У двойной спирали ДНК тоже тьма микросостояний, но они настолько МИКРО, что это не мешает ей выполнять свою основную функцию. На экране компьютера мы видим СРЕДНЮЮ конформацию, а в клетке работает РЕАЛЬНАЯ конформация. Почувствуйте разницу.

Ваше «среднее по палате» - это ИНСТРУМЕНТАЛЬНОЕ отражение действительного положения дел. Если человек знает об ограничениях метода, он знает, ПОЧЕМУ он видит ЭТО, и что НА САМОМ деле за ЭТИМ стоит. Если Вы в свой доморощенный телескоп не видите звезду Бательгейзе, это не значит, что ее нет. Просто купите более совершенный инструмент.

Анфинсен говорит: при этой аминокислотной последовательности у нас получится химотрипсин. Да, у него будет немеряное количество микросостояний, в разных условиях у него будет разная активность, но это будет химотрипсин и только химотрипсин! За деревьями (микросостояниями) нужно видеть лес, хотя это и сложно бывает.

(ответить)

Re: Re: Не верь глазам своим, верь маленьким серым клеточкам...

Полянский Антон — 24 ноября, 2010 г. 11:48. (ссылка) (свернуть ветвь)

Хорошо, давайте переведем дискуссию в более конструктивное русло. Я не говорю, что микросостояния отрицают альфа-спираль, которой описывается средняя конформация (хотя, конечно, альфа-спираль как объект существует только в голове исследователя). Меня интересует другое, если мы договорились, что в случае белков взаимодействие происходит не межу двумя статическими структурами, а между ансамблями конформаций, как в этом случае вы понимаете механизм специфичности? (Говорю это без цели кого-то подловить, а просто в рамках научного обсуждения)

(ответить)

Re: Re: Re: Не верь глазам своим, верь маленьким серым клеточкам...

Матвеев Владимир — 24 ноября, 2010 г. 14:03. (ссылка) (свернуть ветвь)

Наконец-то обсуждение становится конструктивным. Взаимодействовать могут только структуры, а не ансамбли. Это не обсуждается. Под понятием "ансамбль" скрывается набор структур, который наблюдают за определенный отрезок времени. Давайте проследим за изменением конформации в замедленной съемке. Мы увидим, что в этом наборе есть «осмысленные» структуры, а есть случайные, появившиеся под действием флюктуаций физических условий. Поскольку мы говорим о белках живой клетки, прошедшей 4 миллиарда лет эволюции, то очевидно, что время жизни биологически значимых структур должно существенно превышать время жизни структур-проходимцев (а как иначе?). Для простоты назовем смысловую структуру одного белка «ключом». Если в соседнем белке в тот же момент времени возникнет структура «замок», то тем самым создадутся условия для СПЕЦИФИЧЕСКОГО взаимодействия первого белка со вторым. Пусть в набор конформаций первого белка включены три смысловые структуры: ключ-1, ключ-2, ключ-3. В наборе белка-мишени также имеем три смысловые структуры: замок-1, замок-2, замок-3. Примем, что в обоих белках все указанные смысловые структуры живут не одновременно, а появляются поодиночке. В такой системе мы получим 4 типа взаимодействия: 1) если каждый раз ключ не будет соответствовать замку, взаимодействие будет равно 0, т.е. его не будет; 2) при совпадение типов ключа и замка, мы будем иметь три разных типа специфических взаимодействий по количеству ключей и замков. Специфичность этих взаимодействий (структуры ключей и замков) обусловлена аминокислотной последовательностью того и другого белка (по Анфинсену). Какие ключи и замки должны появиться, и в какой момент – есть предмет регуляции. Таким образом, получается, что при соответствующем подходе, в безликом НАБОРЕ конформаций можно различить существенные детали. Поэтому говорить ВООБЩЕ о наборах можно, но не продуктивно.

Интересно, почему я не получаю сообщений по почте о новых темах в этой ветке форума (да и в других - тоже)?

(ответить)

Re: Re: Re: Re: Не верь глазам своим, верь маленьким серым клеточкам...

Чугунов Антон — 24 ноября, 2010 г. 14:31. (ссылка)

Там сверху есть ссылка -- "следить за обсуждением по почте". Если ее нажать, то все комментарии из этой темы будут приходить в ящик. А вообще, в профиле есть опция уведомления о вообще всех комментариях на сайте (для любителей).

(ответить)

Re: Re: Re: Re: Не верь глазам своим, верь маленьким серым клеточкам...

Полянский Антон — 24 ноября, 2010 г. 14:24. (ссылка) (свернуть ветвь)

Феноменологически - да, специфические взаимодействия можно описать так, как в приведенном примере. Вопрос, как теперь это процесс описать на языке физики: какая движущая сила заставляет ключ 2 взаимодействовать с замком 2? Максимальный выигрыш в свободной энергии в данных условиях? Может ли найтись какой-нибудь другой белок - имеющий сходное сродство? Или взаимодействия уникальны только для одной пары? Как быть с крайне эффективной аггрегацией неправильно свернутых белков (напр., при нейродегенартивных заболеваниях)?

(ответить)

Re: Re: Re: Re: Re: Не верь глазам своим, верь маленьким серым клеточкам...

Матвеев Владимир — 24 ноября, 2010 г. 15:04. (ссылка) (свернуть ветвь)

Я не знаю других сил, кроме максимального выигрыша в свободной энергии. Этот максимум достигается пространственным (топологическим) соответствием одной альфа-спирали (скажем) другой. Если на одной спирали четыре положительных заряда, а на другой - 4 отрицательных, то максимальный выигрыш мы получим при их максимальном сближении. Если из четырех пар зарядов сблизится только одна, то и выигрыш получится копеечным. Вопрос о степени специфичности всегда был больным - т.е. степень специфичности может "плыть". Но мы должны исходить из положения, что взаимодействия обязаны быть уникальными для данного комплекта "ключ/замок", иначе клетка превратится в сумасшедший дом.

Если допустить, что ОДИНАКОВЫЕ "замки" могут быть на РАЗНЫХ белках (а не только на каком-то одном типе белка), то это только обогатит возможности нативной агрегации. Никаких запретов я не вижу. Более того, речь ведь идет о коротких последовательностях (два-три-несколько витков спирали), а им всегда найдется местечко на большом корабле.

В неправильно свернутых белках вторичные структуры тоже неправильные, отсюда и все вытекающие последствия...

(ответить)

Re: Re: Re: Re: Re: Re: Не верь глазам своим, верь маленьким серым клеточкам...

Полянский Антон — 25 ноября, 2010 г. 11:10. (ссылка) (свернуть ветвь)

Стоит отметить, что перечисленные вами факторы, главным образом, относятся к энтальпийному вкладу, тогда как оценка энтропийной компоненты (не менее важной!) представляется не столь очевидной. Но допустим. Теперь, представьте, что у вас в руках (на компьютере, и тд) структуры двух белков, полученные для простоты в одинаковых условиях (что вообще-то редкость). Согласно Анфинсену, чего бы еще желать. Можно теперь сказать, будут ли они специфически взаимодействовать? И каким образом это оценить? Или здесь чего-то не хватает? Вопрос, отнюдь, не праздный, а один из самых актуальных в современной структурной биологии.

(ответить)

Re: Re: Re: Re: Re: Re: Re: Не верь глазам своим, верь маленьким серым клеточкам...

Матвеев Владимир — 25 ноября, 2010 г. 12:07. (ссылка)

Коль скоро мы договорились, что ключом к пониманию специфики взаимодействия вторичных структур друг с другом является некое топологическое соответствие (топологическая комплементарность), то нужно искать топографические характеристики, обеспечивающие такое соответствие. С ДНК проще. Там имеется строгое соответствие одного элемента другому: аденина тимину, гуанина цитозину и т.д. С белками дела обстоят, видимо, гораздо сложнее.

Но какие топографические элементы можно выделить уже сейчас? 1. Карта расположения атомов. 2. Карта электронных плотностей (карту электронной поверхности с пиками (высокая плотность), и с впадинами (низкая плотность). 3. Карта «чувствительности» электронной плотности к возмущающему действию различных сил межмолекулярного взаимодействия (в одних точках рассматриваемой поверхности электронные впадины легко превращаются в пики, в других – «ландшафт» мало подвержен изменениям). Если переместить белок из вакуума в раствор, то придется оценивать влияние растворителя и растворенных веществ.

В идеале, нужно выбрать две вторичные структуры, про которых известно, что они взаимодействуют друг с другом специфично, построить для каждой из них указанные карты, и сравнить их, чтобы обнаружить, ЧТО ЧЕМУ на них соответствует. Вот такие соображения можно предложить на вскидку.

(ответить)

Re: Недоупорядоченные белки

Людмила Белик — 30 сентября, 2010 г. 09:20. (ссылка) (свернуть ветвь)

Все таинства белка и его структурирования науке о жизни не известны , а самое главное - неверно понята сама роль белковых изменений и сила их в конце ПУТИ . Механика всей рабочей зоны белковых форм - всегда различна в каждую секунду и это бы исследовать ультрафизикам России поскорей - тем боле , что ученые США и Великобритании - САМОДУМАЮЩИЕ и СВОБОДНЫЕ уже выявили великий импульсный расчёт деления клеток по-разному . Найдите их видеозапистсь квантового делителя клеточек с особым видам насилия над дилителем по импульсу .
То , о чем я пишу много лет горе-академикам РАН "Проверьте ультрафизику всея !" , а по указанию мне ломают почту , компьютер и входы в сайты по науке , и даже по лженауке , в умнейшие ученые смогли раскрыть все тайны ультрафизики всея , сделав уникальную видеозапись "Деление клетки" .
Когда я случайно открыла эту видеозапись - счастливе меня не было человека - ученые открыли то , что вижу и описываю я лет 30 - ультрафизику всея .

(ответить)

Re: Re: Недоупорядоченные белки

Касумов Эльдар — 26 октября, 2011 г. 10:45. (ссылка) (свернуть ветвь)

А как Вы думаете о принципе работы АТФсинтетазы, как электромотор. На мой взгляд, это просто немыслимо с точки зрения физики. Я везде пишу, но не могу опубликовать статью с альтернативной моделью вращения гамма субъединицы в АТФсинтазе.

(ответить)

Re: Re: Re: Недоупорядоченные белки

Старокадомский Петр — 26 октября, 2011 г. 20:26. (ссылка) (свернуть ветвь)

Вы можете прислать нам на конкурс, если статья подойдет - мы ее опубликуем. Если нет - мы детально объясним, почему.
http://biomolecula.ru/content/888

(ответить)

Re: Re: Re: Re: Недоупорядоченные белки

Касумов Эльдар — 27 октября, 2011 г. 10:43. (ссылка) (свернуть ветвь)

Мои первые научные работы посвящены изучению структуры белков и их проводил в т.ч. в старом здании ИБХ. В них показано, что денатурация и ренатурация РНКазы А происходит через промежуточное состояние. Так, что выше состоящий спор скорее оттачивает терминологию, нежели затрагивает суть. Например, третичное состояние белка сильно зависит от внешних условий (температура, рН, ионный состав, растворители и др.). Активность же белка регулируется именно этими условиями. Несоблюдение условий приводит не только к инактивации белка, может привести к гибели организма. Но самое ценное в этих работах было обнаружение сжатия белковой молекулы при низких концентрациях солей (около 0.25М). До 0,5М Гуанидингидрохлорид вызывает сжатие, подавляет ферм.активность и только после 2М вызывает денатурацию. Об этом можно читать подробно в статьях в Pubmed , Google если набрать kasumov e.a..
То,что касается АТРсинтазу, статья пока находится в редакции. После решения редакции будем думать что делать. В этой статье разработана гипотеза сопряжения переноса электрона, синтеза АТР, передвижения протона и катиона, а также изменения объемов органелл. Собственно говоря, такое сопряжение искал Ленинджер и другие. Эта гипотеза построена на собственных и многочисленных литературных данных.

(ответить)

Живой человек

Чугунов Антон — 27 октября, 2011 г. 11:24. (ссылка) (свернуть ветвь)

Знаете, Эльдар, до этого комментария я думал, что вы -- спам-бот. Не стоит так необдуманно лепить комментарии, особенно по многу раз одно и то же в разных местах.
По этому сообщению стало видно, что вам есть что сказать. Если хотите поделиться чем-то с читателями -- мы поможем, однако сразу предупреждаю: неапробированные (=неопубликованные) научные гипотезы мы не публикуем.

(ответить)

Re: Живой человек

Касумов Эльдар — 28 октября, 2011 г. 11:16. (ссылка) (свернуть ветвь)

Знаете, Антон, я не лепил необдуманно комментарии, особенно по многу раз одно и то же в разных местах. Думаю, что надо разобраться в структуре сайта.
Гипотеза сопряжения переноса электрона, синтеза АТР, передвижения протона и катиона, а также изменения объемов органелл зарегистрирована в виде двух статей в Российском Авторском Обществе и опубликована в тезисах в июле 2011 года. У меня имеются рецензии с отказом. Мне стыдно за таких некомпетентных "ученых", которые числятся в уважаемых мной научных учреждениях и журналах.Ведь работы Лобачевского, Митчеля, а также средневековых ученых тоже игнорировали рецензенты.Жаль, что время идет, нетерпимость другого мнения до сих пор остается. Моя главная цель донести до научного общества другую независимую точку зрения и найти молодых дерзких ученых и их заразить идеей. Ведь до сих пор нет ответа на вопрос: какую роль играет изменения объемов органелл в окис. и фотофосфорилировании?. Я вижу, как толково обсуждается структура и поведение белков в этом разделе. Поднимал вопрос о механизме работы АТРсинтазы с точки зрения законов физики, где Fo вращается вместе с гамма субъединицей от одного протона(один протон один шаг). К моему стыду этот механизм ,кажется, придумали, именно, физики, немного искажая электродинамику. У меня вторым вопросом будет возможная функция альфа-спиралей белка.

(ответить)

Re: Re: Живой человек

Чугунов Антон — 28 октября, 2011 г. 13:33. (ссылка) (свернуть ветвь)

Прошу прощения, возможно это действительно ошибка на сайте.
А гипотезы, особенно спорные, очень тяжело обсуждать на форуме. Посмотрите хоть на споры с Матвеевым выше -- он тоже автор (точнее, адепт) альтернативных теорий.
Может быть, вы где-то в интернете (хоть на гугл-докс) опубликуете свои мысли и дадите ссылку? Тогда будет шанс ознакомиться.

(ответить)

Re: Re: Re: Живой человек

Касумов Эльдар — 13 ноября, 2014 г. 11:17. (ссылка)

Здравствуйте!
Нам удалось опубликовать свою механо-хемиосмотическую модель в российских журналах и зарубежом.
pubmed: http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/25266924
в окрытом доступе: http://link.springer.com/article/10.1007/s11120-014-0043-3

(ответить)

Яндекс.Метрика

© 2007–2015 «биомолекула.ру»
Электропочта: info@biomolecula.ru
О проекте · RSS · Сослаться на нас

Дизайн и программирование —
Batch2k15.

Сопровождение сайта — НТК «Биотекст».

Условия использования сайта
Об ошибках сообщайте вебмастеру.