А возможность синтезировать белки с желаемой структурой позволит ускорить разработку ферментов (ускорителей), с помощью которых можно, например, производить биотопливо и полностью разлагать пластмассовые отходы. Именно в молекуле ДНК хранится информация о первичной структуре молекулы белка. Правильный ответ здесь, всего на вопрос ответили 1 раз: где хранится информация о структуре белка?и где осуществляется его синтез. Однако, из трехмерной структуры можно получить информацию о первичной структуре белка путем извлечения последовательности аминокислот из координат атомов. Информация о первичной структуре белка закодирована в. Первичная структура белка закодирована в молекуле.
Где и в каком виде хранится информация о структуре белка
Программа с открытым исходным кодом предсказывает трехмерную структуру белка на основе последовательности его аминокислот — строительных блоков, из которых состоят протеины. Генетический код – это система записи информации о последовательности расположения аминокислот в белках с помощью последовательности расположения нуклеотидов в иРНК. Где вырабатывается белок в организме? В печени синтезируются многие необходимые организму белки, а вырабатываемые ею пищеварительные ферменты участвуют в их усвоении.
Где и в каком виде хранится информация о структуре белка
Функции Гена. Функции генов. Структура и функции генов. Основные функции генов. Структура закодированного белка. Информация о первичной структуре белка закодирована в виде. Асток ДНК, содержащий информацию о первичной структуре белка. Состав структура и функции белков. Структура белков биология. Формула молекулы первичной структуры белка.
Белки химия строение. ДНК содержит информацию. ДНК содержится в органоидах. Хранение и передачу наследственной информации обеспечивают. ДНК структура белковых молекул. В ДНК записана информация о. Через поцелуй передается ДНК. Белки строение. Белки их строение в организме.
Состав и строение белков. Белки состав и структура. Денатурация яичного белка. Яичный белок структура. Денатурация яйца. Денатурация белков примеры. Строение и структура белков. Первичная структура белка связи. Структуры белка кратко.
Белки структура белков химические свойства биологические функции. Белок с структура 4 строение. Вторичная структура молекулы белка. Биополимеры белки схема. Белок при нагревании. Первичная структура белка при денатурации. При денатурации сохраняется. При денатурации белков сохраняется. Реализация генетической информации в клетке.
ДНК хранение наследственной информации. Этапы реализации генетической информации в клетке. Функции хранения генетической информации. Запасные функции белков. Запасающая функция белка. Гормоны белковой природы функции. Функции запасных белков. Строение простых белков. Строение белковых молекул кратко.
Строение белковых молекул. Структуры белка. Структура и функции белков. Строение белков, структуры и функции. Структуры белков и их функции. Биология - строение, свойства, функции белков. Денатурация белка структуры. Биологическая роль денатурации белка. Денатурация первичной структуры белка.
Денатурация белка реакция. Четвертичная структура молекулы белка. Четвертичная структура белка четвертичная. Четвертичная структура белка. Четвертичная структура белка это в биологии. Что такое обратимая денатурация структура белка. Денатурация белка.
Аминокислоты располагаются рядом в большой субъединице рибосомы, и с помощью ферментов между ними устанавливается пептидная связь. Рибосома перемещается на один триплет и процесс повторяется. Начало синтеза определяется кодоном-инициатором АУГ , а окончание сборки молекулы белка-кодонами-терминаторами УАА, УАГ, УГА После завершения синтеза белковая молекула отделяется от рибосомы и приобретает свойственную ей вторичную, третичную, или четвертичную структуру. Слайд 16 Последний этап в биосинтезе — трансляция — это перевод последовательности нуклеотидов в молекуле и-РНК в последовательность аминокислот в полипептиде. Работа с заранее подготовленной аппликацией из цветной бумаги: ребята наглядно самостоятельно изобразят последовательность процессов, происходящих в молекуле ДНК. Готовая аппликация представлена на фото: Рефлексия урока с помощью метода опорного конспекта: ученикам каждой из команд раздаются альбомные листы на которых они должны будут представить свои мини-проекты по данной теме и представить их перед аудиторией. Заключительная часть. Оценка уровня компетентности учащихся Ответив на данный вопросы, учащиеся покажут уровень усвоения изучаемых понятий, что даст возможность выявить пробелы в знаниях и поможет их скорректировать. Выберите три правильно названных свойства генетического кода. A Код характерен только для эукариотических клеток и бактерий Б Код универсален для эукариотических клеток, бактерий и вирусов B Один триплет кодирует последовательность аминокислот в молекуле белка Г Код вырожден, так аминокислоты могут кодироваться несколькими кодонами Д Код избыточен. Может кодировать более 20 аминокислот Е Код характерен только для эукариотических клеток 2. Постройте последовательность реакций биосинтеза белка. Постройте последовательность реакций трансляции. Найдите ошибки в приведенном тексте. Генетическая информация заключена в последовательности нуклеотидов в молекулах нуклеиновых кислот. Генетический код записан на «языке «РНК». Код состоит из четырех нуклеотидов. Почти каждая аминокислота шифруется более чем одним кодоном.
Некоторые аминокислоты могут быть изменены или удалены из полипептидной цепи, а также карбоксильные группы могут быть модифицированы добавлением химических групп. Важно отметить, что первичная структура белка является первым и основным уровнем организации белковой молекулы. Она определяет свойства и функции белка, поэтому изучение ее образования имеет важное значение для понимания биологических процессов, протекающих в клетках организмов. Секреты последовательности аминокислотных остатков Последовательность аминокислотной цепи — это уникальная комбинация аминокислот, которая определяет формирование первичной структуры белка. Она записывается с помощью аминокислотного кода, где каждой аминокислоте соответствует определенный кодон, состоящий из трех нуклеотидов. Секрет последовательности аминокислотных остатков связан с их расположением и взаимодействиями в белке. Каждая аминокислота вносит свой вклад в формирование пространственной структуры белка и его функциональность. Малейшее изменение в последовательности может привести к значительным изменениям в свойствах белка.
Олжас3 28 апр. Lyubov11rus 28 апр. Единорогlvl80 28 апр. Объяснение : Плауны являются пищей для животных и служат пищей даже для коренных народов мира... Elena030683 28 апр. Какие ткани? Igorek1403 28 апр. Это очень древняя форма организмов.
Где находится информация о первичной структуре белка и как она хранится
Где хранится наследственная информация о первичной структуре белка? Однако, из трехмерной структуры можно получить информацию о первичной структуре белка путем извлечения последовательности аминокислот из координат атомов. Информация о структуре белков «записана» в ДНК в виде последовательности нуклеотидов. В процессе транскрипции она переписывается на синтезирующуюся молекулу мРНК, которая выступает в качестве матрицы в процессе биосинтеза белка. Однако, из трехмерной структуры можно получить информацию о первичной структуре белка путем извлечения последовательности аминокислот из координат атомов. Где хранится информация о структуре белка?и где осуществляется его синтез. не могли бы вы сказать где в этом тексте категория состояния? Разные вопросы. Здесь написанно в крации?
Где и в каком виде хранится информация о структуре белка?
Таким образом, основа белка является ключевым элементом в изучении строения и функции белков, а информацию о первичной структуре можно найти в генетической информации, хранящейся в ДНК. Структура закодированного белка. Информация о первичной структуре белка закодирована в виде. В этом уроке разберем, что такое генетическая информация и где она хранится.
Программа нашла все 200 млн белков, известных науке: как это возможно
Важно отметить, что в медицинских и научных статьях информация о первичной структуре белка представлена в виде текста, диаграмм, таблиц и графиков. Эти материалы помогают наглядно представить и проанализировать данные, полученные в результате исследования. Также статьи могут содержать ссылки на другие исследования, проведенные в этой области, что позволяет ученым углубить свои знания и обобщить полученные результаты. Медицинские и научные статьи являются важным ресурсом для исследователей, аспирантов и студентов. Они позволяют получить актуальную информацию о принципах и методах исследования первичной структуры белка, ознакомиться с результатами предыдущих исследований и узнать о новых открытиях в этой области. Принципы исследования первичной структуры белка Основными принципами исследования первичной структуры белка являются: Клонирование и секвенирование генов, кодирующих белок. Этот метод позволяет получить информацию о последовательности аминокислотных остатков в белке. Этот метод позволяет определить массу аминокислотных остатков в белке.
Ферментативный анализ. При помощи ферментов можно разрезать белок на отдельные фрагменты, а затем определить их последовательность аминокислот. Пептидный картографирование.
Пусть их будет 4 штуки, берем 4 шарика и соединяем их. Получаем четвертичную, но не из-за того, что мы взяли 4 шарика…. Эти шарики комплементарны друг другу в участках связывания — не активный центр, но чем-то похоже.
Таких участков связывания много, поэтому ошибиться и не узнать своего товарища очень трудно. Каждая глобула, которую мы взяли — это отдельная полипептидная цепь. Прочитай это еще раз. До этого все касалось только одной полипептидной цепи, а теперь их несколько. Такая цепь называется мономером или субъединицей , а при соединении мономеров образуется олигомер. Так что вся большая молекула — это олигомер.
Четвертичная структура белка Какие связи все это стабилизируют? Чаще всего это водородные, ионные и Ван-дер-Вальсовы, так как каждый мономер прячет свои гидрофобные остатки вглубь молекулы, то они образуются редко. Получается, что четвертичную структуру стабилизируют силы слабого взаимодействия, ковалентных связей здесь почти никогда не бывает — очень редко могут быть дисульфидные. Поэтому можем спокойно забить на них. В чем отличие четвертичной структуры от третичной? Ну кроме того, что тут объединено несколько полипептидных цепей.
А вот какое — у олигомерных белков есть не только активный центр, но и другой — аллостерический центр. К этому замку не подойдут лиганды от активного центра, у него есть свои собственные ключики. Это очень важно, нужно запомнить! Господи, я превращаюсь в препода…. Аллостерические центры в четвертичной структуре Проведем аналогию с нашим домиком, только теперь их будет несколько. У каждого будет по главному и черному входу!
Главный вход — активный центр, а черный ход — это аллостерический центр. Аллострические центры дают кое-что важное — регуляцию. Маленькая молекула, которая соединится с аллостерическим центром может остановить работу целого огромного белка. Получается, что размер не важен — не удержался. Но каким образом одна молекула останавливает работу целого белка? Очень просто — хотел бы я так сказать.
Присоединение молекулы к мономеру изменяет его конформацию. А это ведет к тому, что мономер изменяет конформацию других мономеров — происходят конформационные изменения всей структуры белка. В результате этих изменений закрывается активный центр — лиганд не может к нему подойти. У всех этих изменений есть, как и всегда, свое название — кооперативный эффект. Кооперативный эффект И опять я про дом, если открыть черный ход, то нельзя открыть главный вход, ну и наоборот. Не всегда регуляция работает в таком ключе: черный ход может, наоборот, открывать парадную дверь.
Но сейчас это не суть, главное понять смысол. Кстати, на самом деле чаще одна субъединица несет на себе аллостерический центр, а другая активный. Я решил запихнуть все в одну — думаю, что так будет нагляднее. Кроме этого, присоединение к активному центру также изменяет конформацию остальных мономеров, что приводит к облегченному присоединению лигандов. Хоть на картинке этого и не видно, но поверьте на слово! Кооперативный эффект В четвертичной структуре взаимодействуют несколько полипептидных цепей!
Стабилизируется молекула силами слабого взаимодействия. Давайте заканчивать уже со строением. Простые и сложные белки До этого мы говорили, что белок — это полипептидная цепь, которая что-то там делает. Иногда даже несколько цепей соединяются и образуют олигомер. Но мы кое-что упускали все это время. Ведь не все белки состоят только из полипептидных цепей.
У гемоглобина есть гем, а это не белковая часть, ого! Белки, которые располагаются на поверхности мембран соединяются с углеводами, которые спасают их от разрушения. Получается, что у некоторых белков есть дополнительные компоненты. Есть простые белки — они состоят только из аминокислотных остатков, а есть белки сложные. Они включают в себя белковую часть апопротеин , и небелковую простетическая группа. Простетические группы связана с белком с помощью ковалентных связей — просто так её не оторвёшь.
Она очень важна, потому что белки без неё уже не могут работать. Простетических групп много — это могут быть металлы, углеводы, гем, липиды и еще куча всего. Но это так, для общего развития. Разные простетические группы У нас осталось последнее. Денатурация — это потеря функции белка, через разрушение его четвертичной, третичной и вторичной структуры. Но не первичной!
Процесс может остановиться и раньше, не дойдя до первичной. Но самое важное — белок перестает работать. Это значит вот что: если у белка есть только третичная структура, то её потеря приведёт к потере функций. Тоже самое касается белков с четвертичной структурой. Денатурирующие факторы делятся на физические и химические. Физические факторы У всех этих факторов общий механизм действия.
Они вносят в систему дополнительное количество энергии. Это вызывает увеличение амплитуды колебательных движений фрагментов полипептидной цепи. Из-за этого рвутся слабые связи, стабилизирующие белковую молекулу — водородные, гидрофобные и Ван-дер-Вальсовы. Вот некоторые из этих факторов: Повышение температуры больше 42 градусов; Повышение давления;.
Данные кодоны служат своеобразными знаками препинания генетического кода. Нуклеотидный код является единым для всех живых организмов, в этом проявляется его универсальность. Это свойство кода считается убедительным доказательством общности происхождения живой природы. Из всего вышесказанного можно сделать вывод о том, что такое генетической информации. Генетической информации присущи определенные свойства: Решение задач по расшифровке генетического кода В молекулярной биологии широко используется таблица генетического кода. Ее применяют для определения последовательности аминокислот в белке. Используя таблицу для расшифровки генетического кода, следует вспомнить сокращенные названия аминокислот, которые нам понадобятся при решении задач. Рассмотри алгоритм действий при решении задач на определение генетического кода. Первый триплет начинается с аденина А ищем его в первом горизонтальном столбце. Учитываем, что нуклеотиды ДНК расположены в таблице генетического кода в скобках. Второе основание тоже аденинА расположен во втором горизонтальном столбце. Третье основание — гуанин Г, расположен в последнем столбце таблицы генетического кода. На пересечении столбцов мы находим необходимую аминокислоту — Фен, используя таблицу сокращений аминокислот, узнаем, что это фенилаланин. Таким же способом определяем аминокислоты ещё для трех триплетов. Тогда у нас получилась следующая последовательность аминокислот: Фен — Глу — Тре — Вал. Соответственно, из данного отрезка молекулы ДНК образуется белок, состоящий из полученной последовательности аминокислот. Биосинтез белка сложный, многоступенчатый процесс, который рассмотрим в следующем пункте. Биосинтез белка Структура любого белка зашифрована в ДНК, которая не участвует в его биосинтезе. Данная молекула работает лишь матрицей для создания иРНК. Впервые в живых организмах мы сталкиваемся с реакциями матричного синтеза. Для неживой природы такие процессы не характерны. Такие реакции происходят очень быстро и точно. Рассмотрим их на примере сборки белковой молекулы. Биосинтез белка происходит на рибосомах, пребывающих в большей степени в цитоплазме. Значит, с целью передачи генетической информации с ДНК к зоне формирования белка требуется проводник.
Геномы Геномы, которые представляют собой полный набор генетической информации организма, также являются важными источниками информации о первичной структуре белка. Геномы состоят из молекул ДНК, которые содержат гены, кодирующие белки. С помощью секвенирования геномов ученые могут определить последовательности нуклеотидов, что позволяет получить информацию о последовательностях аминокислот в белках. Геномные базы данных, такие как GenBank, могут быть использованы для доступа к информации о геномах различных организмов. Поиск в таких базах данных позволяет получить информацию о последовательностях генов и белков, включая их первичную структуру. Накопление и доступ к информации о первичной структуре белков с помощью молекул ДНК и геномов играют важную роль в биологических и медицинских исследованиях, а также в развитии фармацевтических препаратов и терапий. Каждая хромосома содержит много различных генов, которые определяют, какие белки будут синтезироваться в организме. Молекулы ДНК имеют двойную спиральную структуру, которая образуется благодаря взаимодействию химических связей между нуклеотидами. Важно отметить, что последовательность нуклеотидов в каждой цепи ДНК является уникальной для каждого организма. Изучение молекул ДНК позволяет ученым понять, какие гены присутствуют у организма, а также выявить мутации и генетические нарушения. С помощью современных технологий можно анализировать и секвенировать ДНК, что дает возможность осуществлять генетическую диагностику и проводить молекулярные исследования. Геномы Понимание геномов является важным аспектом молекулярной биологии, поскольку они содержат информацию о структуре и функциях белков — основных строительных блоках живых организмов. Геномы также помогают расшифровывать эволюционные связи между организмами и исследовать механизмы наследования генетической информации. Современные методы секвенирования ДНК позволяют определить последовательность оснований в геноме и раскрыть его структуру. Это важно для понимания мутаций, приводящих к наследственным заболеваниям, а также для исследования различных фенотипических особенностей органов и тканей. Информация о геномах организмов доступна в общедоступных базах данных, таких как GenBank и Ensembl. В этих базах данных можно найти последовательности генов, аннотации о функциях белков, а также информацию о различных регуляторных элементах генома и их взаимодействии с другими молекулами. Изучение геномов является активной областью научных исследований, и новые данные о геномах постоянно поступают в открытый доступ. Эта информация оказывает значительное влияние на различные области науки и позволяет получать новые знания о живых организмах и их функционировании. Геномы представляют собой полные наборы генетической информации организма.
Адрес доставки белка указан уже в матричной РНК
| Генетический код. Биосинтез белка • СПАДИЛО | Банки данных о белках. UniProt – последовательности и аннотации RefSeq – последовательности и аннотации PDB – пространственные структуры PubMed – публикации – еще много чего. |
| Биосинтез белка. Генетический код | ДНК несет информацию о: 1) последовательности аминокислот в молекуле белка 2) месте определенной аминокислоты в белковой цепи 3) признаке конкретного организма 4) аминокислоте, включаемой в белковую цепь 4. Код ДНК вырожден потому, что: 1). |
| Остались вопросы? | Информация о строении белков записана в отдельных участках ДНК – генах. |
Домашний очаг
- Где находится информация о первичной структуре белка: места хранения
- Торжество компьютерных методов: предсказание строения белков
- Секреты последовательности аминокислотных остатков
- Где хранится информация о структуре белка?и где осуществляется его синтез — Ваш Урок
Торжество компьютерных методов: предсказание строения белков
Информация о строении белков записана в отдельных участках ДНК – генах. Таким образом, основа белка является ключевым элементом в изучении строения и функции белков, а информацию о первичной структуре можно найти в генетической информации, хранящейся в ДНК. Следовательно, одна молекула ДНК хранит информацию о структуре многих белков. Хранится в ядре, синтез РНК. Спасибо. Пожаловаться. AlphaFold способна выявить структуру белков почти всех живых организмов — от животных и людей до бактерий и вирусов. Кроме того, программа представляет информацию в трехмерном измерении. Информация о структуре белка хранится ва его синтез осуществляется_Роль uPHK в процессе биосинтеза белка_Роль mPHK в процессе биосинтеза.
Где и в каком виде хранится информация о структуре белка?
Информация о структуре белка хранится в базах данных и репозиториях, специально созданных для этой цели. 2. В какой структуре хранится информация о первичной структуре белка? Информация о таких структурах хранится в банке данных Protein Data Bank, который уже сейчас содержит почти 90 тыс. моделей биологических макромолекул, включая не только сами белки, но и ДНК, РНК, а также их комплексы. Хранится в ядре, синтез РНК. Спасибо. Пожаловаться. Определить трехмерную структуру белка можно несколькими способами. Один из методов — рентгеновская кристаллография. При таком подходе выделяется очень большое количество белка, затем он очищается, и белок образовывает кристалл.
Где хранится информация о структуре белка? и где осуществляется его синтез
Машинное определение структуры белка — это важный шаг в понимании их функций и роли в организме человека. Давайте рассмотрим, как этот подход влияет на наше медицинское понимание и какие болезни могут быть связаны с неправильно свернутыми белками. Машинное обучение и свертка белков: 91 Машинное обучение позволяет анализировать огромные объемы данных и выявлять закономерности, которые трудно выявить с использованием традиционных методов. В случае белков, машины могут предсказывать их трехмерную структуру — то, как они сворачиваются, что является критическим для понимания их функциональности.
Биологическая загадка: неправильная свертка белков: 91 Неправильная свертка белков, или их деформация, может привести к серьезным проблемам в организме. Это особенно важно, учитывая, что белки играют ключевую роль в многих биологических процессах, таких как сигнальные пути, транспорт молекул и обеспечение структурной поддержки.
Последние затем поражают нейроны в головном мозге.
Однако откуда именно появляется этот белок, ученые до сих пор точно не знают. Понимание трехмерной структуры белка поможет ответить на этот вопрос. То же самое касается болезни Альцгеймера , путь распространения которой пролегает через нарушение связи между нейронами, особенными клетками, которые обрабатывают и передают электрические и химические связи между областями мозга.
Это приводит к смерти клеток мозга и накоплению двух типов белка, амилоида и тау. Точное взаимодействие между этими двумя белками в значительной степени неизвестно. Одна из трудностей диагностики болезни Альцгеймера заключается в том, что у нас нет надежного и точного способа измерения этих белковых накоплений на ранних стадиях заболевания.
AlphaFold 2 поможет диагностировать болезнь Альцгеймера на более ранних стадиях и даст возможность для создания нужного лекарства. Это важнейшее открытие за последние 50 лет, — говорит Джон Моулт, биолог из Университета Мэриленда, который стал соучредителем CASP в 1994 году с целью разработки вычислительных методов для точного предсказания структур белков. Возможность точно предсказать структуру белков по их аминокислотной последовательности станет огромным благом для медицины.
Это значительно ускорит исследования по пониманию строительных блоков клеток и позволит быстрее и эффективнее открывать новые лекарства. Подпишитесь на нас в Яндекс. Дзен , чтобы получить доступ к закрытым материалам, которые не публикуются даже на сайте.
Водородные связи во вторичной структуре белка. Способы укладки белков. Образование водородных связей в структуре белка. Водородные связи в структуре белка. Домены в структуре белка gag-Pol polyprotein.
Белок reg 3 строение. Белки строение. Состав белка. Вторичная структура белка глобула. Где хранится информация о структуре белка Четвертичная структура белка биохимия.
Четвертичная структура белка связи. Четвертичная структура белка химические связи. Форма четвертичной структуры белка. Вторичная структура полипептидной цепи. Строение полипептидной цепи биохимия.
Вторичная структура белковых молекул имеет вид спирали. Спиралевидная структура белковых молекул. Где хранится информация о структуре белка Структура и функции белков. Строение и функции белков в организме человека. Белок структура строение функции.
Строение и функции структуры белка.. Белки первичная структура вторичная третичная. Структура белка первичная вторичная третичная четвертичная белка. Связи во вторичной и третичной структуре белка. Водородные связи в третичной структуре белка.
Третичная структура белка связи. Где хранится информация о структуре белка Денатурация белка структура белков. Необратимая денатурация белка схема. Структура белковой молекулы денатурация ренатурация. Белки структура белков денатурация.
Гемоглобин белок четвертичной структуры. Третичная и четвертичная структура белка. Четвертичная структура белка гемоглобина. Структура молекулы ДНК, ген.. Строение клетки ДНК.
Строение ДНК человека. Определить структуру молекулы ДНК. Где хранится информация о структуре белка Иерархия белковых структур. Иерархическая структурная организация биохимия. Структурные белки это микробиология.
Структуры белка таблица микробиология. Структура рибонуклеиновых кислот РНК. Третичная структура белка структурная формула. Третичная структура белка эта структура. Третичная структура белка.
Первичная структура закодированного белка. Кодирование наследственной информации. Принцип кодирования генетической информации. Кодирование и реализация биологической информации в клетке.
Биологические молекулы моделируют чаще всего с применением подхода эмпирических силовых полей [11] , позволяющего, в отличие от «абсолютно корректного» квантово-химического подхода см. Однако такое радикальное ускорение времени расчётов не может даваться даром: хотя многие компьютерные эксперименты в эмпирических силовых полях и дают реалистичные результаты, некоторые важнейшие для фолдинга кооперативные взаимодействия — такие как гидрофобный эффект или влияние молекул растворителя — не сводятся к парным взаимодействиям между отдельными атомами и не могут быть корректно учтены в этом подходе. Существует два основных препятствия тому, чтобы запустить моделирование молекулярной динамики МД какого-нибудь белка в необходимом окружении и «в кремнии» пронаблюдать фолдинг, получив в конце процесса желанную структуру. Во-первых, характерные времена сворачивания всё же находятся на уровне миллисекунд, а максимально достижимое время моделирования на данном этапе развития вычислительной техники редко превышает одну микросекунду. Но, даже если представить, что мы не ограничены в мощностях компьютеров, всё равно остаются сомнения в возможности современных энергетических функций эффективно справиться с фолдингом — точность этих функций, управляющих эволюцией молекулы внутри компьютера, может оказаться недостаточной для того, чтобы направить сворачивание в нужном направлении.
Кроме того, алгоритм, моделирующий подвижность, может навсегда «зациклить» молекулу в локальном энергетическом минимуме, чего никогда не случается в реальном процессе сворачивания. Однако определённые успехи в моделировании фолдинга с помощью молекулярной динамики всё же есть: небольшие белки — вроде 36-аминокислотного фрагмента виллина — удаётся свернуть в МД длительностью около микросекунды, запуская расчёты на суперкомпьютере или в распределённой вычислительной сети [12]. Итак, использование метода молекулярной динамики как средства моделирования процесса фолдинга пока что нецелесообразно и практически не достижимо. Однако существует возможность предсказать результат фолдинга — то есть, трёхмерную структуру белка. Теоретические подходы, служащие этой цели, делятся на две большие группы: ab initio или de novo фолдинг — методики, не использующие в явном виде данных о структуре других белков, — и сопоставительное моделирование или моделирование на основании гомологии.
Квантовая химия в расчётах свойств белковых молекул Как известно, уравнение Шрёдингера — «плоть и кровь» квантовых физики и химии — наиболее точный на сегодняшний день способ описать строение и динамику молекул. Однако точное аналитическое решение возможно получить лишь для крайне простых систем — например, атома гелия. Во всех более сложных случаях прибегают к численному решению приближений этого уравнения — так называемым полуэмпирическим методам квантовой химии. Методы эмпирических силовых полей такие как молекулярная динамика [11] не имеют никакого отношения к квантовой химии и «обращаются» с атомами моделируемых молекул в частности, белков как с классическими упругими частицами, связанными системой парных взаимодействий. Параметры этих взаимодействий очень простых, надо отметить как раз и называются силовым полем и определяют поведение системы при моделировании.
Электронные эффекты, такие как поляризуемость атомов, перенос электрона, образование и разрыв химических связей, а также кооперативные гидрофобные взаимодействия смоделированы в этом подходе быть не могут. Фолдинг «из первых принципов» Необходимо сразу отметить, что термин «ab initio фолдинг», часто применяемый для обозначения методов компьютерного предсказания структуры белка без использования структурных данных о других белках, не имеет отношения к тому ab initio, которое бытует в квантовой химии. Квантово-химический термин ab initio лат. Однако все вычисления, как правило, производятся в эмпирических силовых полях, описывающих парные взаимодействия в классической системе частиц, представляющей молекулу белка. Сами же эти силовые поля в неявном виде включают данные о структуре молекул не обязательно белковых — такие как парциальные заряды и массу атомов, а также длины и углы валентных связей, — и к квантово-механическим методам отношения не имеют.
Поэтому целесообразно будет в дальнейшем использовать термин «de novo фолдинг» лат. Наиболее «физически корректные» подходы из этой группы заключаются в основном в расчётах МД для моделирования процесса и результата фолдинга см. В остальных же случаях — тоже, впрочем, относящихся к маленьким белкам не более 150 аминокислотных остатков , — прибегают к дополнительным приближениям с целью уменьшить вычислительную сложность расчёта. Для увеличения вычислительной эффективности, в de novo подходах часто используются упрощённые модели представления белка — отдельные аминокислотные остатки, присутствующие в модели, представлены не так подробно, как в «полноатомных» подходах: вся боковая цепь моделируется лишь одним-двумя центрами «псевдоатомами». Так, например, боковая цепь триптофана содержит 16 атомов, а в упрощённом виде их может быть всего два-три и только один — для менее объемных остатков.
De novo фолдинг проводится в специальном силовом поле также упрощённом по сравнению, например, с используемыми в МД , оценивая огромное количество вариантов укладки сворачиваемой молекулы по значению потенциальной энергии. Идентификация конформации, значительно с «зазором» более «низкой» по потенциальной энергии, чем остальные, может служить признаком конца поиска — аналогично тому, как нативная конформация с некоторым отрывом отстоит от несвёрнутых промежуточных состояний. Конечно, кроме корректной функции потенциальной энергии, требуется преодолеть «комбинаторный взрыв», создаваемый парадоксом Левинталя. Очевидно, что перебрать все конформации, чтобы выбрать самую низкую по энергии, невозможно, а из-за слабого понимания механизмов сворачивания белка повторить тот «кратчайший путь», который ведёт к нативной структуре, на компьютере пока не удаётся. Чтобы как-то приблизиться к природному механизму сворачивания, исследователи пытаются выделить в последовательности моделируемого белка структурно консервативные фрагменты аналогичные тем, что в природе сворачиваются первыми и в дальнейшем уже остаются неизменными и как бы «собирают мозаику» из этих фрагментов.
Эта процедура, тоже чрезвычайно ресурсоёмкая всё равно требуется перебрать астрономическое число вариантов! Рисунок 1. De novo фолдинг: предсказание пространственной структуры небольших белков. Программа Rosetta генерирует ансамбль моделей, получающихся после «сборки» структурно-консервативных фрагментов молекулы в специализированном силовом поле. Короткие 4—10 аминокислотных остатков фрагменты последовательности моделируемого белка выступают «зародышами» структуры будущей модели причём в разных моделях они различаются и «перекрываются» , а конформацию этим фрагментам «назначают», используя конформации гомологичных фрагментов из белков с уже известной структурой.
В этом смысле, de novo не является моделированием «заново» в полном смысле слова, но «заимствование» локальных структурных фрагментов такой небольшой длины в данном случае не считается использованием структуры белков-гомологов целиком. Сверху на рисунке показаны наложенные экспериментальная структура белка Hox-B1 красным и соответствующая низкоэнергетическая структура, предсказанная программой Rosetta синим. Видно практически идеальное совпадение конформаций ароматических остатков в центральной области белка. Внизу показана зависимость энергий моделей из полученного в расчёте ансамбля от среднеквадратичного отклонения СКО моделей от нативной структуры. Синим цветом показаны модели, сгенерированные из нативной структуры в качестве «контроля» и естественно получившиеся очень близкими к ней по значению СКО , чёрным — модели, созданные в процессе предсказания.
Красной стрелкой отмечена модель, структура которой дана сверху.