ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Математическое моделирование макромолекул белков из "Введение в междисциплинарное наноматериаловедение " Определение пространственной структуры биологических макромолекул по известной первичной структуре является важнейшей проблемой современной молекулярной биологии [34]. Это связано с тем, что пространственная структура молекулы определяет в основном ее биохимические свойства. Ключевым решением проблемы является математическое моделирование. [c.116] Кутушев, Н.Н.Козлов и др. [34] осуществили численное исследование параметров транскрипционного процесса больших молекул РНК. [c.116] Принципиально новым в подходе авторов [34] является моделирование не только структурообразования как отдельного явления, но процесса рождения макромолекул в целом. Это включает в себя и моделирование механизма возникновения и роста молекулярной цепи во взаимодействии с механизмами структурообразования. Усложнение модели позволяет получать более точное описание поведения молекулярного комплекса, но требует достаточно большого объема вычислений. [c.116] Использование разработанного специального алгоритма позволило достичь среднего времени расчета процесса образования вторичной структуры РНК на два порядка меньшего, чем при традиционном под- ходе, применявшемся за рубежом. [c.117] В основе большинства компьютерных методов определения пространственных структур биомолекул лежит поиск глобальных или локальных минимумов свободной энергии биомолекулы. Главные трудности связаны с большим объемом вычислений, резко растущим с размером молекулы, и большое количество локальных минимумов, среди которых нужно выбрать минимум, соответствующий реальной пространственной струкФуре молекулы. В работе [34] и использованы модели процессов последовательного возникновения и роста биомолекул в живой клетке (трансляция, репликация, транскрипция). Это, с одной стороны, приводит к значительному понижению числа возникающих локально устойчивых конфигураций биомолекулы. Данные модели позволяют использовать современные параллельные вычислительные системы. [c.117] В основу модели образования, вторичной структуры РНК положено взаимодействие двух основных процессов, влияющих на структуро-образование 1 — последовательный рост молекулярной цепи в ходе транскрипции, 2 — структуризац последовательное возникновение и формирование вторичной структуры РНК на том участке ее молекулярной цепи, который уже образовался к данному времени. Структурные перестройки при этом обеспечивают локальную минимизацию свободной энергии сформировавшегося участка молекулы. Оба эти процесса рассматриваются как дискретные. Молекулярная цепь удлиняется на целое число нуклеотидов, вторичная структура изменяется путем возникновения или разрыва целого числа вторичных связей. Так что основным параметром в такой модели является относительная скорость элонгации Т, определяемая как отношение скорости роста молекулярной цепи к скорости структурообразования (параметр структуризации). [c.117] Элементарными элементами блока конструкции вторичной структуры РНК являются стебли (рис. 3.20). Их длина остается постоянной и не зависящими от состава молекулярной цепи РНК, от сложности образующейся структуры и других факторов. [c.118] Это позволило описать процесс как пошаговый. На каждом шаге сначала происходит структуризация, при которой вторичная структура РНК формируется в пределах того участка молекулярной цепи, который уже образовался к данному шагу процесса. После образования и стабилизации вторичной структуры происходит удлинение молекулярной цепи на постоянное число нуклеотидов, равное параметру структуризации процесса Т. после этого происходит переход к слбдующему шагу процесса. Процесс заканчивается после того, как структура полностью сформируется. [c.118] При моделировании третичной структуры молекулярная цепь рассматривалась как тонкий упругий стержень с поперечными стяжками, соответствующими вторичной структуре. При соответствующем выборе параметров стержня его пространственная форма приближеннб описывает пространственную структуру молекулы РНК. В работе [34] использована непрерывная модель, в соответствии с которой молекула РНК описывается как упругий стержень с абсолютно твердыми поперечными связями. Пространственная структура молекулы сбирается из базовых элементов, каждая из которых является замкнутым контуром, в состоящим из семейства упругих стержней, последовательно соединенных между собой жесткими перемычками. [c.118] Известно, что молекулярная масса белков изменяется в очень широких пределах от нескольких тысяч до нескольких миллионов. По изменению массы белков судят об эволюции белковых молекул. В.В. Коломбет построил частотную кривую распределения различньгх белков по их массе (см. рис. 3.14). Из данных, приведенных на рис. 3.14, можно видеть, что с ростом массы белков устойчивость их структуры изменяется немонотонно. Расчет меры адаптивности белков к росту массы (табл. 3.4) показал, что с ростом массы белка его адаптивность снижается. [c.120] что белки так же, как и атомы, отличаются по типу обратной связи, а не только по адаптивности или устойчивости. Обращает на себя внимание очень близкое соответствие экспериментальных значений Ат С расчетными. [c.121] Золотухин и.в., Калинин Ю.Е., Стогней О.В. Новые направления физического материаловедения. Воронеж Изд-во Воронежского государственного университета. 2000. 360 с. [c.121] Вернуться к основной статье