?

Log in

No account? Create an account
Ivory Tower of a Hoopoe Bird

> Recent Entries
> Archive
> Friends
> Profile

December 17th, 2015


Previous Entry Share Flag Next Entry
03:33 am - Еще завиральная идея про связь материального с идеальным, навеянная чтениeм Кунина
"Обобщение результатов показывает, что существуют два обширных класса переменных: 1. Интенсивные, эволюционные переменные– различные скорости геномных изменений, включая эволюцию последовательностей, потерю гена, перестройку генома и другие виды эволюционных процессов. 2. Экстенсивные, фенотипические переменные– скорость экспрессии, скорость трансляции, концентрация белка, частота взаимодействия с другими изучаемыми объектами."

Продолжаю читать книгу Е. Кунина и думаю о том, что cамая захватывающая воображание вещь во всей этой их биохимии (конечно, из тех вещей, о которых я знаю, а знаю я немного) это сворачивание белка.

Во-первых, даже сворачивание простой полимерной молекулы - явление весьма необычное, поскольку упругие силы в полимерной цепи "энтропийные", связанные с желанием занять наиболее вероятную конфигурацию (Entropic elasticity of an ideal chain).

Во-вторых, белки сворачиваются в основном под действием гидрофобных сил (тоже энтропийных) между разными участками. Это другая инкорнация тех же гидрофобных взаимодействий, с которыми мы сталкиваемся в наших науках, когда изучаем супергидрофобные поверхности и смачивание. Я когда-то написал небольшую opinion paper в Scripta Materialia о том, что супергидрофобность связана с самоорганизующейся критичностью (SOC). Do hierarchical mechanisms of superhydrophobicity lead to self-organized criticality?

Статью процитировал некий мужик, который занимается свертыванием белка, и написал, что это правильно, но что мы по недоразумению не в курсе, что SOC это вообще "архетипическое свойство" гидрофобных взаимодействий. С тех пор я об этом часто думаю, поскольку что-то в этом есть. Оказалась, что есть шкала гидрофобности аминокислот https://en.wikipedia.org/wiki/Hydrophobicity_scales, и при свертывании белков проявляются типичные для SOC статистические корреляции.

В-третьих, есть парадокс Левинталя https://en.wikipedia.org/wiki/Levinthal%27s_paradox. Белки мгновенно встают в свою единственнуюю нативную третичную свернутую конфигурацию, хотя если бы это был случайный процесс, должно было бы занять миллиарды лет , и потребовался бы антропный принцип и мультиверс для объяснения, почему белки сворачиваются так быстро :). Объяснить этот парадокс возможно только, если предположить, что там иерархический процесс, не последовательный. Возможно, тем же можно объяснить и многое другое...

Кроме парадокса Левинталя еще есть диаграмы Рамачандрана https://en.wikipedia.org/wiki/Ramachandran_plot, но это про вторичную структуру, а не третичную.

В-четвертых, Кунин пишет, что ошибки свертывания - то, что управляло эволюцией генов.

В-пятых, свертыванием белков управляют другие специальные белки, шапероны. https://en.wikipedia.org/wiki/Chaperone_(protein) Tо есть у них там поставлена иерархическая организация, как в программировании есть системные утилиты, а есть пользовательские программы.

В-шестых, я как-то слышал в научно-популярной передаче по радио NPR про гипотезу, что сон нужен человеку, чтобы заменить неправильно свернутые белки.

Но главное не это! У меня сложилась такая примерно, может быть, наивная, картинка, что геном -- это текст, а белок -- это материальный объект. Текст (и символ) отличается от объекта тем, что сколько раз его не повторяй, этот тот же символ. Запиши слово "собака" десять раз, но это то же самое слово.

То есть ген (запись первичной структуры белка) он один. В этом смысле он похож на интенсивные переменные. В термодинамике интенсивные параметры, такие как темперетура и давление, не зависят от объема системы, они одни на всю систему (если она в равновесии), а экстенсивные параметры пропорциональны количеству молекул или объему. Но ген экспрессирует белки, и для белков уже важна, например, концентрация, их количествo. Свойства, которые уже зависят не от гена как текста, а от реализации в белках. В этом смысле они экстенсивные по Кунину, скажем, стало больше молекул какого-то белка, свойства усилились.

То есть ген существует как бы в платоновском мире идей, как текст. A белок - его реализация в материальном мире, во множестве экземпляров! :)

Ну а что же связывает текст и метериальную реализацию, какой процесс? Если абcтрагироваться от трансляции и транскрипции (это все еще переписывание текста), то первичную структуру белка превращает в третичную процесс свертывания! То есть свертывание белка связывает платоновский мир идей с реальным миром, эманирует.
Tags:

(11 comments | Leave a comment)

Comments:


[User Picture]
From:idelsong
Date:December 17th, 2015 11:28 am (UTC)
(Link)
Про свертывание белков:

1. Есть немногочисленные белки, не имеющие внутреннего гидрофобного кора, и держащиеся только на кооперативных водородных связях. Самый изверстный пример - это коллаген. Естественно, он денатурирует при гораздо более низких температурах, чем нормальные глобулярные (=имеющие гидрофобный кор) белки.
И при этом, в отличие от глобулярных белков, при денатурации становится более растворим. Коллаген превращается в желатин. Поскольку стабильность коллагена зависит от кооперативности, достаточно его надрезать в одном месте в каждой цепочке (а он - тример с каждой цепочкой ~200 кДа), чтобы он расплавился при 37 оС. Так он и разрушается в организме.

2. Есть все более многочисленная группа белков вообще без структуры. Они могут совершенно менять структуру при разных взаимодействиях с другими веществами. Самый изученный пример - белок p53.

3. Многие белки могут изменить структуру на более энергетически выгодную, при условии, что в растворе уже есть молекулы с этой новой структурой. Таким образом, уже изменившиеся белки играют роль затравки для прогрессирующего изменения. На этом основаны некоторуе болезни, как инфекционные (вроде классической mad cow) так и медленно прогрессирующие, вроде Альцгеймера.
(Deleted comment)
[User Picture]
From:duchifat
Date:December 17th, 2015 06:56 pm (UTC)
(Link)
Кунин пишет про прионы в примечании 125:
"Во всех известных формах жизни, однако, разделение генотипа и фенотипа более явное: в то время как генотип выражается в молекулах нуклеиновых кислот, фенотип заключается в белковых молекулах, обладающих исключительно исполнительной функцией, но не несущих информационной (матричной) [125]функции.
125 Примечательным исключением являются самовоспроизводящиеся прионы, которые мы кратко упоминали в гл. 9. Несмотря на то что прионы формально представляют собой высшую форму сильной эпигенетической наследственности (вплоть до того, что они могут выступать как инфекционные агенты), основанную исключительно на белках, синтез прионных белков попрежнему полностью зависит от обычной, основанной на нуклеиновых кислотах клеточной системы передачи информации"
[User Picture]
From:idelsong
Date:December 17th, 2015 08:11 pm (UTC)
(Link)
Нет.
[User Picture]
From:duchifat
Date:December 17th, 2015 07:16 pm (UTC)
(Link)
1. Выходит, у желатина некaшерный способ свертывания?! :) На каком-то продукте в Израиле видел подпись כשר לאוכלי ג'לטין (очень удивившую одного знакомого - "разве такие бывают?"). :)

2-3. Удивительные вещи в мире белков! Насколько я понял, такие ведущие себя подобно "компьютерным вирусам" автокаталитические белки это прионы, которые превращают α-спирали в β-слои.

[User Picture]
From:duchifat
Date:December 17th, 2015 08:30 pm (UTC)
(Link)
В механике коллаген, точнее, образуемая им хрящевая (carthelage) ткань, интересна еще тем, что она может иметь отрицательный коэффициент Пуассона (т.е. "худеть" при сжатии в одном направлении или "толстеть" при растяжении в одном направлении, а не наоборот, как большинство материалов), напр. Fig. 7(c) здесь. Правда, это свойство не уникальное (есть и другие такие материалы) и связано больше с фибрилярной структурой, чем с характером химических связей.
From:rrr2
Date:December 17th, 2015 09:49 pm (UTC)
(Link)
С генами в определенном смысле проще - больше копий специфического гена, больше синтезируется белка.
[User Picture]
From:duchifat
Date:December 17th, 2015 11:34 pm (UTC)
(Link)
То есть эта дихотомия генотип-фенотип (гены-белки) не всегда так работает? В одном геноме может быть много копий определенного гена? Для генов тоже может быть существенно их количество, а не сам факт наличия?
From:rrr2
Date:December 17th, 2015 11:37 pm (UTC)
(Link)
Да, вот так тупо. Больше копий - лучше работает. Какие-то генетические болезни так собираются лечить, редактированием генома прямо в соматических клетках взрослого человека.
[User Picture]
From:egovoru
Date:June 15th, 2016 12:18 am (UTC)
(Link)
"Для генов тоже может быть существенно их количество, а не сам факт наличия?"

Да. Кроме того, ведь белки не создаются непосредственно на ДНК. Есть промежуточный этап - РНК, и именно на нем и происходит в основном (но не только) регуляция количества данного белка в клетке. Причем, РНК может как с разной интенсивностью синтезироваться, так и с разной интенсивностью разрушаться.

Ваша модель, ДНК - текст, а белок - материя, не совсем адекватна. Ведь белок - это тоже текст (последовательность аминокислот), а ДНК - материя ;) Скорее, ДНК - это тот золотой эталон метра, кот. хранится с Палате мер и весов, а белок - это те линейки, кот. мы используем в повседневности ;)
[User Picture]
From:duchifat
Date:June 15th, 2016 02:26 am (UTC)
(Link)
Скорее речь о том, что если использовать какие-то математические, статистические характеристики (скажем, для оценки скорости эволюционного дрейфа), то геном описывается как текст (например, там можно говорить о разной корреляции между удаленными нуклеотидами для осмысленного текста и для т.н. "мусора"), а белки -- как химическое вещество (где важна концентрация, количество молекул).
[User Picture]
From:egovoru
Date:June 15th, 2016 12:20 pm (UTC)
(Link)
"там можно говорить о разной корреляции между удаленными нуклеотидами для осмысленного текста и для т.н. "мусора"

Такой же анализ можно применять (и активно применяют) и к белковому "тексту": какие-то участки имеют больше смысла (критически важны для функции), а какие-то - меньше и т.д. Другое дело, что в геноме белок-кодирующие участки составляют только малую часть. Но в целом ДНК - ничуть не более "текст", чем белок ;)

> Go to Top
LiveJournal.com