Выпуск 241

 Лаборатория Наномир

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

Совершенствуем пикотехнологию белков

Материал с форума лаборатории Наномир:

Кушелев: Я решил продолжить настройку программы-скрипта, которую написал Денис Савин.

Уровень качества = 1 (27 468 граней)

Так выглядела модель гормона панкреатической железы свиньи до настройки цветов аминокислотных остатков.

Уровень качества = 5 (830 144) граней.

После настройки цветов.

Кодирующая нуклеотидная последовательность гормона панкреатической железы свиньи:

60FT
FT   source          1..10
FT   CDS             <1..120
XX
SQ   Sequence  250 BP;  36 A; 105 C; 78 G; 31 T; 0 other;
     ggcggcGGCCCCTCGCAGCCCACCTACCCCGGGGATGATGCTCCCGTGGAGGACCTCATCCGCTTC
     TACAACGACCTCCAGCAGTACCTCAACGTGGTCACGCGG
//

Скрипт-программа, написанная Денисом Савиным с новыми настройками цветов аминокислотных остатков.

Кстати, надо бы подарить проф. Туманяну В.Г. пикотехнологическую модель гормона панкреатической железы и новую рекламную версию программы Пикотех, с помощью которой была построена эта модель smile
А заодно переслать ему список научных трудов по теме Наномир...

Иногда удобно раскрашивать модель в белый цвет и рассматривать на чёрном фоне.

А иногда лучше подходит белый фон...

Кушелев: Сегодня, 2011-05-31 удалось усовершенствовать скрипт-генератор ДНК/РНК, который может теперь строить комплементарные нуклеотиды, в т .ч. минорные пары типа "инозин-псевдоурацил". Минор Кушелева пока не может, но завтра попробую доделать скрипт, чтобы мог поворачивать нуклеотиды не только на 180 градусов, но и на 90 со сдвигом.

Пикотехнологическая модель комплекса, в который входит фрагмент антикодоновой петли тРНК, триплет иРНК и пирамидки-указатели, находится в файле: http://nanoworld2003.narod.ru/20110531.max

Кушелев: Скрипт доработан. Теперь он может показывать и фрагменты структур с минором Кушелева.

Кушелев: Экзотическая модель двойной спирали ДНК/РНК, состоящая из миноров Кушелева :)

Какой смысл создавать экзотическую ДНК из миноров? Дело в том, что в такой спирали нет поперечных диэфирных связей между комплементарными нуклеотидами. А значит эффект кооперативности водородных связей должен отсутствовать. И это можно будет измерить экспериментально...

 Моделирование центрального узла (перекрестия тРНК).

На схеме тРНК указаны два нуклеотида U-U, которые якобы образуют минорную пару. В действительности эти нуклеотиды образуют связи с другими цепями тРНК. Какими?
Это предстоит выяснить в предстоящем модельном эксперименте. Центральный узел тРНК наиболее сложный, поэтому его моделирование и отложено на последний этап.

Чтобы разобраться, как на самом деле расположены нуклеотиды на перекрестии тРНК, придётся собрать пластмассовую модель...

"Комплементарная" пара U-U (урацил-урацил) находится в исходной позиции, т.е. как показано на схеме в учебнике. Наша задача найти настоящие комплементарные пары для каждого урацила, а заодно смоделировать вариабельную петлю тРНК...

Пикотехнологическая модель дигидроуридиловой петли помогла сделать научное открытие!

Кушелев: Я попытался сделать пластмассовую модель перекрестия тРНК. Задача оказалась слишком сложной, поэтому я решил начать с более простой, а именно - с моделирования дигидроуридиловой петли, которая очень похожа на псевдоуридиловую и выполняет ту же функцию. Эти две петли похожи на правую и левую руки или крылья, как мы уже знаем по материалам рассылки: http://nanoworld88.narod.ru/data/227.htm

Сегодня мне пришлось перешагнуть через принцип "Не разбирать модели для создания из их частей других моделей". Дело в том, что модель суперспирали ДНК уже реализована в виртуальном пространстве, как и модель линейного участка двойной цепи ДНК. Конечно, разбирать их на запчасти - варварство, но ради научных открытий я решился на это и разобрал двойную спираль и суперспираль ДНК на модели отдельных нуклеотидов.

Модель суперспирали ДНК (слева) перед разрезанием на отдельные нуклеотиды.

Я решил пересобрать модель псевдоуридиловой петли тРНК из моделей нуклеотидов, но уже без кнопок. Это даже быстрее, чем изготовить модели нуклеотидов с кнопками. После изготовления копии псевдоуридиловой петли, оригинал, собранный из элементов пикотехнологического конструктора я разобрал на элементы, из которых начал собирать модель дигидроуридиловой петли:

Но дигидроуридиловая петля тоже оказалась сложнее, чем я думал...

Наконец, мне удалось исхитриться, и модель дигидроуридиловой петли была собрана. При этом удалось сделать очередное научное открытие. Но не будем торопиться, а "разложим всё по полочкам"...

Когда я понял, что не смогу изготовить модель дигидроуридиловой петли тем же способом, что изготовил псевдоуридиловую петлю, я решил начать с  "руля", т.е. с нуклеотидов GC, которые в дигидроуридиловой петле выполняют ту же функцию, что и в псевдоуридиловой.

Я изготовил модель, составленную из двух нуклеотидов в той же композиции, что и в псевдоуридиловой петле.

После этого я замкнул петлю так же, как и псевдоуридиловую, т.е. нуклеотиды G и DHU образовали такую же комплементарную пару с поворотом на 180 градусов, как аденин и псевдоурацил в псевдоуридиловой петле.

Далее следует ещё одна пара G-DHU, а за ней несколько странная пара аденин-аденин (А-А), которая, конечно же не является комплементарной. Я оставил разборки с А-А на потом и продолжил сборку петли, тем более, что её начало C-G и G-U у меня уже было собрано с самого начала.

И тут я заметил, что G-U как бы начинает раздвигаться, т.е. образует лишь одну водородную связь между центральным выступающим атомом гуанина и боковым выступающим атомом урацила.

Пара А-А ещё больше "разъехалась". При этом оба аденина образовали водородные связи с фосфатными группами, т.е. проявилось А-минорное взаимодействие второго рода (первого рода - взаимодействие центрального выступающего атома с одним из углеродов рибозы). В данном случае боковые атомы аденина взаимодействуют с образованием водородной связи с ОН-группами фосфатных групп.

А следующая пара дигидроурацил-гуанин (DHU-G) по-настоящему комплементарны с переворотом на 180 градусов. Далее следует G-DHU и "руль" GC.

Желающие могут сшить эти кадры в анимацию. Все кадры сделаны фотоаппаратом при медленном вращении модели дигидроуридиловой петли.

Остальные кадры можно посмотреть в фотоальбоме "Пикотехнологические модели"

И всё же, в чём же заключается научное открытие, связанное с моделью дигидроуридиловой петли?

Оказалось, что двойная спираль РНК может плавно разворачиваться на 180 градусов, словно книжка. Для этого достаточно сделать последовательность нуклеотидов, как в дигидроуридиловой петле тРНК :)

Почему дигидроуридиловая петля устроена несколько иначе, чем псевдоуридиловая? Дело в том, что левый "руль" тРНК должен быть ориентирован зеркально симметрично правому "рулю". А двойная спираль-то закручена в одну сторону... Если сделать "плечи" тРНК одинаковыми, то второй "руль" будет "смотреть" не вперёд, а назад, и движение тРНК будет непрямолинейным. Поэтому второе "плечо" тРНК имеет дополнительный угловой набег на 180 градусов практически при той же длине. Достигается это плавным раздвиганием двойной спирали. Зная такие тонкости программируемой архитектуры тРНК можно приступать к моделированию самого сложного узла, а именно - перекрестия тРНК.

Материал с форума лаборатории Наномир:

Kushelev: ... попробуйте найти противоречия в моей модели антикодоновой петли тРНК, где не только прямой участок, но и точное позиционирование  "ножа"-метил-инозина, отрезающего триплет иРНК. Я уже объяснял, что случайностей такого рода не бывает. Их вероятность - триллионная доля...

Виктория Соколик: С точки зрения биологии, это неэффективно. На каждой молекуле мРНК обычно усаживается десяток рибосом с формированием комплекса полисомы, которые и транслируют одновременно несколько копий белка. А Вы рассказываете, что матрица кромсается "ножом"-метил-инозина каждой тРНК на каждом кодоне и при этом "не случайно".

Кушелев: Я уже думал над этим. С первого взгляда кажется, что есть противоречие, но мы прекрасно знаем, что существуют ферменты, обрезающие повторы ДНК при делении клеток, но есть и ферменты, восстанавливающие повторы ДНК (концы хромосом). Следовательно триплеты иРНК тоже могут и обрезаться, и восстанавливаться. С первого взгляда может показаться, что это бессмысленно, но если иначе не удаётся управлять углом поворота аминокислоты, то обрезание с последующим восстановлением вполне оправдано.

тРНК входит в рибосому и за счёт своей энергии движения срезает триплет тРНК. После этого она продолжает вращаться по инерции вместе с отрезанным триплетом и останавливается в том положении, где третий нуклеотид триплета попадает на комплементарный нуклеотид рибосомы. Далее рибосома устанавливает аминокислоту в нужной позиции, после чего отделяет триплет иРНК от антикодона тРНК и присоединяет его к концу иРНК, которая выходит из рибосомы. Снаружи кажется, что иРНК вошла и вышла из рибосомы без изменений, а на самом деле каждый триплет был отрезан, прокручен, отсоединён от тРНК и прикреплён к выходной части иРНК.
Вполне реальный конвейер...

Третий закон термодинамики

Согласно третьему началу термодинамики (информационному закону Кушелева) информация, как и энергия, распределяется по степеням свободы равномерно. Это означает, что структура гиперакустических сигналов соответствует по сложности пространственной структуре макромолекул, в частности, ДНК/РНК, белков и т.д.

Рибосома и тРНК возникли в добелковом мире, поэтому их сигналы проще, чем сигналы, предназначенные белковым пикомашинам. Возможно, что сигнал рибосомы синусоидальный или прерывистый. Но система навигации тРНК существует, т.к. обнаружены два резонансных "руля"...

Материал с форума лаборатории Наномир:

Виктория Соколик: ... придёте к пониманию третичной структуры тРНК в виде буквы L. Я не теряю надежду :)

Кушелев: По поводу буквы L я уже написал, что тРНК может "склеивать ласты", т.е. складываться по диагонали, превращаясь из креста в "букву L". Я даже предполагал, что после синтеза тРНК они хранятся в неактивной L-конформации, а по сигналу рибосомы активируется только нужная тРНК и раскладывается из "L" в "+". Но теперь я считаю, что тРНК синтезируются и сразу переводятся в активное состояние. Далее идёт сортировка тРНК на рибосомах. Те, которые не подходят, "отфутболиваются", а подходящие отрезают триплет и отдают таким образом запасённую во время движения энергию рибосоме. При наращивании выходной части тРНК энергия возвращается рибосоме. Кстати, какое количество АТФ потребляет рибосома в пересчёте на один аминокислотный остаток?

Первый набросок пикотехнологической модели дигидроуридиловой петли тРНК. Углы ещё не отъюстированы, но форма в первом приближении такая. В принципе можно переходить к моделированию самого сложного узла тРНК, перекрестия с вариабельной петлёй.

Более точная пикотехнологическая модель дигидроуридиловой петли помогла сделать очередное научное открытие. Двойная спираль РНК может плавно раздвигаться на минорных комплементарных (и не очень) основаниях.

Ряды пикотехнологов пополняются!

Материал с форума лаборатории Наномир:

Анатолий Шестопалов: ... Чтобы я мог воспользоваться вашими скриптами.

Кушелев: Ура! Ряды пикотехнологов пополняются! Приветствую пикотехнолога, Анатолия Шестопалова! Я убеждён, что он сможет внести дополнительный вклад в развитие пикотехнологии, используя и совершенствуя пикотехнологические скрипты-программы для моделирования белков, ДНК, РНК.

 Приглашение к сотрудничеству

для людей умеющих самостоятельно мыслить; не просто умных, а мудрых, которые чувствуют, где истина

Пожалуйста, сообщайте о своем вкладе, чтобы мы зачли Вас как партнера лаборатории Наномир.

+7-926-5101703, +7-903-2003424, +7-916-8265031, Skype: Kushelev2009, mail: kushelev2011@yandex.ru

веб-мани: WM-кошелек R426964799301