Выпуск 1468 2024-11-18 Лаборатория Наномир Когда реальность открывает тайны, уходят в тень и  меркнут чудеса ...  Пикотехнология белков Издание второе. Исправленное и дополненное. Глава 5. Фолдинг белка  Александр Кушелев: Фолдинг белка происходит на уровне третичной структуры. На уровне вторичной структуры фолднига нет. Поворот аминокислот в рибосоме и при вращении белковых спиралей происходит вокруг разных осей. Поэтому набору углов 0, 120, 240, которые отсчитываются вокруг оси вращения тРНК, соответствуют углы 97..100, 119...121, ~87 и ~240 в альфа-, 310-, пи- и бета-спиралях. Подробнее Введение 201 Сворачивание полипептидной цепи in vivo 202 Ренатурация белков in vitro 204 Динамичность конформации белка 206 Уровни организации структуры белка 207 Карта Рамачандрана и углы φ, ψ 209 Номенклатура DSSP 213 Характеристика элементов вторичной структуры 214 Супервторичная структура 219 Анализ структуры белков, определённых в программах 221 Заключение 230 Литература к главе 5 231 Введение Фолдинг белка причисляют к пулу крупнейших неразрешенных научных проблем современности. В настоящее время под фолдингом белка понимают физико-химический процесс, в результате которого белки в своей естественной «среде обитания» (цитоплазма, мембрана, клеточный компартмент) приобретают характерные только для них пространственную укладку и функции [1]. Если кратко, то это процесс сворачивания полипептидных цепей из развёрнутой конформации в нативную форму белка. В этой последней главе монографии мы лишь обзорно охарактеризуем современные представления о структуре белка, равновесии между процессами его денатурации и ренатурации in vivo и in vitro. Особое внимание уделено способам описания пространственной структуры белка и характеристике элементов вторичной структуры, а также современным методам моделирования in silico. В тексте приведены собственные результаты анализа значений углов φ и ψ для вторичных структур, которые реально реализованы в полипептидных цепях белков, и описан возможный механизм преобразования одной вторичной структуры в другую. Представлены оценочные данные для структур белков случайной выборки, определенные в программах. Охарактеризованы коэффициенты, используемые для оценки подобия 3D структур белка: N, RMSD, Seq_Id, LGA_S и LGA_Q, а также энергетический статус структур белков, определённых в авторских программах. Виктория Соколик: Сворачивание полипептидной цепи in vivo В живой клетке белок синтезируется матричным способом в рибосоме. Биохимический синтез белковой цепи занимает порядка минуты, да и всё изготовление «готового», свернутого белка, примерно столько же [2]. Ряд опытов выявил, что структура N-концевых доменов белковых цепей сворачивается котрансляционно, еще до окончания полного синтеза рибосомой остальной цепи белка [3–5]. Также показано, что уже синтезированных рибосомой, но еще несвернувшихся цепей белка практически нет [6]. Сворачивание белка в клетке (в отличие от его самоорганизации in vitro) происходит в условиях высокомакромолекулярного краудинга (~340 г/л). Это окружение создает угрозу агрегации и химического повреждения растущих сворачивающихся белковых цепей. Поэтому в клетке белок сворачивается под опекой не только рибосомы, но и шаперонов [7], защищающих растущую белковую цепь от нежелательных внешних воздействий. Опыты по сворачиванию белка in vitro показывают, что если белок не выпал в осадок, а свернулся – то он свернулся в ту же структуру, что и in vivo. Синтезированный полипептид следует, как правило, по одному из трёх возможных путей: 1) котрансляционное сворачивание с последующим освобождением компактной глобулы свёрнутого функционального белка в цитоплазму; 2) взаимодействие недосвёрнутого полипептида с молекулярными шаперонами с последующим высвобождением для дальнейшего формирования четвертичной структуры, транспорта в органеллы и т.д.; 3) прохождение растущей полипептидной цепи из рибосомы непосредственно в мембрану или через мембрану, т.е. котрансляционная трансмембранная транслокация [8]. Экспериментально установлено, например, что β-галактозидаза перед завершением матричного синтеза, оставаясь ещё прикреплённой к рибосоме, способна формировать тетрамерную четвертичную структуру со свободными субъединицами этого белка, и в таком состоянии комплекс проявляет βгалактозидазную активность [3]. В более поздних работах было показано, что люцифераза американского светлячка также котрансляционно приобретает третичную структуру с ферментативной активностью даже без участия шаперонов [6]. Сравнивая котрансляционное сворачивание белка и ренатурацию развёрнутой цепи полипептида необходимо отметить, что фолдинг растущего полипептида происходит не путём случайного перебора конформаций на различных участках полипептидной цепи, а последовательно, начиная с N-концевой части. Кроме этого, рибосома, видимо, задаёт универсальную стартовую конформацию, так что котрансляционный фолдинг белка стартует не из состояния беспорядочного клубка, как при ренатурации в растворе, а скорее всего путём упорядоченной перестройки исходной спиральной конформации [2, 9, 10]. Фолдинг белков определяется кинетическими, а также термодинамическими факторами [11]. Кинетические особенности фолдинга связаны с векторной природой биосинтеза белка (рис. 5.1), тогда как термодинамические особенности вытекают из необходимости минимизации энергии сворачивающейся полипептидной цепи [12]. Образующаяся в результате фолдинга нативная структура полипептида представляет собой термодинамически наиболее стабильную конформацию [13-15]. Выход белков, получаемых в результате фолдинга in vivo невысокий, что может быть обусловлено превращением несвернутых полипептидных цепей в неправильно свернутые интермедиаты (misfolded intermediates), склонные к образованию нерастворимых агрегатов. Ренатурация белков in vitro Нативные белки могут быть развернуты под действием денатурирующих агентов, например гуанидингидрохлорид или мочевина, а также в результате тепловой денатурации [16]. Некоторые денатурированные белки сворачиваются спонтанно и эффективностью рефолдинга можно управлять снижением концентрации сворачиваемого белка в растворе [17]. Небольшие однодоменные белки, у которых гидрофобные аминокислотные остатки находятся в глубине белковой молекулы, сворачиваются в ходе одностадийного процесса без образования интермедиатов в нативную конформацию менее чем за 1 с [18-22], тогда как рефолдинг мультидоменных белков обычно протекает с формированием одного или более интермедиатов [23-25]. В настоящее время предложен ряд моделей фолдинга белков для объяснения неочевидно высокой скорости этого процесса. 1. Согласно каркасной модели (framework model) [26, 27] фолдинг белка начинается с образования элементов вторичной структуры независимо от третичной или, по крайней мере, до завершения формирования последней. Затем элементы вторичной структуры путём диффузии и столкновений [22, 28] или путём поэтапного воспроизведения структуры [29] собираются в плотноупакованную третичную структуру. 2. Согласно модели гидрофобного коллапса [30-32] начальный этап фолдинга представляет собой относительно равномерный коллапс полипептидной цепи, происходящий в основном за счет гидрофобных взаимодействий. При этом стабильная вторичная структура начинает формироваться только в процессе коллапса. 3. Согласно механизму нуклеации-конденсации [33-37] сформировавшееся диффузное ядро сворачивающегося полипептида катализирует собственный дальнейший фолдинг. Первоначально ядро состоит из нескольких аминокислотных остатков, формирующих вторичную структуру. Однако стабильность такого ядра обусловлена дальнейшим формированием третичной структуры. Поэтому взаимодействия, присущие вторичной и третичной структурам, определяют переходное состояние фолдинга, которое в структурном отношении аналогично нативному состоянию, достигнутому в результате коллапса вокруг диффузного ядра. По мере повышения способности сворачивающегося полипептида к формированию вторичной структуры его фолдинг становится всё более иерархичен и в итоге протекает по каркасному механизму из предварительно образовавшихся элементов вторичной структуры. Поскольку достижение нативного состояния многими мультидоменными белками [38], а также некоторыми однодоменными белками, сопряжено с преодолением кинетического барьера, белки при сворачивании могут быть «кинетически захвачены» в локальном энергетическом минимуме [39]. В связи с этим рефолдинг мультидоменных белков может сопровождаться образованием неполностью или неправильно свёрнутых интермедиатов [40], что сопровождается их агрегацией. Детальный анализ биофизики процессов денатурации/ренатурации с расчетами и математическими выкладками, а также с характеристикой парадокса Левинталя и его решений, представлен в работе Финкельштейн А.В. и соавт. [41].     Рис. 5.1. Энергетический ландшафт полипептидной цепи белка. Минимумы энергии соответствуют тем конфигурациям цепи, в которых ее звенья сильно притягиваются, максимумы – тем, где ее звенья сильно отталкиваются. Для аминокислотных последовательностей природных белков характерна широкая энергетическая щель между глобальным и локальными энергетическими минимумами. Эта щель необходима для того, чтобы стабильная укладка цепи разрушалась только путем термодинамического перехода типа «все или ничего», что обеспечивает его функционирование по этому же принципу.  Динамичность конформации белка Молекулы белка не являются абсолютно жёсткими структурами с единственно возможной конформацией. Это обусловлено тем, что кинетическая энергия достаточно велика для того, чтобы все атомы в молекуле находились в постоянном движении. Поэтому абсолютные положения атомов в белке, равно как и всей молекулы белка в целом, не могут быть зафиксированы. Белок, содержащий одинарные связи, в каждый момент времени существует в виде ансамбля конформеров. Переход из одной конформации в другую связан, прежде всего, с изменением торсионных углов φ, ψ и χ для одинарных связей (Сα-С’, Сα-N и Сα-R); изменение длин связей и валентных углов менее ожидаемо[42]. Изменение конформации белка можно рассматривать как перемещение по многомерной поверхности, описывающей зависимость потенциальной энергии от геометрических параметров молекулы. Каждая точка этой потенциальной поверхности представляет собой энергию единственной конформации; в частности, стабильные конформации соответствуют локальным минимумам поверхности потенциальной энергии (рис. 5.1). Относительная заселённость конформации зависит от её статистического веса, который определяется не только потенциальной энергией, но и энтропией. Как следствие, глобальный минимум поверхности потенциальной энергии белка (конформация, обладающая наименьшей потенциальной энергией) не обязательно соответствует структуре с максимальным статистическим весом [43]. Экспериментальные методы, такие как ЯМР, предоставляют информацию лишь об одной или о нескольких нативных конформациях белка и нет гарантии, что именно о функциональной. Полный обзор конформационного пространства белка может быть получен исключительно теоретическими методами, многочисленные приложения которых нашли отражение в литературе [44-46]. Наиболее общими являются методы конформационного анализа, позволяющие обнаружить все минимумы на поверхности потенциальной энергии белка: метод систематического поиска [47- 48], метод Монте-Карло [49-51], метод молекулярной динамики [46], молекулярного доккинга [52] и др.        туры исследовались близкие контакты между атомами, которые рассматривались как жесткие сферы с радиусами Ван-дер-Ваальса, а геометрия связей была фиксирована [60]. Тем не менее, конформационные параметры большинства аминокислотных остатков в реальных белках попадают в разрешенные области карты. Поскольку углы φ и ψ позволяют практически исчерпывающе описать конформацию основной цепи, карта Рамачандрана является простым и надёжным способом проверки достоверности трехмерной структуры белка. Математически карта Рамачандрана является визуализацией функции ƒ: [-π, π) × [-π, π) → R+, областью решения которой является тор. Таким образом, области значений углов ψ и φ на карте Рамачандрана представляют собой проекции тора на плоскости, что приводит к несколько искаженному представлению области решений функции ƒ и наличию разрывов [1]. На рисунке 5.3 легко видеть, что правая спираль реализуется при средних значениях [ψ, φ] = (-60о ; -60о ), β-тяж – [ψ, φ] = (120о ; -120о ) и левая спираль – [ψ, φ] = (60о ; 60о ). Такие разношерстные значения ψ и φ связаны, на наш взгляд, с отсутствием единой точки отсчета для этих углов в трёх приведенных вариантах вторичной структуры белка. Если угол ψ детерминировать значением -120о , то значения угла φ, рассчитанные по формуле, связывающей оба эти угла: 3cosΩ = 1-4cos2 [(ψ + φ)/2], будут 0о для правой спирали, 120о для β-тяжа и 240о для левой спирали. Таким образом, зафиксировав одну и ту же точку отсчёта для трёх анализируемых разновидностей вторичной структуры белка (угол ψ), мы получили период изменения угла φ в 120о при переходе от правой спирали к β-тяжу и затем к левой спирали [61]. Далее предположили, что вычисленный период изменения угла φ обусловливает ротамерию пептидной связи (рис. 3.20). Ранее на кольцегранной модели полиаланина было показано, что Rротамер пептидной связи (РПС) характерен для правой спирали, 0-РПС – для β-тяжа и L-РПС – для левой спирали [62] и что приведенные РПС различаются между собой на угол поворота ω в 120о . Поэтому мы считаем, что за детерминированные в геноме и реализованные в ходе матричного синтеза белка на рибосоме ротамерные варианты пептидной связи отвечает угол ω, значение ко- 211 торого фиксируется в момент образования пептидной связи и после этого не изменяется в силу сопряжения валентных электронов всего узла СО-Сα-NH-, включая пептидную связь между смежными аминокислотными остатками [61]. Очевидно, что кодироваться может угол поворота только для образующейся в ходе трансляции пептидной связи, т.е. ω, и никак не угол поворота φ по связи Сα-СО. Итак, для формирования элементов вторичной структуры белка (спирали и β-тяжи) достаточно поворота по пептидной связи на Δω = 120о в момент её образования при условии [ψ, φ] = const. Надо понимать, что реализация в рибосоме закодированных РПС приводит к формированию структурного шаблона белка, мотивы вторичной структуры которого цементируются системой водородных связей и других слабых взаимодействий между пептидными группами соответствующих аминокислотных остатков [63]. Синтезированный de novo белок в виде структурного шаблона аминокислотной последовательности с пептидными связями в определённой ротамерной конфигурации претерпевает дальнейшую оптимизацию своей конформации в процессе котрансляционного фолдинга нередко с помощью шаперонов. Далее см. в первом издании. Супервторичные структуры Виктория Соколик: Супервторичные структуры белка (super secondary structure (SSS)) - это компактные смежные трёхмерные элементы вторичной структуры, которые меньше функциональных доменов или субъединиц белка. К ним относятся αспираль-поворот [69], β-поворот [70], β-α-β-мотивы [71], суперспирали [72], αспираль-поворот-α-спираль [73-74], EF-hand-мотивы [75] и их различные комбинации. А. α-Спираль-поворот-α-спиралъ обнаружен во многих ДНКсвязывающих белках. Двухспиральная структура ДНК имеет две бороздки – большую и малую. Большая бороздка хорошо приспособлена для связывания белков, имеющих небольшие спиральные участки. В данный структурный мотив входят две α-спирали: одна более короткая, другая более длинная, которые соединены поворотом полипептидной цепи. Более короткая α-спираль располагается поперёк бороздки, а более длинная α-спираль – в большой бороздке, образуя не-ковалентные специфические связи радикалов аминокислот с нуклеотидами ДНК. Б. Цинковые пальцы также часто отмечают в ДНК-связывающих белках. «Цинковый палец» – фрагмент белка, содержащий около 20 аминокислотных остатков, в котором атом цинка связан с радикалами четырёх аминокислот: обычно с двумя остатками цистеина и двумя – гистидина. В некоторых случаях вместо остатков гистидина также находятся остатки цистеина. Два близко лежащих остатка цистеина отделены от двух других остатков гистидина (или цистеина) аминокислотной последовательностью, состоящей примерно из 12 аминокислотных остатков. Этот участок белка образует αспираль, которая может специфично связываться с регуляторными участками большой бороздки ДНК. Специфичность взаимодействия ДНК-связывающего белка с определённой областью ДНК зависит от последовательности аминокислотных остатков, расположенных в области «цинкового пальца». В. В β-бочонке каждая β-структура расположена внутри и связана с αспиральным участком полипептидной цепи, находящимся на поверхности мо- 220 лекулы. Супервторичную структуру в виде β-бочонка имеют некоторые ферменты, например, триозо-фосфатизомераза и один из доменов пируваткиназы. Г. «Лейциновая застёжка-молния». Некоторые ДНК-связывающие белки олигомерны, т.е. содержат в своём составе несколько полипептидных цепей. Кроме того, существуют белки, которые функционируют в комплексе с другими белками. Объединение протомеров или отдельных белков в комплексы нередко осуществляется с помощью структурных мотивов, называемых «лейциновая застёжка-молния». На поверхности каждой из двух взаимодействующих полипептидных цепей или белков имеется α-спиральный участок, содержащий по крайней мере 4 остатка лейцина. Лейциновые остатки располагаются через каждые 6 аминокислот один от другого. Так как каждый виток α-спирали содержит 3,6 аминокислотных остатка, радикалы лейцина находятся на поверхности каждого второго витка. Лейциновые остатки α-спирали одного белка могут взаимодействовать с лейциновыми остатками другого белка с помощью гидрофобных взаимодействий, соединяя их вместе [76]. Примером соединения белков с помощью «лейциновой застёжки-молнии» могут служить гистоны. Гистоны – ядерные белки, в состав которых входит большое количество положительно заряженных аминокислот – аргинина и лизина. Молекулы гистонов объединяются в комплексы, состоящие из 8 мономерных белков, с помощью «лейциновых застёжек» несмотря на то, что все мономеры имеют сильный положительный заряд.  Александр Кушелев:  Первую фрактальную (программную) спираль, где чередуются коды афльа-пи- я обнаружил в 1992-ом году, изучая нуклеотидные последовательности белков, благодаря которым удалось открыть 3D генетический код. Через десятилетия мне удалось обнаружить описание таких структур под названием "супервторичные". В 2024-ом году нобелевскую премию по химии получили сотрудники Альфа-фолд, которые наряду с аминокислотной гомологией стали использовать нуклеотидную. В результате в банке белковых структур PDB появились новые данные, в частности, о структуре мембранных белков, которые представлены длинными участками фундаментальных (альфа-, бета-, пи-, 310-) и фрактальных спиралей.   Пример фрактальной структуры из PDB от Альфа-фолд.    Схема вторичной структуры этого белка, полученная по таблице 3D генетического кода.  Подробнее Нюансы корреляционного анализа  Заключение Синтезированный матричным способом белок in vivo котрансляционно приобретает функциональную нативную конформацию. Аналогичным способом небольшие пептиды также способны успешно ренатуировать in vitro из развёрнутого состояния, если соблюдены условия, предупреждающие их досрочную агрегацию. В последнее время эти процессы фолдинга белковой структуры успешно моделируются современными методами in silico. В этой главе очень сжато была дана характеристика структурных принципов организации конформации белка, современной классификации разновидностей элементов вторичной структуры и их специфике. Сделан акцент на объективном математическом обосновании фолдинга, способов и механизмов его реализации. Показана периодичность и сопряженность изменения значений углов φ и ψ при переходе от одного вида конформера вторичной структуры к другому. Рассмотрены наиболее часто встречающиеся мотивы супервторичной структуры. Детально охарактеризованы декодированные в программах структуры белков. Рассчитана корреляция моделей белков с экспериментальными данными. Корреляция достигает 96%, на выборке 70 и более белковых структур. Литература к главе 5 1. Финкельштейн А.В., Птицын О.Б. Физика белка. М.: Университет, 2005. 2. Спирин А.С. Молекулярная биология: Структура рибосомы и биосинтез белка. М: Высшая Школа, 1986. – 300 с. 3. Hamlin J., Zabin I. P-Galactosidase: Immunological activity of ribosomebound, growing polypeptide chains // Proc.Natl. Acad. Sci. USA. – 1972. – 69. – Р. 412–416. 4. Komar A.A., Kommer A., Krasheninnikov I.A., Spirin A.S. Cotranslational folding of globin // J. Biol. Chem. – 1997. – 272. – Р. 10646–10651. 5. Hardesty B., Tsalkova T., Kramer G. Co-translational folding // Curr. Opin. Struct. Biol. – 1999. – 9. – Р. 111–114. 6. Kolb V.A., Makeev E.V., Spirin A.S. Folding of firefly luciferase during translation in a cell-free system // EMBO J. – 1994. – 13, 15. – Р. 3631–3637. 7. Ellis R.J., Hartl F.U. Principles of protein folding in the cellular environment // Curr. Opin. Struct. Biol. – 1999. – 9. – Р. 102–110. 8. Спирин А.С. Молекулярная биология: Рибосомы и биосинтез белка. М.: Академия, 2011. – 496 с. 9. Jaenicke R. Protein folding: Local structures, domains, subunits, and assemblies // Biochemistry. – 1991. – 30. – P. 3147-3161. 10. Kim P., Baldwin R.L. Intermediates in the folding reactions of small proteins //Annu. Rev. Biochem. – 1990. – 59. – P. 631-660. 11.Dill K.A. Dominant forces in protein folding // Biochemistry. – 1990. – 29. – P. 7133-7155. 12.Dill K.A., Chan H.S. From Levinthal to pathways to funnels // Nat. Struct. Biol. – 1997. – 4. – P. 10-19. 13.Dobson C.M., Sali A., Kaplus M. Protein folding: a perspective from theory and experiment // Angew. Chem. Int. (ed Engl.) – 1998. – 37. – P. 868-893. 14.Jaenicke R. Protein self-organization in vitro and in vivo: partitioning between physical biochemistry and cell biology //Biol. Chem. – 1998. – 379. – P. 237- 243. 232 15.Dinner A.R., Sali A., Karplus M. Understanding protein folding via free-ener gy surfaces from theory and experiment // Trends Biochem. Sci. – 2000. – 25. – P. 331-339. 16.Маркосян К.А., Курганов Б.И. Фолдинг, неправильный фолдинг и агрегация белков. Образование телец включения и агресом // Биохимия. – 2004. – 69, 9. – С. 1196-1212. 17. Hartl F.U. Molecular chaperones in cellular protein folding // Nature. – 1996. – 381. – P. 571-579. 18.Plaxco K.W., Dobson C.M. Time-resolved biophysical methods in the study of protein folding // Curr. Opin. Struct. Biol. – 1996. – 6. – P. 630-636. 19.Roder H., Colon W. Kinetic role of early intermediates in protein folding // Curr. Opin. Struct. Biol. – 1997. – 7. – P. 15-28. 20. Jackson S.E. How do small single-domain proteins fold? // Fold Des. – 1998. – 3. – P. R81-R91. 21.Dobson C.M., Karplus M. The fundamentals of protein folding: bringing together theory and experiment // Curr. Opin. Struct. Biol. – 1999. – 9. – P. 92- 101. 22.Myers J.K., Oas T.G. Mechanism of fast protein folding // Annu. Rev. Biochem. – 2002. – 71. – P. 783-815. 23.Van den Berg B., Ellis R.J., Dobson C.M. Effects of macromolecular crowding on protein folding and aggregation // EMBO J. – 1999. – 18. – P. 6927-6933. 24.Frudman J. Folding of newly translated proteins in vivo: the role of molecular chaperones // Annu. Rev. Biochem. – 2001. – 70. – P. 603-647. 25.Mendoza J.A., Rogers E., Lorimer G.H., Horowitz P.M. Chaperonins facilitate in vitro refolding of monomeric of monomeric mitochondrial rhodanese // J. Biol. Chem. – 1991. – 266. – P. 13044-13049. 26.Kim P.S., Baldwin R.L. Specific intermediates in the folding reactions of small proteins and the mechanism of protein folding // Annu. Rev. Biochem. – 1982. – 51. – P. 459-489. 27.Kim P.S., Baldwin R.L. Specific intermediates in the folding reactions of small proteins // Annu. Rev. Biochem. – 1990. – 59. – P. 694-699. 233 28.Karplus M., Weaver D.L. Protein folding dynamics: the diffusion-collision model and experimental data // Protein Science. – 1994. – 3. – P. 650-668. 29.Wetlaufer D.B. Nucleation, rapid folding, and globular intrachain regions in proteins // Proc. Natl. Acad. Sci USA – 1973. – 70. – P. 697-701. 30.Dill K.A. Theory for the folding and stability of globular-proteins // Biochemistry. – 1985. – 24, 6. – P. 1501-1509. 31.Dill K.A. Dominant forces in protein folding // Biochemistry. – 1990. – 29,31. – P. 7133-7155. 32.Dill K.A. The meaning of hydrophobicity // Science. – 1990. – 250, 4978. – P. 297-298. 33.Fersht A.R. Optimization of rates of protein folding: the nucleationcondensation mechanism and its implications // Proc. Natl. Acad. Sci USA – 1995. – 92. – P. 10869-10873. 34.Fersht A.R. Nucleation mechanisms in protein folding // Curr. Opin. Struct. Biol. – 1997. – 7. – P. 3-9. 35.Kiefhaber T., Bachmann A., Wildegger G., Wagner C. Direct measurement of nucleation and growth rates in lysozyme folding // Biochemistry. – 1997. – 36. – P. 5108-5112. 36.Daggett V., Fersht A.R. Is there a unifying mechanism for protein folding? // Trends Biochem. Sci. – 2003. – 28. – P. 18-25. 37.Daggett V., Fersht A.R. The present view of the mechanism of protein folding // Nat. Rev. Mol. Cell Biol. – 2003. – 4, 6. – P. 497-502. 38.Silow M., Tan Y.J., Fersht A.R., Oliveberg M. Formation of short-lived protein aggregates directly from the coil in two-state folding // Biochemistry. – 1999. – 38, 40. – P. 13006-13012. 39.Horwich A. Protein aggregation in disease: a role for folding intermediates forming specific multimeric interactions // J. Clin. Invest. – 2002. – 110, 9. – P. 1221-1232. 40.Hartl F.U., Hayer-Hartl M. Molecular chaperones in the cytosol: From nascent chain to folded protein // Science. – 2002. – 295. – P. 1852-1858. 234 41.Финкельштейн А.В., Иванков Д.Н., Галзитская О.В. Предсказание скоростей и ядер сворачивания глобулярных белков на основе теории их самоорганизации // Успехи биологической химии. – 2005. – 45. – С. 3-36. 42.Хёльтье Х.-Д. Молекулярное моделирование: теория и практика / Хёльтье Х.-Д., Зиппль В., Роньян Д., Фолькерс Г. – М.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2010. – 318 с. 43.Scheraga H.A. Theoretical and experimental studies of conformations of polypeptides // Chemical Reviews. – 1971. – 71. – P. 195-217. 44.Smellie A., Kahn S.D., Teig S.L. Analysis of conformational coverage. 1. Validation and estimational of coverage // J. Chem. Information and Computer Sciences. – 1995. – 35. – P. 285-294. 45.Shenkin P.S., McDonald D.Q. Cluster analysisof molecular conformations // J. Computat. Chem. – 1994. – 15. – P. 899-916. 46.Karplus M., Kuriyan J. Molecular dynamics and protein function // PNAS USA. – 2005. – 102. – P. 6679-6685. 47.Dammkoehler R.A., Karasek S.F., Shands E.F.B., Marshall G.R. Constrained search of conformational hyperspase // J. Computer-Aided Molecular Design. – 1989. – 3. – P. 3-21. 48.Ghose A. K., Jaeger E.P., Kowalczyk P.J. et al. Conformational searching methods for small molecules. 1. Study of the sibyl search method // J. Computat. Chem. – 1993. – 14. – P. 1050-1065. 49.Chang G., Guida W.C., Still W.C. An internal coordinate montecarlo method for searching conformational space // J. Am. Chem. Soc. – 1989. – 111. – P. 4379-4386. 50.Saunders M. Stochastic exploration of molecular mechanics energy surfaces – hunting for the global minimum // J. Am. Chem. Soc. – 1987. – 109. – P. 3150- 3152. 51.Saunders M. Stochastic search for the conformations of bicyclic hydrocarbons // J. Am. Chem. Soc. – 1989. – 10. – P. 203-208. 52.Андрианов А.М. Конформационный анализ белков: теория и приложения. – Минск: Беларус. навука, 2014. – 518 с. 235 53. Leopold P.E., Montal M., Onuchic J.N. Protein folding funnels: a kinetic approach to the sequence-structure relationship // Proc. Natl Acad. Sci. USA. – 1992. – 89. – P. 8721–8725. 54. Go N. Theoretical studies of protein folding // Annu. Rev. Biophys. Bioeng. – 1983. – 12. – P. 183–210. 55.Fleming P.J., Gong H., Rose G.D. Secondary structure determines protein topology // Protein Sci. – 15. 1829–1834. 56.Bhattacharya A., Tejero R., Montelione G.T. Evaluating protein structures determined by structural genomics consortia // Proteins 66. – 2007. P. 778–795. 57.Voelz V.A., Shell M.S., Dill K.A. Predicting peptide structures in native proteins from physical simulations of fragments // PLoS Comput. Biol. – 2009. – 5, e1000281. 58.Koga N., Tatsumi-Koga R., Liu G., Xiao R. et al. Principles for designing ideal protein structures // Nature. – 2012. – 491, 7423. P. 222-227. 59.Быць А.В. Использование карт Рамачандрана и биофизических фильтров при предсказании пространственной структуры белков // Компьютерная математика. – 2010. – 2. – С. 131-137. 60.Самченко А.А., Кабанов А.В., Комаров В.М. Новый взгляд на карты Рамачандрана в дипептидах. Квантово-химические полуэмпирические исследования / Материалы XVIII международной конференции "Математика. Компьютер. Образование". – 2011. – С. 114. 61.Соколик В.В. Карта Рамачандрана: ротамерия пептидной связи и фолдинг белка / Материалы VII Международной научно-технической конференции «Актуальні питання біологічної фізики і хімії». Тезисы докладов БФФХ-2011 (26-30 апреля 2011 г.), Севастополь.– С.137-139. 62.Соколик В.В. Кодирование вторичной структуры и структурного шаблона белка в геноме эукариот / НАУЧНЫЙ ФОНД "БИОЛОГ", Ежемесячный научный журнал. – 2014. – № 3. – С. 73-76. 63.Кушелев А.Ю., Соколик В.В. Пикотехнология – новый подход в моделировании пространственной структуры белка / Заочная Международная 236 научно-практическая конференция «Современная наука: тенденции развития» (24 января 2012), Краснодар: НИЦ Априори. – 2012. – С.203-207. 64.Кондратьев М.С. Сравнительный конформационный анализ вращательных изомерных форм свободных N-ацетил-α-L-аминокислот / Математические модели в биологии, экологии и химии. – 2006. – 2. – С. 444-454. 65.Kabsch W, Sander C. Dictionary of protein secondary structure: pattern recognition of hydrogen-bonded and geometrical features // Biopolymers. – 1983. – 22, 12. – P. 2577-2637. 66.Venkatachalam C.M. Stereochemical criteria for polypeptides and proteins. V. Conformation of a system of three linked peptide units // Biopolymers. – 1968. – 6. – P. 1425—1436. 67.Rose G.D., Gierasch L.M., Smith J.A. Turns in peptides and proteins // Adv Protein Chem. – 1985. – 37. – P. 1–109. 68.Milner-White J., Poet R. Four Classes of Beta-Hairpins in Proteins // Biochemical J. – 1986. – 240. – P. 289–292. 69.Brennan R.G., Matthews B.W. The helix-turn-helix DNA binding motif // J. Biol. Chem. – 1989. – 264, 4. – P. 1903–1906. 70.Wilmot C.M., Thornton J.M. Analysis and prediction of the different types of beta-turn in proteins // J. Mol. Biol. – 1988. – 203. – P.221–232. 71.Liang H., Chen H., Fan K. et al. De novo design of a beta alpha beta motif // Angew Chem Int Ed Engl. – 2009. – 48, 18. – P. 3301-3303. 72.Branden C.I., Tooze J. Introduction to Protein Structure. Garland Science, 1999. – 410 c. 73.Lazar K.L., Miller-Auer H., Getz G.S., Orgel J.P., et al. Helix-turn-helix peptides that form alpha-helical fibrils: turn sequences drive fibril structure // Biochemistry. – 2005. –44, 38. – P. 12681-12689. 74.Religa T.L., Johnson C.M., Vu D.M., Brewer S.H., Dyer R.B., Fersht A.R. The helix-turn-helix motif as an ultrafast independently folding domain: the pathway of folding of Engrailed homeodomain.// Proc Natl Acad Sci USA. – 2007. – 104, 22. – P. 9272–9277. 237 75.Nelson M.R., Thulin E., Fagan P.A., Forsén S., Chazin W.J. The EF-hand domain: a globally cooperative structural unit // Protein Sci. – 2002. – 11, 2. – P. 198–205. 76.Krylov D., Vinson C.R. Leucine Zipper / Encyclopedia of Life Sciences. – 2001. 77.Maiorov V.N., Crippen G.M. Significance of root-mean-square deviation in comparing three-dimensional structures of globular proteins // J. Mol. Biol. – 1994. – 235, № 2. – P. 625–634. 78.Zemla A. LGA-a Method for Finding 3D Similarities in Protein Structures // Nucleic Acids Research. – 2003. – 31, № 13. – P. 3370-3374. 238   НОВИЗНА ИДЕЙ или ПОСЛЕСЛОВИЕ 1. Продемонстрирован алгоритм моделирования 3D-геометрии атомов и молекул на основе кольцегранной модели атома и её апроксимации телами Архимеда. Представлен метод расчета атомных радиусов атомов элементов таблицы Менделеева исходя из экспериментальных значений их ковалентных радиусов с учётом геометрии электронной поверхности. 2. Переосмыслено понятие химической связи: перекрывание вакантных мест (а не электронной плотности) внешних электронных кольцегранных оболочек взаимодействующих атомов, что приводит к их реальному сближению и снижению электронной плотности между атомами в молекуле, сопровождающееся уменьшением общей энергии системы и напряжения в ней. 3. Введено понятие ротамеров пептидной связи, которые различаются между собой поворотом на угол кратный 120 градусов вокруг оси вращения тРНК и соответственно вокруг будущей пептидной связи. 4. Обосновано кодирование ротамеров пептидной связи, фрагментов вторичной структуры и структур белков в целом в геноме эукариот, прокариот и митохондрий. Представлена таблица 3D генетического кода белка. 5. Смоделирован механизм трансляции. 6. Динамическая пикотехнологическая модель аминокислоты показала, что кроме кодируемого угла фи в аминокислоте есть некодируемые углы тета и пролиновый. Это три степени свободы плавного изгиба аминокислоты. 7. Разработаны авторские программы для определения структуры белка по кодирующей его нуклеотидной последовательности и для корреляционного анализа. АВТОРСКИЕ ПУБЛИКАЦИИ 1. Соколик В.В. Кодирование вторичной структуры и структурного шаблона белка в геноме эукариот / НАУЧНЫЙ ФОНД "БИОЛОГ", Ежемесячный научный журнал. – 2014. – № 3. – С. 73-76. 2. Соколик В.В. Никакой дополнительной информации, большей, чем та, что содержится в ДНК, для сворачивания белка не требуется / Ukr. Biochem. J., 2014. – 86, 5 (Suppl. 1) Матеріали ХІ Укріїнського біохімічного конгресу (06-10 жовтня 2014), Київ, c. 37-38. 3. Соколик В.В. Предсказание пространственной структуры белка in silico на основе информации генома и геометрического алгоритма – альтернатива квантово-механическому подходу / Материалы Международной научной конференции «Математическое и компьютерное моделирование в биологии и химии. Перспективы развития» (28-30 мая 2012), Казань. – 2012. – С.155-158. 4. Соколик В.В. Геометрия аминокислот / Материалы XV Международной научно-практической конференции «Наука и современность – 2012» (НС15), (14 марта 2012), Новосибирск. – 2012. – С. 13-18. 5. Кушелев А.Ю., Соколик В.В. Пикотехнология – новый подход в моделировании пространственной структуры белка / Заочная Международная научно-практическая конференция «Современная наука: тенденции развития» (24 января 2012), Краснодар: НИЦ Априори. – 2012. – С.203-207. 6. Соколик В.В. Загадка изоакцепторных тРНК / Материалы II Всероссийской Интернет-Конференции «Актуальные проблемы биохимии и бионанотехнологии» (15-18 ноября 2011), Казань, Россия. – С. 11-15. 7. Соколик В.В. Кодирование торсинного угла ω пептидной связи в белке / IV Международная конфер. "Актуальные проблемы биологии, нанотехнологий и медицины". (22-25 сентября 2011), Ростов-на-Дону. – С. 60-61. 8. Sokolik V.V. Protein is coded in genome and synthesized in ribosomes as a structural template of a rotameric version sequence of peptide bound configu- 240 ration / The International Moscow Conference on Computational Molecular Biology, МССМВ-11 (July 21-24, 2011), Moscow, Russia. – P. 347-348. 9. Соколик В.В. Карта Рамачандрана: ротамерия пептидной связи и фолдинг белка / Материалы VII Международной научно-технической конференции «Актуальні питання біологічної фізики і хімії». Тезисы докладов БФФХ-2011 (26-30 апреля 2011 г.), Севастополь.– С.137-139. 10.Sokolik V.V. Algorithm of protein structural template decoding according to its determined nucleotide sequence / Fist International Conference “Fundamental Medicine: From Scalpel Toward Genome, Proteome and Lipidome” (April 25-28, 2011), Pax Grid Virtual Conferences, Kazan, Russia. – P. 117-119. 11.Соколик В.В. Ротамерные варианты конфигурации пептидной связи и их кодирование в геноме / Матеріали X Українського біохімічного з’їзду. Тези доповідей (13—17 вересня 2010 р.), Одеса. – С. 105-106. 12.Соколик В.В. Способ моделирования пространственной структуры белка по детерминирующей его нуклеотидной последовательности // Біофізичний вісник. – 2010. - Вип. 24 (1). – С. 31-45. 13.Sokolik V.V. Modeling of the individual structural template of protein on determining it nucleotide sequences / Материалы VII Международной конференции по биоинформатике, регуляции и структуры геномов и системной биологии (BGRS\SB-2010). Тезисы докладов (20-27 июня 2010 г.), Новосибирск. – С. 275. 14.Соколик В.В. Пространственная структура гомологов основного актина и α-актина 1 различна / Сборник материалов I Международной научнопрактической конференции «Наука и современность – 2010» в 3-х частях / Под общ. ред. С.С. Чернова - Новосибирск: «СИБПРИНТ», 2010. – 278 с. Ч. 1, С. 41-46. 15.Соколик В.В. Моделирование пространственной структуры белка по детерминирующей его нуклеотидной последовательности / Материалы VI Международной научно-технической конференции «Актуальні питання теоретичної і прикладної біофізики, фізики і хімії». Тезисы докладов БФФХ-2010 (26-30 апреля 2010 г.), T.1, Севастополь.– С.201-204. 241 16.Кушелев А.Ю., Полищук С.Е., Неделько Е.В. и др. Построение масштабной модели структуры белка // Актуальные проблемы современной науки. – 2002. – №2. – С. 236-243 17.Кушелев А., Полищук С., Писаржевский С. Формы, механизмы, энергия наномира: Доступна ли энергия эфира для космических полётов? // Электроника: Наука, Технология, Бизнес. – 2002. – № 6. – С.72–76. 18.Кушелев А.Ю., Соколик В.В. http://www.nanoworld.org.ru/.  Приложение Приложение 1. Кодирование правых спиралей 242 Приложение 2. Cоответствие конформации белка его структурному шаблону (k) 245 Приложение 3. Кодирование поворотов 246 Приложение 4. Кодирование β-тяжей 247 Приложение 5. Корреляционный анализ 249 Приложение 6. Четырехпольные таблицы 250  Приложение см. в первом издании. С историей создания пикотехнологии и деталями научной дисскусии можно познакомиться на телеграм-канале лаб. Наномир: https://t.me/nanoworldlab Архив рассылки: http://subscribe.ru/catalog/science.news.nanoworldnews Копия архива: http://nanoworld88.narod.ru/data/index.htm  http://nanoworld88.ru/    Приглашение к сотрудничеству На базе научного открытия нами создан онлайн-сервис по определению структуры белковых молекул. Теперь мы сможем зарабатывать вместе. По старой технологии определение одной структуры белка обходится примерно в 10 000 евро, а ждать нужно от 2 месяцев до 3 лет. По новой технологии структура определяется в 1000 раз точнее и в миллиард раз быстрее. 80% от найденного Вами заказа принадлежат Вам, как менеджеру. Наш лозунг: "В 1000 раз лучше, в 1000^3 быстрее и в 1000 раз дешевле!" Ваша задача заключается в размещении рекламы на онлайн-сервис белковых структур. Рынок этих структур очень большой и продолжает стремительно расти. Ежедневно кто-то оплачивает до 60 структур по средней цене 10 000 евро за штуку. Новая технология позволила на одном персональном компьютере за неделю определить структуры всех 115 000 белков человека, для которых известна нуклеотидная кодирующая последовательность. При этом качество результата, полученного по новой технологии в 1000 раз выше по точности, в миллиард раз по быстродействию и в 30 раз шире по номенклатуре белковых молекул. Единственное, что нам сегодня не хватает - рекламы. Как получить Вашу первую зарплату менеджера? Найти заказчика белковых структур  и убедить его заказать за счёт лаборатории Наномир пробный заказ. Когда заказчик распробует новую технологию, он начнёт делать коммерческие заказы. С первого коммерческого заказа менеджер получает 80%. С последующих заказов процент будет постепенно уменьшаться, но с первого заказа другого заказчика менеджер снова получит 80%. Зарплата менеджера может достичь миллиона евро в день. И это не предел.     Инвестирование научных проектов Приглашаем инвесторов и меценатов. Как продвинуть цивилизацию на новый уровень своего развития и получить при этом огромные прибыли? - Вложить деньги в научные разработки. Новейшие виды экологически чистых и мощных источников энергии, средство для продления жизни,  высокие технологии. Все это реально создать в ближайший год-два при наличии достаточного финансирования. Готовые коммерческие продукты   1. Online service PROTEIN PICOTECHNOLOGY 2. Сверхдобротные одномодовые диэлектрические резонаторы в т.ч. с большим диапазоном перестройки 3. Станки для производства высокодобротных одномодовых резонаторов  4. Технология изготовления сапфировых линз  5. Магнитный тороидально-сферический конструктор Проекты 01 Ruby Emdrive (Микроволновый двигатель без реактивной струи) 02 Ruby Power Source (Микроволновый источник энергии)  03 Средство продления жизни (Возвращение молодости) 04 Октаэдрический редуктор 05 Шестеренчатая передача Кушелева 06 Магнитный подвес-стыковка-герметизация модулей 07 Ионно-микроволновый фрактальный излучатель 08 Гибкий отражатель из жестких элементов 09 Энциклопедия "Наномир" 10 Экспертиза 11 Конструктивные компьютерные игры 12 Интеллектуальный кодовый замок 13 Очки кругового обзора 14 Тетраэдрический сканер 15 Программируемая архитектура 16 Источник энергии промышленной частоты 17 Источник энергии постоянного тока 18 Монокристаллическая видеокамера 19 Система определения активных участков белка 20 Тераваттный лазер непрерывного действия 21 Бактериальный синтез алмазов 22 Шестеренчатые передачи с тремя степенями свободы 23 Сверхсветовая связь 24 Безосевая шестеренчатая передача 25 Aктивный язык программирования 26 Телевидение миллиметрового и оптического диапазонов 27 Микроволновая архитектура 28 Компьютерный экран из автономных элементов 29 Чтение / запись ДНК 30 Сверхсветовая локация / зрение 31 Нейтрализатор акустического сигнала Коммерческое предложение:  Виктория Соколик: Уважаемые коллеги, Вашему вниманию предоставляется услуга -- моделирование 2D и 3D структуры любого белка без ограничений в его размере и степени изученности с помощью программного обеспечения, базирующемся на принципиально новом подходе декодирования нуклеотидной последовательности, детерминирующей данный белок. Всё, что необходимо от заказчика, это нуклеотидная последовательность мРНК интересующего его белка (или код этой нуклеотидной последовательности в EMBL, или хотя бы код самого белка в PDB). В течение 1-3 суток мы готовы предоставить Вам схему вторичной структуры заказанного белка (2D), модель его пространственной структуры (3D) в виртуальном пространстве, а также файл .pdb с координатами каждого атома белка.  Файл .pdb может быть использован по аналогии с файлами закристаллизованных белков из PDB банка для дальнейшего конформационного анализа белка методами молекулярной динамики с учётом физико-химической специфики микроокружения белка или его взаимодействия с лигандами. Таким образом, Вы сможете максимально быстро удобным для Вас способом (по электронной почте, на сайте либо на электронном носителе) получить информацию о структуре Вашего белка.  Сотрудничество может быть различным: - участие в научных дискуссиях на форуме (конструктивное) - совместное создание коммерческого продукта - поиск инвесторов - выступить менеджером по продаже готовых коммерческих продуктов  - конструктивные предложения по продвижению идей лаборатории Наномир - содействие в проведении экспериментов и т.п. - написание совместных научных статей и т.п. - материальный вклад (денежный или обеспечение оборудованием и материалами)   Пожалуйста, сообщайте о своем вкладе, чтобы мы зачли Вас как партнера лаборатории Наномир. Telegram: https://t.me/nanoworldlab Приглашение в группу: https://t.me/nanoworld_discussion  WhatsApp: +7 926 850-54-22 mail: kushelev20120@yandex.ru О способах финансирования можно спросить по электронной почте и на телеграм-канале.  Огромное спасибо всем за помощь и поддержку!