CC BY
24
РАЗМЕРНОСТИ В СТРОЕНИИ БЕЛКОВ (МЕТАФИЗИЧЕСКИМ _АСПЕКТ)_
Ложкина Анна Николаевна
Канд. биол. наук, ст. науч. сотр., Читинская государственная медицинская академия, г. Чита
lochkina@mail. ru
АННОТАЦИЯ
Разделение белков диадой на фибриллярные и глобулярные (размерности один и три) сменилось на вычленение группы мембранных белков - триаду. Однако мембраносцепленные молекулы представляют не молекулярный уровень организации, а надмолекулярный и субклеточный, поэтому данная триада не правомочна. В работе очерчена примерная раскладка белков по уровневой организации и целочисленным размерностям.
ABSTRACT
Division of proteins on a dyad fibrillar and globular (dimension one and three) was changed to the isolation of a group of membrane proteins - the triad. However membranemolecules are not the molecular level of organization; this is supramolecular and subcellular, hence this triad is not empowered. The paper outlined the approximate layout of the proteins on the levels of organization and integral dimensions.
Ключевые слова: метафизика, методология, размерности, флуктуации, общая биология, самоорганизация, белки.
Keywords: metaphysics, methodology, dimension, fluctuations, general biology, self-organization, protein.
В клетках человека примерно 20 тысяч генов кодируют уже известные белки, 5 тысяч - не выясненные. Сложная организация живого мира требует не только биохимического разделения белков на семейства, но и уровневой классификации.
Белки имеют модульный (мотивы, домены) или мозаичный тип строения. Тем не менее в данной работе сделана попытка вычленения некоторых групп белков по размерности и уровням организации материи. (Таблица 1)
Таблица 1.
Размерности в белковых структурах (метафизический аспект самоорганизации)
Размерность 1 / ноль (1D / точка) Размерность 2 (2D структуры) Размерность 3 (шаровидные 3D структуры) Сложности
Петли, хвосты, крючки (у гистонов) Плоскости / бочки-? Агрегаты-?, ансамбли / ? Сети / Губки
Аллотропные формы углерода [углерод как основа органической химии]
Углеродная основа органических веществ / Алмаз Графит Аморфный углерод[1] ?
Полостные структуры углерода
Трубки ? Полые сферы (фулле-рены) ?
Субмолекулярный уровень
Участки первичной структуры белка,альфа-спираль-ные участки белка (петли, хвосты в молекуле белка...) / Плотные упаковки бета-складок (типа прионных) Бета-складчатые участки белка Глобула (домены) белка (с гидрофобным центром, апериодически-ми по-следователь-ностями) ?Глобулы (четвертичные структуры) Повторы в участках белка («полимеризую-щиеся»; это каждый третий белок человека [2]), амилоидогенные участки
Повторы в белках [2; рис. 1]
формирующие размерность 1 формирующие размерность 2 формирующие размерность 3 ?
Молекулярный уровень
Фибриллярные белки - Коллаген ?Белки в виде тора - Многие шапероны Глобулярные - Альбумин Полимеризую-щиеся белки
- Эластин - Миозин - Кератин - Многие экзоток-ны бактерий - Металл-фиксиру-ющие типа гемоглобина - Многие рецепторы - Белки семейства иммуноглобулинов - Фибриноген ■ фибрин - Казеиноген ■ казеин
Надмолекулярный уровень
Белковый цитоскелет клетки; флагеллин жгутиков; световоды у растений ... ? Комплексы торов - Протеасомы Белковый геном-обслужи-ваю-щий аппарат (включая белковые ансамбли); белки капсида вирусов Белки матрикса(губки) / Белки клатрины . (образующие сеть)
Комбинаторные
Белки, работающие в комплексе с ДНК и тРНК (протяженными структурами) Белки мембранные - Белки трансмембранных каналов («бочкообразные») - Белки семейства ТМ (= трансмембранные) -? - Ансамбли цитохромов Белки, работающие в комплексе с гРНК (в составе рибосом /массивная объемная конструкция/) ? Белки в строме (губке) - Гемоглобин в строме эритроцита, - Актомиозин
Фаг (белковые структуры)
Фибры фага Отросток фага (плоскость, скрученная в цилиндр?) ? Головка фага (капсид) -
Вирусы /?/
Филаментозные (протяженные) Палочковидные (цилиндрические) Сферические -
Компоненты жгутика [6] [есть аналогия с секреторными системами (молекулярными шприцами) бактерий]
Белки жгутиков, пи-лей, ворсинок бактерий, простейших ? Протонные насосы, обслуживающие движение жгутика Белковые моторы (ротор, статор), вращающие жгутики [4] Крючок, система тарелок (опорные структуры)
Изучается взаимосвязь между ландшафтами и динамическими свойствами белковых молекул. По выражению А. Каява, «белки хотят контролировать все три измерения». [2] Белки с апериодическими последовательностями формируют 3D глобулы; однако большая часть белков содержит массивы тан-демных повторов (tandem repeats /TRs/). [13] Повторы в белках формируют мотивы разных форм
(рис. 1) в зависимости от размера (чем больше тан-демных повторов, тем выше вероятность формирования глобулы). Повтор «нить-петля-нить» назвали бета-дугой; из Р-дуг могут состоять кристаллиты полиглутамата, вызывающие нейродегенерацию. [9] Белки с большими поверхностями часто являются основой белковых машин, поскольку за выступы, вытянутые части легко цепляются иные молекулы. [2]
Рис. 1. Варианты самосборки тандемных повторов в белках [по 2]
Размерность один (нечто длинное) через петлю становится размерностью два; плоскости, наслоившись друг на друга как листы шифера, формируют агрегаты - размерность три; в губках могут быть удлиненные ходы - размерность один (как дырка в экситоне), вывернутая наизнанку. Многоплановость бесконечна. Размерность два привлекательна с точки зрения динамики; это часто флуктуирующая составляющая.
Функции белков с точки зрения
Биологических (белковых, на основе нуклеиновых кислот и других) машин множество; в данной сфере активно проводятся нанотехнологиче-ские разработки. Накопительный этап (сложностей) обязательно должен сменяться обобщениями (упрощениями), хотя бы для базы философских выводов или для синергетических наработок.
Раскладка белков по динамике (таблица 2) позволила сделать методологический вывод о необходимости вычленения трех «динамик» - «оп-ойй», вибраторов и функционалов (назовем пока так).
Таблица 2.
Флуктуации, стремящиеся к нулю Флуктуации Функции Структура
Философская тетрада [10, с. 584] -сознание, информация, биология, физика
Сознание («Я» как вычленение единственно важного в данный момент) / Бессознательное Информация/ Хаос или ландшафт /?/ Биологическое (живое) Физическое (не живое)
Детерминизм
«математический» / «Я» (?) стохастический причинно-следственный (каскад А^В^С^...)^ причинно-следственные законы «комбинатор-ный» (эмбрио-генез ...); табличные законы (Менделеева, Менделя ...)
«В ыворачивание наизнанку» Нечто информативное /на фоне хаоса/ Нечто временное (пошагово сдвиговое) Нечто простран-ствен-ное
«Выворачиваниенаизнанку»
Соответствующие феномены квантовой механики /?/ В мире флуктуаций пока не ясно, но интересен разворотче-рез зеркало[3] В биологическом мире - это «сон-бодрствование»* В физическом мире -это «черная дыра - информация»
Электромагнитные волны -? (константа скорости) Флуктуации электрического поля Магнитное поле?(в биологических системах) Гравитационное поле (определя-емое структура-ми /массой/ .)
Белки
адинамичные / полимеризу-ющиеся - белки волос, жгутиков, ресничек, пилей бактерий - фибрин - казеин молока динамичные —Треть белков эука-риотических клеток относится к не-структуриро-ван-ным (без стабильной структуры) [2] формирующие каскад (А+В ^ изменение конформации^ + С^ .) для мягкости регуляции ... комбинаторные - комплекс RISC* - рибосомальные белки - R-L (рецептор -лиганд) - фермент-субстрат - иммунные комплексы .
Разделение белков по динамике
«Оп-ой» [7] - с «двумя» состояниями [«переключатели»] - гемоглобин (с кислородом и без кислорода) - трансферрин (с атомами железа и без) «Вибраторы» - C1q и ему подобные (МВР /маннан-связывающий протеин/, фиколины, C1qL1-4 [8, 11,12] ) «Функционалы» -сократительные -- актин -- миозин - эфферентные Опорные белки - коллаген - белки Белки цитоскелета клетки
- белки ионных каналов (открыты, закрыты ...) ... •hkk
Гипотезы механизмов флуктуаций белковых молекул
макрофизическая (лунные циклы и пр.) действие факторов среды (термодинамика, влияние рН ...); заряда . кинетическая Результат формирования комплексов с иными субстанциями/?/
Субмолекулярный уровень (части белка)
Тандемные повторы в белке ^Бета-арки (Рис. 1) (затравки дляструктуризации). Патологические амилоидные отложения. Петли, шпильки в белке (маркерная Часть белка для его распознавания ... ?) Глобулярные альфа-спираль-ные участки белка (эффек-торная /функционально активная/ часть белка) Фибриллярные белки, бета-складчатые листы (скелетная часть белка)
Примечание. * RISC - RNA-inducedsilencingcomplex * Переходы «сон -бодрствование» с возможностью замедления переходной фазы вопреки принципу неопределенности Гейзенберга [упрощенно, либо «режим пространства» (корпускул), либо «режим времени» (динамики - волны); корпускулярно-волновой дуализм] - феномены сознания (экстрасенсорики). Данный дуализм также надо менять на триадный, что и обсуждается через кота Шредингера.
Можно совмещать тетрады статики (деление по размерностям) с тетрадой динамики (флуктуа-ции-функции-«арматура») в одной таблице. В перспективе - раскладка тетрадой флуктуирующего звена /?/ - самого перспективного и тяжелого в осмыслении. Во многих сферах науки структурно-функциональный подход будет меняться на струк-турно-функционально-флуктуационный. В про-теомике следует вычленять «вибраторы» (тоже делящиеся на тетраду) - белки, в частности, способные к постоянной смене значимого (для молекулярного уровня организации клетки; для данной строчки раскладки) электрического заряда (...) в разных частях молекулы. Вибраторы должны быть и на субмолекулярном уровне (часть молекулы - петля, хвост ...), если данный белок ключевой в регуляции.
Уровневую вертикаль (от квантовой механики до макроорганизма) надо выстраивать не по опорным белкам и не по обслуживающему аппарату, а по составляющим флуктуирующего звена. Допустим, «я хочу согнуть палец и сгибаю» (произвольные движения); то есть нечто «идеальное» (от
«идея», сознания; точнее - «идеально-материальное» в свете корпускулярно-волнового дуализма квантовой механики), превращается в конечном счете в нервные импульсы, идущие от определенного участка коры мозга через двигательные ядра к нужной мышце. По каким принципам ландшафт выстраивается в нужном направлении (кто переключает рельсы)? С точки зрения В.В. Налимова [5], «человек в каком-то смысле мыслит всем телом» [в этом аспекте интересен ролик https://www.voutube.com/watch?v=RotAuvM3f■ГО ], а переключение происходит по степени вероятности (автоматически /при переутомлении/ запустится наиболее часто используемый маршрут (корригируемый «Я»).
В первое звено (таблицы) вписываются белки, имеющие ограниченное число степеней свободы, в частности, «оп^5» белки [7]. (Рис. 2) Данные протеины должны работать четко, как переключатели, без творчества и без «общения», как очень примитивные роботы. К этой же составляющейотносятся структуры типа волос, жгутиков, пилей бактерий, ресничек микроорганизмов, многие фибриллярные белки, световоды у растений, волноводы и другие.
Рис. 2. «On-off» конформации белка [по 7].
Методологический вывод - акцент внимания должен быть сделан на белки, постоянно меняющие свою конформацию в силу допустимых степеней свободы (такой-то структуры (части) молекул /IgG3, C1q.../ ...), возможности взаимодействия с иными структурами (фосфорилирование, убикви-тирование, метилирование ...), особенности термодинамики молекул белка и окружающей среды, передвижение заряда по молекуле (коллагеноподоб-ные части белка ...).
Список литературы:
1. Аллотропия углерода // https://en.wikipe-dia.org/wiki/Allotropes of carbon
2. Каява А. «Темная материя протеома: пространственная структура неглобулярных белков» // https://www.voutube.com/watch?v=3BhWZP9qxHM
3. Ложкина А.Н., Резникова А.Ю. Действие алюминиевого экрана (фольги) на флуктуации времени свертывания плазмы крови // Актуальные проблемы современной науки. Сб. науч. тр. (Томск). - 2013. - Т.2, N 2. - С. 21-22.
4. МетлинаА.Л. Жгутики прокариот как система биологической подвижности // Успехи биологической химии. - 2001. - Т. 41. - С. 229-282.
5. Налимов В.В., Дрогалина Ж.А. Реальность нереального. Вероятностная модель бессознательного. - М.: Мир идей, АО АКРОН. - 1995.- 432 с.
6. Секреторные системы бактерий (википе-дия) // https://en.wikipedia.org/wiki/Secretion#Secre-tion in Gram negative bacteria
7. Breen C. Protein Structure and Function: Gregory A. Petsko, Dagmar Ringe (Eds.), Blackwell Scientific Publications, Oxford. - 2004. - 195 p.
8. EhrnthallerC., Ignatius A., Gebhard F., HuberLang M. New insights of an old defense system: structure, function, and clinical relevance of the complement system // Molecular medicine. - 2011. - Vol. 17, № 3. - C. 317. https ://www.ncbi.nlm. nih. gov/pmc/arti-cles/PMC3060978/
9. Huang R.K., Baxa U., Aldrian G. et al. ... & Kajava A.V. Conformational switching in PolyGln amyloid fibrils resulting from a single amino acid insertion // Biophysical journal. - 2014. - Vol. 106, № 10. - P. 2134-2142.
10. Ivancevic V. G., Ivancevic T. T. Computational mind: a complex dynamics perspective. -Springer, 2007. - Vol. 60. - 690 p.
11. Liu F.,Tan A., Yang R. et al. C1ql1/Ctrp14 and C1ql4/Ctrp11 promote angiogenesis of endothelial cells through activation of ERK1/2 signal pathway // Molecular and Cellular Biochemistry. - 2016. - P. 1 -11. http ://link. springer. com/article/10.1007/s11010-016-2842-7
12. Naito A.T., Sumida T., Nomura S. et al. Complement C1q activates canonical Wnt signaling and promotes aging-related phenotypes // Cell. - 2012. -Vol. 149, № 6. - P. 1298 - 1313. http://news.am/rus/news/108930.htmlhttp://www.scie ncedirect.com/science/article/pii/S0092867412005314
13. Richard F.D., Kajava A.V. TRDistiller: A rapid filter for enrichment of sequence datasets with proteins containing tandem repeats // Journal of structural biology. - 2014. - Vol. 186, № 3. - P. 386-391.
