алишків.
Рис.6. Амінокислотна послідовність попередника сироваткового альбумінулюдини, транслювати з нуклеотидної послідовності за допомогоюгенетичного коду
Рис.7. Просторова (третинна) структура молекули сироваткового альбумінулюдини
Однакамінокислотна послідовність не розкриває просторову структурубілка. З точки зору термодинаміки, витягнута лінійна структура енергетичноневигідна, і тому вона специфічним для кожної послідовності чиномзгортається в унікальну просторову структуру, яка може бутивизначена за допомогою двох потужних фізичних методів - рентгеноструктурногоаналізу та методу ядерного магнітного резонансу (ЯМР-спектроскопії). За допомогоюпершого з них визначені просторові структури вже декількох тисячбілків, у тому числі і сироваткового альбуміну людини, зображення якогопредставлено на рис. 7. Ця структура, на відміну від первинної (амінокислотноїпослідовності), називається третинної і в ній добре видно спіральділянки, які є елементами вторинної структури.
Такимчином, задача структурної протеоміки зводиться до виділення, очищення, визначеннюпервинної, вторинної та третинної структур усіх білків живого організму, а їїосновними засобами є двовимірний електрофорез, мас-спектрометрія ібіоінформатика.
Біоінформатика білків
Існуваннявеличезної кількості різноманітних білків призвело до необхідності створенняінформаційних масивів - баз (або банків) даних, в які заносилися б всевідомі про них відомості. В даний час існує безліч загальних іспеціалізованих баз даних, які доступні в Інтернеті кожному бажаючому.У загальних базах містяться відомості про всіх відомих білках живих організмів, тобтопро глобальне протеома всього живого. Прикладом такої бази єSwissProt-TrEMBL (Швейцарія-Німеччина), в якій на сьогоднішній день утримуютьсяструктури майже 200 000 білків, встановлені аналітичними методами, і щемайже 2 млн структур, які визначені в результаті трансляції з нуклеотиднихпослідовностей [10]. На рис. 8 і 9 показано кількість існуючих білків,які відомі для кожного заданого числа амінокислотних залишків. Осіабсцис на цих графіках обмежені 2000 залишків, але, як уже сказано вище, хочаі не часто, але зустрічаються і істотно більш великі молекули. З даних, представленихна малюнках, випливає, що найбільше число білків містить по кілька сотеньамінокислотних залишків. До них відносяться ферменти та інші досить мобільнімолекули. Серед більш великих білків багато таких, які виконують опорну абозахисну функції, скріплюючи біологічні структури й надаючи їм міцність.
Рис.8. Розподіл відомих (виділених) білків за кількістю амінокислотних залишків
Рис.9. Розподіл транслювати амінокислотних послідовностей по числумінокіслотних залишків
Рис.10. Розподіл відомих природних олигопептидов по числу амінокислотнихзалишків
Вглобальному протеома особливе місце займають невеликі дуже рухливі молекули, що містятьне більше 50 амінокислотних залишків і що володіють специфічним спектромфункціональної активності. Вони називаються олігопептиди, або просто пептидами.Для них, тобто для глобального пептідома, створений особливий банк даних, якийназивається EROP-Moscow. Ця назва є абревіатурою від термінаEndogenous Regulatory OligoPeptides (ендогенні регуляторні олігопептиди), івказує на те, що банк створений і базується в столиці нашої країни [11]. Насьогоднішній день розшифрована структура майже 6000 олігопептидів, виділених зпредставників усіх царств живого. Так само як і великі білки, кількістьолігопептидів з заданим числом амінокислотних залишків можна зобразити графічно(Рис. 10). Судячи з графіку, найчастіше зустрічаються олігопептиди, які містятьприблизно 8-10 амінокислотних залишків. Серед них в основному містяться молекули,які беруть участь у регуляції нервової системи, і тому називаютьсянейропептидами. Очевидно, що найшвидші процеси в живому організміздійснюються за участю нервової системи, тому пептидні регулятори повиннібути мобільними і отже невеликими. Однак, слід зазначити, що, зважаючи навеличезного структурного і функціонального розмаїття як білків, так іпептидів, для них до цих пір не створено суворої класифікації.
Такимчином, в даному випадку завданнями біоінформатики є накопичення інформаціїпро фізико-хімічних і біологічних властивостях білків, аналіз цієї інформації, каталогізаціяі підготовка інформаційної бази і обчислювальних засобів для виявленнямеханізмів їх функціонування.
Функціональна протеоміка
Наявністьв організмі того чи іншого білка дає підставу припускати, що він володіє(Або володів) певною функцією, а весь протеом служить для того, щобздійснювалася повноцінна життєдіяльність всього організму. Функціональнапротеоміка займається визначенням функціональних властивостей протеома, і розв'язуванінею завдання істотно складніше, ніж, наприклад, визначення білково-пептиднихструктур.
Очевидно,що функціонування протеома здійснюється в багатокомпонентної середовищі, вякої присутня безліч молекул інших хімічних класів - цукрів, ліпідів,простагландинів, різних іонів і багатьох інших, включаючи молекули води. Чи невиключено, що через деякий час з'являться такі терміни, як В«цукромВ», В«ліпідомВ»і їм подібні. Білкові молекули взаємодіють з оточуючими їх іншими аботакими ж, як і вони, структурами, що в кінцевому підсумку призводить до виникненняфункціональних реакцій спочатку на молекулярному рівні, а потім і намакроскопічному. Вже відомо безліч таких процесів, у тому числі зучастю білків. Серед них взаємодія ферменту з субстратом, антигену зантитілом, пептидів з рецепторами, токсинів з іонними каналами і т.д.(Рецептори та іонні канали також є білковими утвореннями). Длявиявлення механізмів цих процесів проводяться як експериментальнідослідження індивідуальних учасників взаємодії, так і системні дослідженнязасобами біоінформатики. Розглянемо кілька прикладів таких системнихпідходів.
Нарис. 11 показані представники протеома (в даному випадку пептідома) людини -різні гастрину і холецистокінін, які локалізовані в шлунково-кишковомутракті (при написанні амінокислотних послідовностей використанийстандартний однобуквеному код, розшифровка якого була дана нами раніше [7]).Функціональними частинами молекул цих пептидів є дуже схожі правіобласті. Однак пептиди володіють прямо протилежними поведінковимивластивостями: гастрин викликають у людини відчуття голоду, а холецистокінін -ситості. По-видимому, дане відмінність обумовлена ​​тим, що в первиннійпослідовності холецистокінін положення залишку тирозину Y зрушено наодин крок в порівнянні з гастрину. На тому ж малюнку наведена первиннаструктура пептиду ціоніна, отриманого з представника найпростіших хордовихCiona intestinalis (рис. 12). Його структура гомологична і гастрин, іхолецистокінін і характеризується двома залишками тирозину, що знаходяться в тихже положеннях, що і в обох зазначених пептидів. На жаль, функціональнівластивості його не вивчені. А при належному експериментальному дослідженні можнабуло б відповісти на питання, яка роль хімічної структури в цілому і залишківтирозину зокрема при прояві протилежних фізіологічних ефектів.
Рис.11. Первинні структури представників пептідома людини в порівнянні зіструктурою одного з пептидів оболочечніка
Рис.12. Оболочечнік Ciona intestinalis, що мешкає в Північному морі
Іншийприклад: на рис. 13 наведені амінокислотні послідовності дуже схожихмолекул, які також об'єднані в структурно-гомологічною сімейство. Цімолекули виявлені у вельми еволюційно далеких живих організмів - відкомах до ссавців. У першому рядку дана первинна структурабрадикініну, що містить 9 амінокислотних залишків і зустрічається у багатьохвищих організмів, у тому числі і у людини. Протягом багатьох років хімікисинтезували різні неприродні аналоги цієї молекули, щоб відповісти напитання, якою її ділянку відповідальний за взаємодію з рецептором. Близько 30 роківназад були навіть синтезовані всі мож...
