Введение к работе
Актуальность проблемы. Теоретический анализ функциональной топографии белкоз является актуальной задачей в связи с быстрым ростом количества белков с известной первичной структурой и трудностями их исчерпывапцего экспериментального изучения. Выяснение принципов структурно-функциональной организации биополимеров представляет собой интереснув научпуэ проблему, сочетающую анализ ках биохимических и биофизических, так и эволюционных к статистических данных. Одним из перспективных теоретических методов исследования структурно-функциональных отношении структур биопопмероз является частотаьы анализ белков и нуклеиновых кислот, который представляет собен статистическое исследование состава аминокислотных или нуклеотидных последовательностей. Осповной его предпосылкой является предполосегаэ, что существует о&ьектквная взаимосвязь статистических характеристик перзичной структуры и функциональной организации биополимера и эта взаимосвязь может быть выявлена к представлена в формализованном виде. Математической основой методов "тастотного анализа служат теория информации. Существенное преимущество методов частотного анализа состоит а том, что они мог;т достьгочео эффективно использоваться бэз предварительной классификации белка как представителя одного из секейств и в отсутствие данных о пространственной структуре б^лка.
Целя и задачи работы. Основной цгяьп данной работы была проверка, гипотезы о биологическом смысле принципа кияимальной частоты встречаемости (уникальности) структур функциональных участков белкоз. Для этого Сило предпринято вознояно более полное исследование вариантов частотного анализа аминокислотных последовательностей Гешаэв для предсказания лоїсализацил рецептор-связьпзагашх участков. Поставленная цель подразумевала решение следуг-лак задач:
форілїр-овапие тестовой выборки белков с известным pacnonoseimeM функционально васных участков белок-белкового взаимодействия;
- проверку предсказательной способности и статистической достоверности ч'редсказаким для различиях вариантов частотного
анализа, включая использование частот встреч нуклеотидов, кодонов, ашшокаслот, ди- и трипептидов;
создание алгоритмов анализа первичных и пространственных структур глобулярных белков с учетом частотного состава, периодичности чередования аминокислот, экспонированности участков;
привлечение частотного анализа пространственных структур белков для выяснения возможности предсказания функциональных сайтов других типов, например, активных центров и лиганд-связыващкх участков ферментов, а также участков связывания ионов металлов.
Научная новизна и практическая ценность работы.
Гипотеза о биологической природе уникальности функциональных участков является оригинальной; ее проверка дает возможность понять общие принципи формирования структур участков, ответственных за самые разные биологические функции белка.
Путем сращения различных вариантов частотного анализа
установлены параметры, обеспечивающие оптимальную
предсказательную способность при поиске функционально важных участков белок-белкового взаимодействия.
Предложен ряд новых алгоритмов теоретического анализа Функциональной топографии белков.
С применением разработанных алгоритмов проанализирована структура гормонов роста и их рецепторов; предсказан участок, ответственный за лактогенную активность гормона роста человека. Экспериментальная проверка показала правильность сделанных предсказании.
Показана возможность предсказания активных центров ферментов с помощью методов частотного анализа пространственных структур белков. На примере молекулы термолизина, продемонстрирована принципиальная разница в методах поиска функционально важных участков (ФВУ) различных типов.
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 14
работ. .' ' -
Апробация работы. Результаты настоящего исследования доложены и обсуждены ва первом и втором российско-израильском симпозиумах по пептидам и белкам (Реховот, 1930; Москва, 1992), Кеистоунском скшгозгуме по укладка белка, структуре и функции
(Кейстоун, 1991), V конференции Российской федерации "Новые направления в биотехнологии" (Пущино, 1992), 6 симпозиуме Белкового общества (Сан-Диего, 1992).
Объем работы. Диссертация изложена на 156 страницах, включает введение, три главы и выводы, содержит 31 рисунок, 17 таблиц, в списке цитированной литературы 105 названии.