Номер части:
Журнал

ФЛУКТУАЦИИ БЕЛКОВ, В ЧАСТНОСТИ, СВЕРТЫВАЮЩЕЙ СИСТЕМЫ КРОВИ



Науки и перечень статей вошедших в журнал:


DOI:
Дата публикации статьи в журнале:
Название журнала: Евразийский Союз Ученых, Выпуск: , Том: , Страницы в выпуске: -
Автор:
, ,
Автор:
, ,
Автор:
, ,
Анотация:
Ключевые слова:                     
Данные для цитирования: . ФЛУКТУАЦИИ БЕЛКОВ, В ЧАСТНОСТИ, СВЕРТЫВАЮЩЕЙ СИСТЕМЫ КРОВИ // Евразийский Союз Ученых. Биологические науки. ; ():-.





Флуктуации химических реакций, белков и функций живого организма подробно описаны в книге «Molecular science of fluctuations toward biological functions» (2016) [14] /с акцентом на термодинамические флуктуации/, в работах д.б.н. С.Э. Шноля и сотр. [5, 6] /с акцентом на макрофизическую причину флуктуаций/, Ю.Ф. Крупянского и сотр. [3] /с акцентом на кинетическую теорию/.

В биомолекулярных системах со многими степенями свободы, включающих белки и нуклеиновые кислоты, существует астрономическое число состояний (структурная динамика). [11] Конформация биомолекул меняется при сдвигах рН (разворот гемагглютинина вируса гриппа при адгезии к клеткам-мишеням …), ионной силы, при фосфорилировании, ацетилировании (ацетилирование гистонов /Рис. 1/), взаимодействии рецептора с лигандом, антитела с антигеном, при работе лейциновой застежки-молнии, цинковых пальцев, кластеризации рецепторов и пр. Данные изменения влияют и на флуктуационные характеристики.

ФЛУКТУАЦИИ БЕЛКОВ, В ЧАСТНОСТИ, СВЕРТЫВАЮЩЕЙ СИСТЕМЫ КРОВИ

Рис. 1. Изменение заряда (и конформации ) гистоновых хвостов при

 ацетилировании [по10]. Характер перестроек определяет

 гистоновый «код».

Согласно результатам исследований [14], флуктуируют (значимо для следствий функций протеина) белки, выполняющие регуляторную и эффекторную роль; акцентируется внимание на внутреннеприсущую неупорядоченность белков; обсуждаются возможные конформационные состояния и подсостояния, биомолекулярные системы с быстрым конформационным обменом, изменение характера флуктуаций при взаимодействии белковой молекулы с лигандом. Показано усиление флуктуаций белков во время реакций. [13] Выдвигается теория молекулярного распознавания в свете (в аспекте) структурных флуктуаций биомолекул. [14]

Согласно Л.Б. Меклеру [4], многие антигены (эпитопы) имеют форму шпильки (петля и «шейка»); за счет постоянных перемещений (перескоков) диаметр петли меняется. Сдвиги в иммунодоминантной петле белка gp120 вируса иммунодефицита человека (ВИЧ-1),возможно, препятствуют взаимодействию с антителами. [1] По аналогии можно предположить подобную динамику (Рис. 2) стеблей и петель шпилек РНК (полианиона), что дает математическую квантованность состояний (и, возможно, частот изменения заряда петли) – обработку информации /?/. Динамика молекулы РНК описана в работе [9] и др.

ФЛУКТУАЦИИ БЕЛКОВ, В ЧАСТНОСТИ, СВЕРТЫВАЮЩЕЙ СИСТЕМЫ КРОВИ

Рис. 2. Возможная динамика (скачки) по тандемным палиндромным

 повторам в шпильках молекул белков и РНК.

Современное моделирование молекулярной механики (ММ) проводится с привлечением методов квантовой механики (КМ; QM) – методы QM/MM. [12] Последние используются в биологической химии, в частности, при изучении функционалов типа кластеров переходных металлов в металлоферментах для описания поведения в сложных средах. [8]

Экспериментальная часть работы. Цель — исследование флуктуаций времени свертывания (рекальцификации) плазмы крови. Кровь забирали из вены в пробирки с цитратом натрия от лиц 18-35 лет. Получали центрифугированием обогащенную и обедненную тромбоцитами плазму. К 0,1 мл плазмы добавляли 0,2 мл хлористого кальция и измеряли время появления сгустка («время рекальцификации») 20-100 раз подряд (в каждом образце плазмы). Результат. Исследование флуктуаций времени рекальцификации показало, что разброс может быть большим или меньшим у каждого исследуемого лица и даже воспроизводимым по форме гистограммы распределения полученных инвариант (Рис. 3).

ФЛУКТУАЦИИ БЕЛКОВ, В ЧАСТНОСТИ, СВЕРТЫВАЮЩЕЙ СИСТЕМЫ КРОВИ

Рис. 3. Некоторая повторяемость формы гистограмм распределений

 времени свертывания крови (времени рекальцификации плазмы)

 разных доноров (по 20 замеров для каждой гистограммы).

 A – десять доноров (попарно слева и справа). В и С – четыре (В)

 и три (С) донора (замеры на протяжении нескольких часов (снизу

 вверх). D — девять больных шизофренией (замеры дважды с

 интервалом несколько месяцев).

Коэффициент парной корреляции различных комбинаций среднеарифметических величин (n=20) времени свертывания составил 0,92, коэффициента вариации — 0,65.

В следующих экспериментах оценивали влияние in vivo адреналина и мединала на флуктуационный разброс времени свертывания крыс. Кровь (примерно 5 мл) забирали у беспородных белых крыс из брюшной аорты в шприц с цитратом натрия, центрифугировали, получали обедненную тромбоцитами плазму. Данного объема плазмы хватало на 18-30 замеров. Опытной серии крыс предварительно в яремную вену вводили раствор адреналина (5 и 0,5 мкг/кг веса тела животного) или мединала (10 мг/кг). Адреналин был выбран в качестве агента, повышающего психическую напряженность, мединал — как обратно действующий успокаивающий препарат. Кровь забирали через 3-5 минут и через час после введения.

Адреналин в дозе 5 мкг/кг резко сужает амплитуду флуктуаций времени рекальцификации (с 13±1% в контроле до 8±1% в опыте); в концентрации 0,5 мкг/кг не оказывал подобного действия. (Рис.4) Мединал, напротив, через 3 минуты после введения расширял (до 18±1,4%) спектр разброса получаемых инвариант; через час данного явления не наблюдалось. (Рис. 4)

ФЛУКТУАЦИИ БЕЛКОВ, В ЧАСТНОСТИ, СВЕРТЫВАЮЩЕЙ СИСТЕМЫ КРОВИ

Рис. 4. Влияние адреналина и мединала (внутривенное введение) на флуктуации

 времени свертывания плазмы крови крыс. Адреналин (гормон стресса)

 снижает показатель вариативности времени свертывания крови

 (мобилизует систему); мединал («снотворное») действует обратным

 образом.

Исследования «снизу-вверх» (начиная от чистых систем – один объект, один изучаемый фактор) и «сверху-вниз» (in vivo; с множеством возможных эффекторов) относятся к разным сферам науки и данные параллели пока не стыкуются. Тем не менее возможны обобщения (синергетические, философии биологии). Пользуясь тетрадным методологическим подходом, выделим в итоге разные варианты динамики белковых молекул. (Таблица 1)

Таблица 1.

Варианты поведения белковых молекул (тетрадный подход). Наброски.

Limà0 Флуктуации Функция Структура

Молекулярный уровень

[структурный подход]

Статика

(белковые

полимеры,

субмолеку-лярная

класте-ризация

(амилоиды,

капсиды вирусов

…)

 

Флуктуационное

поведение

[внешнее – внутреннее]

— термодинамичес-

кая

— космофизическая

— флуктуации

«информационные»

(маркерные;

возможно,

с характером «Я» —

эпигенетические,

кванты в петлях …)

Функциональ-ное поведение

(в активном

центре

эффекторной молекулы)

Структурное поведение

— надмолекулярная

(при взаимодействии

с иными лигандами,

самосборка при

полимеризации …)

[внешнее]

— молекулярная (меха-

нические перемеще-

ния /механика/)

— субмолекулярная

(переходы «альфа-

спираль»-шпилька …)

[внутреннее]

Каскадные реакции (AàBàCà…)

[функциональный подход]

— внутриклеточные сигнальные пути

— ферментные системы крови (свертывающая, комплемента и др.)

Резонанс Возможно явление

quorumsensing

(«чувство локтя»;

единое коммуника-

тивное поведение)

— Через сигнальные

молекулы в био-

пленках микробов

? «Удвоение» в

динамике (nà 2nà 4nà …)

[Количество]

Масштабиро-вание

в «частотах» ?

? Кооперация

(агрегация, комплексообразование …)

? Карты торсионной плотности (энергия-ландшафт)*

[флуктуационный подход]

Стохасти-

ческая

синхрони-

зация ?

Стиль

(индивидуальный …)

— Модели поведения

ферментов

— Аттракторы …

Клетка [и организм]

модулирует

энергетические ландшафты [14]

?

Потоки энергии,

кручения энергии …

 

 

?

Ландшафт динамики белков (молекул)

организма, географи-ческого [2] региона – флуктуации белков растений, растущих над месторождением полезных ископаемых …

Фликкер-шум (в неравновес-

ной термоди-

намике, био-

логии …) –

фрактальный

Цветные (и

индивидуальные) шумы

Коричневый шум

(сдвиговый /«походкой пьяного»/)

Белый шум-?

Примечание. * Термины заимствованы из источника [7].

 Вывод 1 (по таблице). Флуктуационное поведение молекул

 Пронизывает разные уровни организации материи, структурная

 динамика – лишь объекты, объединенные данной структурой.

 Вывод 2. Между внешним и внутренним – механика (итоговое

 передвижение /решение/ по эпигенетическому ландшафту)

 [триада – внутреннее, внешнее, итоговое поведение].


Список литературы:

  1. Андрианов А. Конформационный анализ белков: теория и приложения. – Litres, 2014. – 518 с.
  2. Баласанян С.Ю. Динамическая геоэлектрика. — Новосибирск: Наука, СО, 1990. — 232 с.
  3. Крупянский Ю.Ф., Гольданский В.И. Динамические свойства и энергетический ландшафт простых глобулярных белков // Успехи физических наук. – 2002. – Т. 172,N – С. 1247-1269.
  4. Меклер Л.Б. О специфическом избирательном взаимодействии между аминокислотными остатками пептидных цепей // Биофизика. — 1969. — Т. 14, N — С. 581-584.
  5. Шноль С.Э. Космофизические факторы в случайных процессах // Stokholm: Svenskafysikarkivat. – 2009. – 388 с. https://digitalphysics.ru/pdf/Kaminskii_A_V/shnoll2009ru.pdf
  1. Шноль С.Э., Коломбет В. А., Пожарский Э. В. и др. О реализации дискретных состояний в ходе флуктуаций в макроскопических процессах // Успехи физических наук. – 1998. – Т. 168, N – С. 1129-1140.
  2. Chakrabarti A., Surolia A. (ed.). Biochemical Roles of Eukaryotic Cell Surface Macromolecules. – Springer, 2015. – 411 p.
  3. Cui Q. Perspective: Quantum mechanical methods in biochemistry and biophysics //The Journal of Chemical Physics. – 2016. – Vol. 145, N 14. – P. 140901.
  4. Dethoff E.A., Chugh J., Mustoe A.M., Al-Hashimi H. Functional complexity and regulation through RNA dynamics // Nature. – 2012. – Vol. 482, N 7385. — P.322-330.
  5. Hawtree S., Muthana M., Wilson A.G. The role of histone deacetylases in rheumatoid arthritis fibroblast-like synoviocytes // Biochemical Society transactions. – 2013. – Vol. 41, N 3. – P. 783-788.
  6. Okamoto Y. Structural Fluctuations of Proteins in Folding and Ligand Docking Studied by Replica-Exchange Simulations // Molecular Science of Fluctuations Toward Biological Functions. – Springer Japan, 2016. – P. 183 — 204. https://scholar.google.ru/citations?view_op=view_citation&hl=ru&user=4XMv5IoAAAAJ&cstart=200&pagesize=100&citation_for_view=4XMv5IoAAAAJ:WwIwg2wKZ0QC
  7. Shen L., Wu J., Yang W. Multiscale Quantum Mechanics/Molecular Mechanics Simulations with Neural Networks // Journal of Chemical Theory and Computation. – 2016. – Vol. 12 (10). – P. 4934-4946.
  8. Terazima M. Time-resolved detection of protein fluctuations during reactions // Molecular science of fluctuations toward biological functions. – Springer Japan, 2016. – P. 1-27.
  9. Terazima M., Kataoka M., Ueoka R., Okamoto, Y. (Eds.). Molecular science of fluctuations toward biological functions. – Springer, 2016. – 269 p.[schema type=»book» name=»ФЛУКТУАЦИИ БЕЛКОВ, В ЧАСТНОСТИ, СВЕРТЫВАЮЩЕЙ СИСТЕМЫ КРОВИ» description=»Структурная динамика многих биомолекул зависит от различных факторов среды, внутренне присущих перестроек (за счет липкости, комплементарности пар нуклеотидов /комбинаторика/ …), кооперации с иными молекулами (часто специфическими) и др.В работе показана вероятность влияния системной характеристики (в какой-то степени индивидуализации /разные люди/) на вариабельность активности белков коагуляционного каскада.» author=» Ложкина Анна Николаевна» publisher=»БАСАРАНОВИЧ ЕКАТЕРИНА» pubdate=»2017-01-17″ edition=»ЕВРАЗИЙСКИЙ СОЮЗ УЧЕНЫХ_30.10.16_31(2)» ebook=»yes» ]
Список литературы:


Записи созданы 6778

Похожие записи

Начните вводить, то что вы ищите выше и нажмите кнопку Enter для поиска. Нажмите кнопку ESC для отмены.

Вернуться наверх