Russian Journal of Biological Physics and Chemisrty Russian Journal of Biological Physics and Chemisrty АКТУАЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ БИОЛОГИЧЕСКОЙ ФИЗИКИ И ХИМИИ 2499-9962 54152 МОЛЕКУЛЯРНАЯ БИОФИЗИКА И ФИЗИКА БИОМОЛЕКУЛ MOLECULAR BIOPHYSICS AND PHYSICS OF BIOMOLECULES МОЛЕКУЛЯРНАЯ БИОФИЗИКА И ФИЗИКА БИОМОЛЕКУЛ Development of the approach to quantitative assessment of hiral asymmetry in hierarchies of protein structure Разработка подхода к количественной оценке хиральной асимметрии в иерархиях белковых структур Котов А Р Kotov A R kotov_alexey@inbox.ru Сидорова А Э Sidorova A E Твердислов В А Tverdislov V A Устинин М Н Ustinin M N Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова; Институт прикладной математики им. М.В. Келдыша РАН ru Lomonosov Moscow State University; Keldysh Institute of Applied Mathematics RAS ru Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова; Институт прикладной математики им. М.В. Келдыша РАН ru Lomonosov Moscow State University; Keldysh Institute of Applied Mathematics RAS ru Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова; Институт прикладной математики им. М.В. Келдыша РАН ru Lomonosov Moscow State University; Keldysh Institute of Applied Mathematics RAS ru Институт прикладной математики им. М.В. Келдыша РАН ru Keldysh Institute of Applied Mathematics RAS ru 25 06 2017 25 06 2017 2 1 204 208 20 06 2017 20 06 2017 https://rusjbpc.ru/en/nauka/article/54152/view

Предпосылками для представленного исследования явились работы, в которых была выявлена системная закономерность смены знака хиральности при переходе на более высокий уровень структурно-функциональной организации в белках и нуклеиновых кислотах (В.А. Твердислов и соавт., 2012, 2017). Предложен новый подход к оценке знака хиральности (спиральности и суперспиральности) в структурной иерархии белков. Для определения знака и величины хиральности вторичной и третичной структуры белков проведен анализ взаимного расположения α-углеродов. Угол между вектором направления спирали и вектором суммы векторных произведений позволяет однозначно идентифицировать направление вращения спирали в молекуле. Предложен способ построения «карт хиральности», наглядно демонстрирующий области, соответствующие узкому диапазону возможного угла для двух типов вторичной спиральной структуры.

The prerequisites for the presented research were the works in which the system regularity of the chirality sign change in the transition to a higher level of structural and functional organization in proteins and nucleic acids (V.A. Tverdislov et al., 2012, 2017) was revealed. A new approach to the evaluation of the sign of chirality (helicity and supercoiling) in the structural hierarchy of proteins is proposed. An analysis of the mutual arrangement of α-carbon atoms was carried out to determine the sign and magnitude of the chirality of the secondary and tertiary structure of proteins . The angle between the vector of the direction of the helix and the vector of the sum of vector products makes it possible to uniquely identify the direction of rotation of the helix in the molecule. A method for constructing "chirality maps" which clearly demonstrates the areas corresponding to a narrow range of the possible angle for the two types of secondary spiral structure is proposed.

 белки хиральность энантиомеры альфа-углерод правая альфа-спираль левая полипролиновая спираль векторное произведение вектор направления карта хиральности proteins chirality enantiomers alpha-carbon atom right-handed alpha helix left-handed polyproline helix cross product direction vector chirality map

Твердислов В.А., Сидорова А.Э., Яковенко Л.В. От симметрий - к законам эволюции. I. Хиральность как инструмент стратификации активных сред. Биофизика. М.: Изд-во Наука, 2012, т. 57, вып. 1, c. 146-154. [Tverdislov V.A., Sidorova A.E., Iakovenko L.V. From symmetries to the laws of evolution. I. Chirality as a means of active media stratification. Biophysics, 2012, vol. 57, no. 1, pp. 146-154 (In Russ.)] Tverdislov V.A., Sidorova A.E., Yakovenko L.V. Ot simmetriy - k zakonam evolyucii. I. Hiral'nost' kak instrument stratifikacii aktivnyh sred. Biofizika. M.: Izd-vo Nauka, 2012, t. 57, vyp. 1, c. 146-154. [Tverdislov V.A., Sidorova A.E., Iakovenko L.V. From symmetries to the laws of evolution. I. Chirality as a means of active media stratification. Biophysics, 2012, vol. 57, no. 1, pp. 146-154 (In Russ.)] Твердислов В.А. Хиральность как первичный переключатель иерархических уровней в молекулярно-биологических системах. Биофизика. М.: изд-во Наука, 2013, т. 58, № 1, с. 159-164. [Tverdislov V.A. Chirality as a primary switch of hierarchical levels in molecular biological systems. Biophysics. 2013, vol. 58. no. 1, pp. 128-132 (In Russ.)] Tverdislov V.A. Hiral'nost' kak pervichnyy pereklyuchatel' ierarhicheskih urovney v molekulyarno-biologicheskih sistemah. Biofizika. M.: izd-vo Nauka, 2013, t. 58, № 1, s. 159-164. [Tverdislov V.A. Chirality as a primary switch of hierarchical levels in molecular biological systems. Biophysics. 2013, vol. 58. no. 1, pp. 128-132 (In Russ.)] Твердислов В.А., Малышко Е.В., Ильченко С.А. От волновых механизмов самоорганизации к молекулярным машинам. Известия РАН. Серия физическая, 2015, т. 79, № 3, с. 1729-1733 [Tverdislov VA, Malyshko EV, Ilchenko S.A. From the wave mechanisms of self-organization to molecular machines. Proceedings of the Russian Academy of Sciences. Physical series, 2015, vol. 79, no. 12, pp. 1728-1732 (In Russ.)] Tverdislov V.A., Malyshko E.V., Il'chenko S.A. Ot volnovyh mehanizmov samoorganizacii k molekulyarnym mashinam. Izvestiya RAN. Seriya fizicheskaya, 2015, t. 79, № 3, s. 1729-1733 [Tverdislov VA, Malyshko EV, Ilchenko S.A. From the wave mechanisms of self-organization to molecular machines. Proceedings of the Russian Academy of Sciences. Physical series, 2015, vol. 79, no. 12, pp. 1728-1732 (In Russ.)] Petitjean M. On the root mean square quantitative chirality and quantitative symmetry measures. Journal of Mathematical Physics, 1999, vol. 40, no. 9, pp. 4587-4595. Petitjean M. On the root mean square quantitative chirality and quantitative symmetry measures. Journal of Mathematical Physics, 1999, vol. 40, no. 9, pp. 4587-4595. Avnir D., Hel-Or H., Mezey P. Symmetry and chirality: Continuous measures. The Encyclopedia of Computational Chemistry, 1998, vol. 4, pp. 2890-2901. Avnir D., Hel-Or H., Mezey P. Symmetry and chirality: Continuous measures. The Encyclopedia of Computational Chemistry, 1998, vol. 4, pp. 2890-2901. Лузанов А.В., Иванов В.В., Миняев. Р.М. Индексы дисимметрии на основе оптической вращательной поляризуемости хиральных молекул. Журнал структурной химии. Новосибирск: Изд-во СО РАН, 1998, т. 39, № 2, с. 319-327. [Luzanov A.V., Ivanov V.V., Minyaev R.M. Disymmetry indices based on the optical rotational polarizability of chiral molecules. Journal of Structural Chemistry. Novosibirsk: Publishing House SB RAS, 1998, vol. 39, no. 2, pp. 319-327 (In Russ.)] Luzanov A.V., Ivanov V.V., Minyaev. R.M. Indeksy disimmetrii na osnove opticheskoy vraschatel'noy polyarizuemosti hiral'nyh molekul. Zhurnal strukturnoy himii. Novosibirsk: Izd-vo SO RAN, 1998, t. 39, № 2, s. 319-327. [Luzanov A.V., Ivanov V.V., Minyaev R.M. Disymmetry indices based on the optical rotational polarizability of chiral molecules. Journal of Structural Chemistry. Novosibirsk: Publishing House SB RAS, 1998, vol. 39, no. 2, pp. 319-327 (In Russ.)] Марценюк М.А., Марценюк Н.М., Фуфачев М.А. Тензорные параметры как «меры» киральности молекул. Вестник Пермского университета. Серия: Химия, 2011, вып. 4, № 4. с. 61-70. [Martsenyuk M.A., Martsenyuk N.M., Fufachev M.A. Tensor parameters as "measures" of the chirality of molecules. Perm University Herald. Chemistry, 2011, vol. 4, no. 4, pp. 61-70 (In Russ.)] Marcenyuk M.A., Marcenyuk N.M., Fufachev M.A. Tenzornye parametry kak «mery» kiral'nosti molekul. Vestnik Permskogo universiteta. Seriya: Himiya, 2011, vyp. 4, № 4. s. 61-70. [Martsenyuk M.A., Martsenyuk N.M., Fufachev M.A. Tensor parameters as "measures" of the chirality of molecules. Perm University Herald. Chemistry, 2011, vol. 4, no. 4, pp. 61-70 (In Russ.)] Овчинников Ю.А. Биоорганическая химия. М.: Просвещение, 1987, 815 с. [Ovchinnikov Yu.A. Bioorganic chemistry. Moscow: Prosveshcheniye, 1987, 815 p. (In Russ.)] Ovchinnikov Yu.A. Bioorganicheskaya himiya. M.: Prosveschenie, 1987, 815 s. [Ovchinnikov Yu.A. Bioorganic chemistry. Moscow: Prosveshcheniye, 1987, 815 p. (In Russ.)] Финкельштейн А.В. Физика белковых молекул. М.-Ижевск: Институт компьютерных исследований, 2014, 424 с. [Finkelstein A.V. Physics of protein molecules. Moscow-Izhevsk: Institute of Computer Science, 2014, 424 p. (In Russ.)] Finkel'shteyn A.V. Fizika belkovyh molekul. M.-Izhevsk: Institut komp'yuternyh issledovaniy, 2014, 424 s. [Finkelstein A.V. Physics of protein molecules. Moscow-Izhevsk: Institute of Computer Science, 2014, 424 p. (In Russ.)] Аленицын А.Г., Бутиков Е.И., Кондратьев А.С. Краткий физико-математический справочник. М.: Наука, 1990, 368 с. [Alenitsyn A.G., Butikov E.I., Kondratiev A.S. Brief physics and mathematics reference book. Moscow: Nauka, 1990, 368 p. (In Russ.)] Alenicyn A.G., Butikov E.I., Kondrat'ev A.S. Kratkiy fiziko-matematicheskiy spravochnik. M.: Nauka, 1990, 368 s. [Alenitsyn A.G., Butikov E.I., Kondratiev A.S. Brief physics and mathematics reference book. Moscow: Nauka, 1990, 368 p. (In Russ.)]