Russian Journal of Biological Physics and Chemisrty Russian Journal of Biological Physics and Chemisrty АКТУАЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ БИОЛОГИЧЕСКОЙ ФИЗИКИ И ХИМИИ 2499-9962 54183 МОЛЕКУЛЯРНАЯ БИОФИЗИКА И ФИЗИКА БИОМОЛЕКУЛ MOLECULAR BIOPHYSICS AND PHYSICS OF BIOMOLECULES МОЛЕКУЛЯРНАЯ БИОФИЗИКА И ФИЗИКА БИОМОЛЕКУЛ Chiral hierarchies of protein structures as an instrument of folding Хиральные иерархии белковых структур как инструмент фолдинга Малышко Е В Malyshko E V katyamalyshko@mail.ru Твердислов В А Tverdislov V A Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова ru M.V. Lomonosov Moscow State University ru Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова ru M.V. Lomonosov Moscow State University ru 25 06 2017 25 06 2017 2 1 326 330 20 06 2017 20 06 2017 https://rusjbpc.ru/en/nauka/article/54183/view

Одна из базовых физических концепций молекулярной биофизики “белок - машина” основана на представлениях об иерархическом устройстве белковых макромолекул и наличии в них “выделенных механических степеней свободы”, конструктивно связанных с формированием вторичных и третичных структур в процессах фолдинга. Развивается концепция, согласно которой структурная иерархия и выделенные механические степени свободы образованы внутримолекулярными и межмолекулярными знакопеременными хиральными структурами, спиралями и суперспиралями. В качестве системного фактора выявлено закономерное чередование знака хиральности L-D-L-D при переходе на более высокий уровень структурно-функциональной организации белковых макромолекул. Составлена периодическая таблица суперспиральных структур в белках, предложена термодинамическая модель фолдинга, учитывающая знакопеременное хиральное структурирование. С учетом хиральной противофазности структурных уровней белков и ДНК обсуждается возможность представления системы биологических макромолекул как периодической системы.

One of the basic physical concepts of molecular biophysics "protein-machine" is based on the ideas of a hierarchical arrangement of protein macromolecules and the presence of "selected mechanical degrees of freedom" in them structurally associated with the formation of secondary and tertiary structures in folding processes. We develop a concept according to which the structural hierarchy and the selected mechanical degrees of freedom are formed by intramolecular and intermolecular alternating chiral structures, helices and supercoils. Regular alternation of the chirality sence is revealed in transitions from the lowest to higher level of structural and functional organization in protein macromolecules where it is L-D- L-D. A periodic table of supercoiled structures in proteins is made and a thermodynamic folding model that takes into account alternating chiral structuring is proposed. The possibility of representing a system of biological macromolecules as a periodic system is discussed according to chiral antiphase of structural levels in proteins and DNA macromolecules.

 хиральность белки нуклеиновые кислоты иерархии структур фолдинг периодическая система биомакромолекул chirality nucleic acids proteins structural hierarchies folding periodic system of biomacromolecules

Твеpдиcлов В. А., Cидоpова А. Э., Яковенко Л. В. Биофизика. 2012, т. 57, № 1, 146 с. [Tverdislov V. A., Sidorova A. E., Yakovenko L. V. Biofizika. 2012, vol. 57, no. 1, 146 p. (In Russ.)] Tvepdiclov V. A., Cidopova A. E., Yakovenko L. V. Biofizika. 2012, t. 57, № 1, 146 s. [Tverdislov V. A., Sidorova A. E., Yakovenko L. V. Biofizika. 2012, vol. 57, no. 1, 146 p. (In Russ.)] Твердислов В.А. Биофизика. 2013. т. 58, № 1, 159 с. [Tverdislov V.A. Biofizika. 2013, vol. 58, № 1, 159 p. (In Russ.)] Tverdislov V.A. Biofizika. 2013. t. 58, № 1, 159 s. [Tverdislov V.A. Biofizika. 2013, vol. 58, № 1, 159 p. (In Russ.)] Твердислов В.А., Малышко Е.В., Ильченко С.А. От автоволновых механизмов самоорганизации к молекулярным машинам. Известия РАН. Серия физическая, т. 79, № 3, с. 1728-1732. [verdislov V.A., Malyshko E.V., Ilchenko S.A. From Autowave Mechanisms of Self-Assembly to Molecular Machines. Izvestiya RAN. Seriya fizicheskaya, vol. 79, no. 3, pp. 1728-1732. (In Russ.)] Tverdislov V.A., Malyshko E.V., Il'chenko S.A. Ot avtovolnovyh mehanizmov samoorganizacii k molekulyarnym mashinam. Izvestiya RAN. Seriya fizicheskaya, t. 79, № 3, s. 1728-1732. [verdislov V.A., Malyshko E.V., Ilchenko S.A. From Autowave Mechanisms of Self-Assembly to Molecular Machines. Izvestiya RAN. Seriya fizicheskaya, vol. 79, no. 3, pp. 1728-1732. (In Russ.)] Блюменфельд Л.А. Решаемые и нерешаемые проблемы биологической физики. М.: Едиториал УРСС, 2002, 160 с. [Blyumenfeld L.A. Solvable and unsolvable problems of biological physics. Editorial URSS, 2002. (In Russ.)] Blyumenfel'd L.A. Reshaemye i nereshaemye problemy biologicheskoy fiziki. M.: Editorial URSS, 2002, 160 s. [Blyumenfeld L.A. Solvable and unsolvable problems of biological physics. Editorial URSS, 2002. (In Russ.)] Чеpнавcкий Д.C. Проблема происхождения жизни и мышления с точки зрения современной физики. Уcпеxи физ. наук, 2000, т. 170, № 2, с. 157. [Chernavskii D.S. The origin of life and thinking from the viewpoint of modern physics. Phys. Usp., 2000, vol. 170, no. 2, p. 157 (In Russ.)] Chepnavckiy D.C. Problema proishozhdeniya zhizni i myshleniya s tochki zreniya sovremennoy fiziki. Ucpexi fiz. nauk, 2000, t. 170, № 2, s. 157. [Chernavskii D.S. The origin of life and thinking from the viewpoint of modern physics. Phys. Usp., 2000, vol. 170, no. 2, p. 157 (In Russ.)] Уэй Т. Физические основы молекулярной биологии. Пер. с англ. Долгопрудный: Издат. дом “Интеллект”, 2010, 368 с. [Waigh T. Physical foundations of molecular biology. Tr. from Eng. Dolgoprudnyj, “Intellekt”, 2010, 368 p. (In Russ.)] Uey T. Fizicheskie osnovy molekulyarnoy biologii. Per. s angl. Dolgoprudnyy: Izdat. dom “Intellekt”, 2010, 368 s. [Waigh T. Physical foundations of molecular biology. Tr. from Eng. Dolgoprudnyj, “Intellekt”, 2010, 368 p. (In Russ.)] Финкельштейн А.В., Птицын О.Б. Физика белка: Курс лекций с цветными и стереоскопическими иллюстрациями и задачами. 3е изд., испр. и доп. М.: КДУ, 2005, 456 с. [Finkelshtein A.V., Ptitsyn O. B. Protein Physics: A Course of Lectures. M.:KDU, 2005, 456 p. (In Russ.)] Finkel'shteyn A.V., Pticyn O.B. Fizika belka: Kurs lekciy s cvetnymi i stereoskopicheskimi illyustraciyami i zadachami. 3e izd., ispr. i dop. M.: KDU, 2005, 456 s. [Finkelshtein A.V., Ptitsyn O. B. Protein Physics: A Course of Lectures. M.:KDU, 2005, 456 p. (In Russ.)] Blumenfeld L.A. and Tikhonov A.N. Biophysical Thermodynamics of Intracellular Processes. Molecular Machines of the Living Cell. Springer-Verlag, New-York,1994. Blumenfeld L.A. and Tikhonov A.N. Biophysical Thermodynamics of Intracellular Processes. Molecular Machines of the Living Cell. Springer-Verlag, New-York,1994. Батяновский А.В., Волотовский И.Д., Намиот В.А., Филатов И.В., Галкин И.А., Гнучев Н.В., Туманян В.Г., Есипова Н.Г. Биофизика. 2015, т. 60, № 3, 437 с. [9. Batyanovskii A.V., Volotovskii I.D., Namiot V.A., Filatov I.V., Galkin I.A., Gnuchev N.V., Tumanyan V.G., Esipova N.G. Biofizika. 2015, vol. 60, no. 3, 437 p. (In Russ.)] Batyanovskiy A.V., Volotovskiy I.D., Namiot V.A., Filatov I.V., Galkin I.A., Gnuchev N.V., Tumanyan V.G., Esipova N.G. Biofizika. 2015, t. 60, № 3, 437 s. [9. Batyanovskii A.V., Volotovskii I.D., Namiot V.A., Filatov I.V., Galkin I.A., Gnuchev N.V., Tumanyan V.G., Esipova N.G. Biofizika. 2015, vol. 60, no. 3, 437 p. (In Russ.)] Батяновский А.В., Намиот В.А., Филатов И.В., Молдавер М.В., Анашкина А.А., Туманян В.Г., Есипова Н.Г., Волотовский И.Д. Биофизика. 2013, т. 58, № 6, 1069 с. [Batyanovskii A.V., Namiot V.A., Filatov I.V., Moldaver M.V., Anashkina A.A., Tumanyan V.G., Esipova N.G., Volotovskii I.D. Biofizika. 2013, vol. 58, no. 6, 1069 p. (In Russ.)] Batyanovskiy A.V., Namiot V.A., Filatov I.V., Moldaver M.V., Anashkina A.A., Tumanyan V.G., Esipova N.G., Volotovskiy I.D. Biofizika. 2013, t. 58, № 6, 1069 s. [Batyanovskii A.V., Namiot V.A., Filatov I.V., Moldaver M.V., Anashkina A.A., Tumanyan V.G., Esipova N.G., Volotovskii I.D. Biofizika. 2013, vol. 58, no. 6, 1069 p. (In Russ.)] Намиот В.А., Батяновский А.В., Филатов И.В., Туманян В.Г., Есипова Н.Г. Биофизика. 2016, т. 61, № 1, 54 с. [Namiot V.A., Batyanovskii A.V., Filatov I.V., Tumanyan V.G., Esipova N.G. Biofizika. 2016, vol. 61, no. 1, 54 p. (In Russ.)] Namiot V.A., Batyanovskiy A.V., Filatov I.V., Tumanyan V.G., Esipova N.G. Biofizika. 2016, t. 61, № 1, 54 s. [Namiot V.A., Batyanovskii A.V., Filatov I.V., Tumanyan V.G., Esipova N.G. Biofizika. 2016, vol. 61, no. 1, 54 p. (In Russ.)] Moutevelis E. and Woolfson D.A Periodic Table of Coiled-Coil Protein Structures. J. Mol. Biol., 2009, vol. 385, 726-732. Moutevelis E. and Woolfson D.A Periodic Table of Coiled-Coil Protein Structures. J. Mol. Biol., 2009, vol. 385, 726-732. Testa O.D., Moutevelis E., and Woolfson D.N. CC+: a relational database of coiled-coil structures. Nucleic Acids Res. 2009, vol. 37, D315-D322. Testa O.D., Moutevelis E., and Woolfson D.N. CC+: a relational database of coiled-coil structures. Nucleic Acids Res. 2009, vol. 37, D315-D322. Berman H.M., Westbrook J., Feng Z., Gilliland G., Bhat T.N., Weissig H., Shindyalov I.N., Bourne P.E. The Protein Data Bank. Nucleic Acids Research, vol. 28, pp. 235-242. Berman H.M., Westbrook J., Feng Z., Gilliland G., Bhat T.N., Weissig H., Shindyalov I.N., Bourne P.E. The Protein Data Bank. Nucleic Acids Research, vol. 28, pp. 235-242. Levinthal C. Proc. meeting held at Allerton House, Monticello, Illinois. Eds DeBrunner J.T.P., Munck E., University of Illinois, 1969. Levinthal C. Proc. meeting held at Allerton House, Monticello, Illinois. Eds DeBrunner J.T.P., Munck E., University of Illinois, 1969. Финкельштейн А.В., Гарбузинский С.А. Биофизика. 2016, т. 61, № 1, 5 с. [Finkelstein A.V., Garbuzynsky S.O. Biofizika. 2016, vol. 61, no. 1, 5 p. (In Russ.)] Finkel'shteyn A.V., Garbuzinskiy S.A. Biofizika. 2016, t. 61, № 1, 5 s. [Finkelstein A.V., Garbuzynsky S.O. Biofizika. 2016, vol. 61, no. 1, 5 p. (In Russ.)] Шайтан К.В., Федик И.В. Биофизика. 2015, т. 60, № 3, 421 с. [Shaitan K.V., Fedik I.V. Biofizika. 2015, vol. 60, no. 3, 421 p. (In Russ.)] Shaytan K.V., Fedik I.V. Biofizika. 2015, t. 60, № 3, 421 s. [Shaitan K.V., Fedik I.V. Biofizika. 2015, vol. 60, no. 3, 421 p. (In Russ.)] Шайтан К.В., Ложников М.А., Кобельков Г.М. Биофизика. 2016, т. 61, № 4, 629 с. [Shaitan K.V., Lozhnikov M.A., Kobelkov G.M. Biofizika. 2016, vol. 61, no. 4, 629 p. (In Russ.)] Shaytan K.V., Lozhnikov M.A., Kobel'kov G.M. Biofizika. 2016, t. 61, № 4, 629 s. [Shaitan K.V., Lozhnikov M.A., Kobelkov G.M. Biofizika. 2016, vol. 61, no. 4, 629 p. (In Russ.)] Ellis RJ, van der Vies SM Molecular chaperones. Annu. Rev. Biochem., 1991, vol. 60, pp. 321-47. Ellis RJ, van der Vies SM Molecular chaperones. Annu. Rev. Biochem., 1991, vol. 60, pp. 321-47.