Russian Journal of Biological Physics and Chemisrty Russian Journal of Biological Physics and Chemisrty АКТУАЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ БИОЛОГИЧЕСКОЙ ФИЗИКИ И ХИМИИ 2499-9962 54191 МОЛЕКУЛЯРНАЯ БИОФИЗИКА И ФИЗИКА БИОМОЛЕКУЛ MOLECULAR BIOPHYSICS AND PHYSICS OF BIOMOLECULES МОЛЕКУЛЯРНАЯ БИОФИЗИКА И ФИЗИКА БИОМОЛЕКУЛ Changes of the chirality index during conformational transformations of mini-proteins TRP-cage Изменение индекса хиральности при конформационных изменениях мини-белков TRP-cage Хамицаев А К Khamizayev A K a.khamitsaev@yandex.ru Яковенко Л В Yakovenko L V 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 1 356 360 20 06 2017 20 06 2017 https://rusjbpc.ru/en/nauka/article/54191/view

Недавно открытая закономерность чередования знака хиральности в иерархиях уровней структурной организации белков и нуклеиновых кислот основана на глубокой взаимосвязи между свойствами симметрии макромолекул и их физико-химическими свойствами. Хиральность молекулярных структур обычно описывается в терминах бинарной логики: структуры либо хиральны, либо ахиральны. Для выявления физических механизмов, определяющих роль гомохиральности первичных структур белков и нуклеиновых кислот в процессах фолдинга и конформационных перестроек, необходимо использовать подходящую непрерывную меру хиральности и определить взаимосвязь между ее изменениями и изменениями физических характеристик макромолекул в этих процессах. В настоящей работе в качестве непрерывной меры хиральности использован индекс хиральности, предложенный А.В. Лузановым, рассчитаны его изменения при фолдинге ряда мини-белков типа Trp-cage и полученные данные сопоставлены с соответствующими изменениями энтропии. Особенностью индекса хиральности является смена знака при изменении знака хиральности. В связи с этим степень симметрии молекулы связана с модулем индекса хиральности: чем меньше его модуль, тем симметричнее молекула. Рассчитанные значения энтропии мини-белков коррелируют с модулями их индексов хиральности.

Recently discovered regularity in alternation of the chirality sense in the hierarchies of structural organisation levels of proteins and nucleic acids is based on a deep interconnection of macromolecule symmetry with its physical-chemical properties. Chirality of molecular structures is usually described in terms of binary logic, i.e. the structures are either chiral, or achiral. To reveal physical mechanisms determining the role of homochirality of primary structures of proteins and nucleic acids in processes of folding and conformational rearrangements it is necessary to use a suitable continuous measure of chirality and find the relationship between its changes and changes of the physical characteristics of macromolecules in such processes. In this work the chirality index suggested by A.V. Luzanov is used as a continuous measure of chirality, its changes during foldings of a number of mini-proteins of the Trp-cage class are calculated and compared with the corresponding changes in entropy. The distinctive quality of the chirality index consists in its changing sign with the change of the chirality sense. Due to this property the degree of molecular symmetry is related to the modulus of the chirality index: the lower the modulus, the more symmetric is the molecule. The calculated values of entropies of mini-proteins correlate with their chirality index moduli.

 иральность индекс хиральности энтропия конформационные изменения мини-белки chirality chirality index entropy conformational transformations mini-proteins

Твердислов В.А., Яковенко Л.В., Жаворонков А.А. Хиральность как проблема биохимической физики. Рос. хим. журнал, 2007, т. 51, № 1, с. 13-23. [Tverdislov V.A., Yakovenko L.V., Zhavoronkov A.A. Chirality as a problem of biochemical physics. Ros. khim. zhurnal, 2007, vol. 51, no. 1, pp. 13-23 (In Russ.)] Tverdislov V.A., Yakovenko L.V., Zhavoronkov A.A. Hiral'nost' kak problema biohimicheskoy fiziki. Ros. him. zhurnal, 2007, t. 51, № 1, s. 13-23. [Tverdislov V.A., Yakovenko L.V., Zhavoronkov A.A. Chirality as a problem of biochemical physics. Ros. khim. zhurnal, 2007, vol. 51, no. 1, pp. 13-23 (In Russ.)] Твердислов В.А., Яковенко Л.В., Ивлиева А.А., Твердислова И.Л. Ионная и хиральная асимметрии как физические факторы биогенеза и онтогенеза. Вестник Моск. ун-та. Сер. 3: Физика, астрономия, 2011, № 2, с. 3-13. [Tverdislov V.A., Yakovenko L.V., Ivlieva A.A., Tverdislova I.L. Ionic and chiral asymmettries as physical factors of biogenesis and ontogenesis. Vestnik Mosk. un-ta. Ser. 3: Fizika, astronomiya, 2011, no. 2, pp. 3-13 (In Russ.)] Tverdislov V.A., Yakovenko L.V., Ivlieva A.A., Tverdislova I.L. Ionnaya i hiral'naya asimmetrii kak fizicheskie faktory biogeneza i ontogeneza. Vestnik Mosk. un-ta. Ser. 3: Fizika, astronomiya, 2011, № 2, s. 3-13. [Tverdislov V.A., Yakovenko L.V., Ivlieva A.A., Tverdislova I.L. Ionic and chiral asymmettries as physical factors of biogenesis and ontogenesis. Vestnik Mosk. un-ta. Ser. 3: Fizika, astronomiya, 2011, no. 2, pp. 3-13 (In Russ.)] Твердислов В.А., Малышко Е.В., Ильченко С.А., Жулябина О.А., Яковенко Л.В. Периодическая система хиральных структур в молекулярной биологии. Биофизика, 2017, т. 62, вып. 3, с. 421-434. [Tverdislov V.A., Yakovenko L.V., Ivlieva A.A., Tverdislova I.L. Ionic and chiral asymmettries as physical factors of biogenesis and ontogenesis. Vestnik Mosk. un-ta. Ser. 3: Fizika, astronomiya, 2011, no. 2, pp. 3-13 (In Russ.)] Tverdislov V.A., Malyshko E.V., Il'chenko S.A., Zhulyabina O.A., Yakovenko L.V. Periodicheskaya sistema hiral'nyh struktur v molekulyarnoy biologii. Biofizika, 2017, t. 62, vyp. 3, s. 421-434. [Tverdislov V.A., Yakovenko L.V., Ivlieva A.A., Tverdislova I.L. Ionic and chiral asymmettries as physical factors of biogenesis and ontogenesis. Vestnik Mosk. un-ta. Ser. 3: Fizika, astronomiya, 2011, no. 2, pp. 3-13 (In Russ.)] Zabrodsky H., Peleg S., Avnir D. Continuous symmetry measures, IV: chirality. J. Am. Chem. Soc., 1995, vol. 117, no. 1, pp. 462-473. Zabrodsky H., Peleg S., Avnir D. Continuous symmetry measures, IV: chirality. J. Am. Chem. Soc., 1995, vol. 117, no. 1, pp. 462-473. Petitjean M. Chirality and symmetry measures: a transdisciplinary review. Entropy, 2003, vol. 5, pp. 271-312. Petitjean M. Chirality and symmetry measures: a transdisciplinary review. Entropy, 2003, vol. 5, pp. 271-312. Osipov M.A., Pickup B.T., Fehervari M., Dunmur D.A. Chirality measure and chiral order parameter for a two- dimensional system. Molecular Physics, 1998, vol. 94, no. 2, pp. 283-287. Osipov M.A., Pickup B.T., Fehervari M., Dunmur D.A. Chirality measure and chiral order parameter for a two- dimensional system. Molecular Physics, 1998, vol. 94, no. 2, pp. 283-287. Luzanov A.V., Nerukh D. Simple one-electron invariants of molecular chirality. J. Math. Chem, 2007, vol. 41, no. 4, pp. 417-435. Luzanov A.V., Nerukh D. Simple one-electron invariants of molecular chirality. J. Math. Chem, 2007, vol. 41, no. 4, pp. 417-435. Neidigh J.W., Fesinmeyer R.М., Andersen N.H. Designing a 20-residue protein. Nature Struct. Mol. Biol., 2002, vol. 9, pp. 425-430. Neidigh J.W., Fesinmeyer R.M., Andersen N.H. Designing a 20-residue protein. Nature Struct. Mol. Biol., 2002, vol. 9, pp. 425-430. Chowdhury S., Lee M.C., Xiong G., Duan Y. Ab initio folding simulation of the Trp-cage mini-protein approaches NMR resolution. J. Mol. Biol., 2003, vol. 327, pp. 711-717. Chowdhury S., Lee M.C., Xiong G., Duan Y. Ab initio folding simulation of the Trp-cage mini-protein approaches NMR resolution. J. Mol. Biol., 2003, vol. 327, pp. 711-717. Lin S.-K. Correlation of entropy with similarity and symmetry. J. Chem. Inf. Comput. Sci., 1996, vol. 36, pp. 367-376. Lin S.-K. Correlation of entropy with similarity and symmetry. J. Chem. Inf. Comput. Sci., 1996, vol. 36, pp. 367-376.