Компьютерный анализ генетических текстов - Александров А.А.
ISBN 5-02-004691-4
Скачать (прямая ссылка):
Анализ вторичной структуры РЖ с помощью ферментативных методов исследования проводился также в работе (Kramer, Mills, 1981), в которой исследовалось образование вторичной структуры РНК MDV-1 во время ее синтеза. При этом анализировалась вторичная структура, которая возникает в процессе роста, при различной длине цепи. Как видим, если исходить из стратегии поиска структуры, то эту работу можно с полным осно-важс'М отнести к методу, который мы условно назвали кинетическим. Однако в данном случае критерием отбора служили биохимические данные.
Фрагменты РНК различной длины были разделены с помощью электрофореза, л затем выделены из гелл. Каждый фрагмент был обработан нуклеазой Т1, которая специфична к однотяжевому участку. Анализ этой реакции позволяет локализовать спиральные участки. Очень интересные наблюдения
об изменении структуры были сделаны во время роста цепи. Было показано, что процесс образования структуры сопровождается как образованием, так и разрушением спиралей. Появление новых спиралей может привести к разрушению старых, если они не могут совместно сосуществовать по сте-рическим соображениям. Авторы сделали вывод, что структура находится в состоянии динамического равновесия. Устойчивая при одной длине цепи структура при росте цепи разрушается и образуется другая вторичная структура.
Более того р эч’оЯ работе экспериментально доказывается, что процесс формирования может идти разными путями. Так, во время роста цепи наряду с оптимальной может существовать структура менее энергетически выгодная. Авторы, пытаясь объяснить этот факт, предполагают, что скорость полимеризации значительно выше скорости структурных перестроек и структуры не успевают перестроится. Все эти результаты представляются нам чрезвычайно важными для понимания процессов образования вторичной структуры и для объяснения биологических функций РНК.
5.4. ОПРЕДЕЛЕНИЕ КИНЕТИЧЕСКОГО АНСАМБЛЯ ВТОРИЧНЫХ СТРУКТУР РНК
Образование спиральных участков. Проведенный в разделе "Условия совместимости спиралей" анализ топологических условий взаимного расположения спиралей в структуре позволяет рассмотреть процесс образования спиральных участков. Этот процесс условно можно представить в виде трех последовательных этапов (рис.6.8).
1. Подготовка к образованию нового спирального фрагмента. Сразу отметим, что если новая спираль топологически совместима полностью или частично со всеми существующими в структуре спиралями, то этот этап отсутствует. В противном случае для инициации спирали требуется полный или частичный распад фрагментов вторичной структуры. Предположим, что для образования спирали III требуется разрушить спираль II (рис.6.8). Кинетическая константа Кр определяется временем ожидания спонтанного распада спирали. Энергетические затраты для этого процесса в основном зависят от внутренней энергией мешающих участков,
2. Инициация спирали. На этом этапе существенным является образование первой пары спирали. Необходимым условием для этого является соответствующее расположение комплементарных оснований. Кинетическая константа Кн определяется временем, за которое нуклеотиды подойдут друг к другу и образуют комплементарную пару. Вероятность этого события зависит в основном от энтропийного вклада в свободную энергию цепи.Энергия, необходимая для осуществления первых двух этапов, определяют высоту энергетического барьера процесса образования спирали.
3. Рост новой спирали. Наличие инициирующей пары - аналогично центру кристаллизации при образовании кристалла, приводит к спонтанному формированию комплементарных пар. Кинетическая константа Кп может достигать очень большой величины, порядка 106-10' (Forshke, 1974). Foct и замыкание спирали можно сравнить с быстрым застегиванием молнии, поскольку все основания соответствующим образом сориентированы для образования комплементарных пар.
Рис. 6.8. Изменение энергии Е и этапы образования спира.ти в структуре
Рис. 6.9. Различные условия инициации образования спирали II
а - для инициации требуется полное разрушение спирали I; б - свободное образование инициирующей пары A2D2; в
- для инициации требуется разрушить часть комплементарных пар; г - спираль A2B2C2D2 образоваться не может
На рис.6.9 проиллюстрированы несколько вариантов образования новой спирали А2В2С2Б2.При топологической несовместимости (рис. 6.9,а) требуется полный распад всей спирали A1B,C1D1. При этом энергетический барьер определяется энергией распада стирали и энергией инициации новой спирали. При взаимной ориентации спиралей, показанной на рис.
6.9,6, инициация происходит свободно, а затем при помощи скользящей петли образуется динамический комплекс спиралей.Энергия, необходимая для образования спирали, определяется энергией, требующейся для возникновения инициирующейся пары, например A2D2. В случае, представленном на рис.6.9,в, инициирующая пара не может образовываться свободно. Однако в отличие от варианта на рис.6.9,& здесь не требуется полного разрушения мешающей спирали, достаточно разрушить только две комплементарные пары с нуклеотидами А,А2. Это условие должно соответствен отразиться на расчете барьера перехода. Заметим, что если в существующем в структуре спиральном участке уже присутствует скользящая боковая петля,то ее перемещение может привести к тому, что число разрушаемых пар станет минимальным, й, наконец, на рис.6.9,г представлена ситуация, когда образование спирали невозможно. Здесь новая спираль как бы вложена в уже существующую. Даже если произойдет инициация, хотя это маловероятно, старая спираль вытеснит ее из структуры.
