Использование ЭВМ в молекулярной биологии. Введение в теорию генетических текстов - Соловьев В.В.
Скачать (прямая ссылка):
С другой стороны, несколько смежных спаренных оснований образуют двойную спираль, которая вносит вклад в понижение суммарной энергии структуры.
3.4.3. Модели смоорганизапии вторичной структуры. Рассмотренные выше методы основаны на предположении о соответствии вторичной структуры глобальному минимуму свободной энергии.
Это, по-видимому, имеет место для коротких молекул РНК, содержащих десятки нуклеотидов и не находящихся в постоянном комплексе с белками, например для молекул тРНК. Но для длинных
68
< TliJ-VB(B)+We)*Bo+a’8'1’a-V1*6
/ \
(i+1, а-и)
/ \
/в>+2,е
ЫТ-1.2
77 -2,i
*1+1, j+Г вз
>
Рис. 36. Пример работы алгоритма нахождения оптимальной вторичной структуры участка ( ь + 7, j + 1 ) исходя из участка ( i ,j ) (на основе расчета двух энергий V и W )
природных молекул РНК, содержащих тысячи нуклеотидов, нативная структура вряд ли может соответствовать глобальному минимуму свободной энергии, получаемому путем перебора огромного количества всех альтернативных конформаций. Скорее всего, нативная структура возникает в направленном процессе, при котором молекула проходит ряд конформационных состояний с последовательно снижающейся свободной энергией /160 , 161 / .
Наиболее эффективный алгоритм расчета ВС (с быстродействием л,2 ) был реализован Мартинизом /162/. В нем использовалось следующее правило самоорганизации. На каждом этапе самоорганизации из всего мнодества спиралей, которые не входят в текущую ВС, выбирается спираль с наибольшей константой равновесия, зависящей от энергии спирали. Эта спираль включается' в ВС, если не противоречит всем спиралям, входящим в эту структуру. На следующем этапе алгоритма производится локальная оп-
типизация полученной ВС путем поочередного разрушения входящих в нее спиралей и включения новых. Проверка показала хорошее соответствие ВС, рассчитанных этим методом, данным по нук-леазному расщеплению молекул ряда РНК /162/.
3.2.4. Контекстные методы поиска ВС РНК. В последнее время был предложен новый подход к расчету вторичной структуры, использующий методы контекстного анализа /130- 132; 163 -165/. Его основой является поиск в полинуклеотидных последовательностях групп неслучайных повторов (ИП) и комплементарных палиндромов (КП). На основе найденных ИП и КП строится граф взаимной совместимости образуемых этими повтораш спиралей, как это делается в методе /151/ для совершенных спиралей. Затем, используя процедуру нахождения клик, в полученном графе находятся те клики, которые соответствуют вторичным структурам с минимальной свободной энергией.
Использование методов контекстного анализа для выявления функциональных форм ВС основано на предположении, что такая структура должна каждый раз закономерно формироваться ж воспроизводиться для любой вновь синтезируемой молекулы РНК. Это будет обеспечено только в том случае, если ВС формируется двойными спиралями, состоящими из таких участков, для которых вероятность комплементарного спаривания с другими участками молекулы по случайным причинам мала. Наличие относительно небольшого числа таких неслучайных спиралей может обеспечивать восцроизведение одного и того же варианта вторичной структуры /165/.
Для молекул РНК большой длины (или образующих стабильные комплексы с белками) расчет ВС может осуществляться е использованием контекстных методов. Исключительно полезным для выявления функциональных форм ВС является сравнение наборов гомологичных последовательностей и поиск эволюцнонно инвариантных ВС /106/.
70
Глава 4. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ ФУНКЦИОНАЛЬНЫХ САЙТОВ
4.1. Способы представления функциональных сайтов (ФС)
ФС, имеющие консервативную структуру, могут быть цредставлены в виде групп выравненных последовательностей (рис. 37,а). Выравнивание обычно производится относительно
Номер Последовательность Рис. 37. Разные способы пред-
сайта ставленая функциональных сайтов
(в качестве примера берется восемь последовательностей энхан-серных участков генов зукариот /Гбб/. а - цредставление в виде набора выравненных последовательностей; б - цредставление в виде консенсуса, ’’звездочками" отмечены консервативные позиции; в - представление в виде весовой матрица, в качестве элементов матрицы использу-gvtgtggwwh е?ся ч?сл0 нуклеотидов класса
* * * * * * В J -ПОЗИЦИИ .
1 G А Т G Т G G Т А А
2 G G Т G Т G G А А А
3 G А т G Т G G А С С
4 G G т G т G G А С С
& 5 С G т G т G G Т т Т
6 Т С т G т G G т А А
7 G С т G т G G т Т Т
В С А т G т 6 G с А А
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
А О 3 О О О О О 3 4 4
Т 1 О 8 О 8 О О 4 2 2
G 5 3 О 8 О 8 8 О О 0
С 2 2 О О О О О 1 2 2
консервативных позиций или по позициям, несущим сходную функциональную нагрузку (например, по инициирующему кодону црж исследовании сайтов связывания с рибосомой).
Набор выравненных последовательностей можно описать консенсусом, т.е. последовательностью! составленной из нуклеотидов, наиболее часто встречающихся в определенных позициях ФС /167/. Для однобуквенных обозначений определенных групп нуклеотидов, встречающихся ь позициях ФС, используется номенклатура /168/, 1федставленная в табл. 5.
