Использование ЭВМ в молекулярной биологии. Введение в теорию генетических текстов - Соловьев В.В.
Скачать (прямая ссылка):
На уровне гена, кодирующего эту мРНК, в дополнение к указанной закодирована также информация о локальной конформации ДНК
7
в воде взаимного расположения пуриновых и пиримидиновых пар /7/, а также информация о локализации нуклеосом в виде участков специфического связывания с гистонами /8/.
1.4. Взаимная совместимость генетических сообщений
Итак, в цределах реального ГТ записано, как цравило, множество ГС, определяющих различные аспекты структурно-функциональной организации соответствующих макромолекул. Каждое ГС записывается в виде упорядоченного расположения элементов алфавита в ГТ. Очевидно, что расположение элементов, задаваемое одним ГС, можетТфотиворечить их расположению, задаваемому другим ГС. Одновременная запись множества ГС в пределах одного текста возможна лишь в том случае, если указанные ГС оовмести- \ мы, т.е. взаимно не искажают друг друга. Совместимо сть существенным образом зависит от такого ключевого свойства ГС, как их синонимичность. Действительно, синонимичность позволяет из множества“эквивалентных по функциональной значимости вариантов выбирать взаимно совместимые.
1.5. Упорядоченность структуры генетических текстов
Часто кодирование ГС приводит к упорядоченному расположению определенных элементов алфавита в ГТ. Одной из характеристик, отражающих степень упорядоченности, является наличие повторов. Наглядный пример повторов, связанных с информационным содержанием ГТ, - группировка нуклеотвдов в триплеты, соответствующие кодонам. При этом взаимное расположение кодонов и их частотные характеристики определяются аминокислотной последовательностью белка и некоторыми особенностями системы трансляции /6/. Несовершенными повторами являются также различные функциональные сайты, выполняющие идентичные функции (например, промоторы).
В общем случае повтором будем называть два фрагмента ГТ одинаковой дайны, для которых выполняется некоторое-отношение соответствия. Это отношение может означать идентичность элементов (в случае прямых и тандемных повторов); симметрию их расположения (в случае палиндромов и симметричных повторов); комплемен-
тарность (в случае инвертированных повторов и комплементарных палиндромов) (рис. 2).
-----*-> ТАСТ66СА ... АТ6АСС6Т ... -----*-> ПРЯМОЙ ПОВТОР N * 8 j К = 1
---я---> ТЙСТ66СЙ ... ATGACC6T ... <---ж--- ИНВЕРТИРОВАННЫЙ ПОВТОР N = 8 , К = 1
-----*-> TACTGGCA ... АТ6АСС6Т ... <-*----- СИММЕТРИЧЕСКИЙ ПОВТОР N = 8 , К = 1
—*><*— ТАСТТААТ АТ6ААТТА ПАЛИНДРОМ N = 4 1 К = 1
-*-> ТАСТАТТА АТ6АТААТ <*— КОМПЛЕМЕНТАРНЫЙ ПАЛИНДРОМ N = 4 / К = 1
Рис. 2. Различные типы повторов в последовательностях ДНК
Имеется два пути эволюционного возникновения повторов:
I) душшкаетвный; 2) конвергентный (вследствие сходных структурно-функциональных ограничений на порядок и состав элементов в определенных участках текста).
Для оценки внутренней упорядоченности реальных ГТ ключевое значение имеет их сравнение со случайными ГТ /9/. Для задания случайного ГТ необходимо оцределить порождающую его статистическую процедуру или вероятностную модель. Простейший вариант случайного ГТ задается алфавитом f cl, \ и вероятностями
71
Рр р2,..., р„, ( I Р; = I) наблюдения каждого из эле-
Z/ — 1
ментов этого алфавита в произвольной позиции текста. Более сложные варианты случайных ГТ могут порождаться, например, марковскими случайными процессами первого, второго и т.д. порядков.
Сравнивая количества повторов в реальном и случайном ГТ, по величине различия между ними можно судить о внутренней упорядоченности реального ГТ.
9
1.6. Разметка генетических текстов
Важная задача, требующая теоретического обоснования и разработки соответствующих методов и алгоритмов - разметка генетических текстов, т.е. поиск содержащихся в них генетических сообщений. Ее актуальность обусловлена постоянно увеличивающимися тешами накопления секвенированннх последовательностей, вопрос об информационной значимости большинства из которых остается открытым. В настоящее время имеется ряд подходов для идентификации такого типа ГС, как открытые рамки трансляции, функциональные сайты и вторичная структура РНК. Эта область теории ГТ в настоящее время активно развивается.
Глава 2. СТРУКТУРНО-ФУНКЦИОНАЛЬНАЯ ОРГАНИЗАЦИЯ
ГЕНЕТИЧЕСКИХ ТЕКСТОВ
Ниже дано описание структуры и функций нуклеотидных последовательностей, кодирующих разнообразные генетические сообщения, которые обеспечивают высококоординированное протекание основных молекулярно-генетических процессов в клетках живых организмов. № ограничились рассмотрением функциональный сайтов на примере геномов прокариот в связи с их наиболее детальной изученностью.
2.1. Сайты, контролирующие репликацию
Репликация инициируется в определенных сайтах геномов, называемых OS1 -сайтами. Например, репликация хромосомы Е. coli начинается в уникальном сайте, локализованном в A - LLV участке ДНК ( — 84 мин генетической карты) и протекает в обе стороны. Инициация репликации включает ряд стадий, на которых ORI взаимодействует с ДНК-связывающими инициа-торнныи белками, РНК-полимеразой и праймазой, узнающих специфические последовательности /10 -13/.
