Химические приложения топологии и теории графов - Кинг Р.
Скачать (прямая ссылка):
множества завершенных структур оказываются слишком различными. Это
говорит о том, как мало познан сам процесс скручивания. Нам действительно
хотелось бы знать, каким образом скручивание приводит к однозначной
структуре. Ввиду этого процедура Монте-Карло была модифицирована так, что
стебель, добавляемый на каждой стадии в необратимой части скручивания,
соответствует наиболее вероятному стеблю. Достоинством этой модификации
является получение завершенных структур, которые уже стабильны в том
смысле, как определено выше, но, к сожалёнию, эти структуры большей
частью со-
528
X. Мартинец
вершеино отличны от экспериментальных данных. Несмотря на стабильность,
они обычно далеко не самые стабильные. Поэтому прибегли к некоторым
энергетическим критериям в качестве факторов, регулирующих скручивание.
Регулирующим фактором явился просто выбор для образования в качестве
следующего стебля - стебля с наименьшей свободной энергией образования.
Поразительно, но такая стратегия давала в двух изученных случаях
завершенные структуры, соответствующие по энергии структурам, найденным с
помощью методов минимизации энергии, и удовлетворяющие также
экспериментально установленным критериям.
Причину, вызывающую удивление, можно объяснить так: не очевидно, что
реакция, способная к протеканию по следующим альтернативным сложным путям
(каждый из них приводит в итоге к завершенной структуре), должна
характеризоваться тем свойством, что наиболее стабильная завершенная
структура достигается на таком пути, избранном реакцией, который на
каждой стадии имеет наименьшую свободную энергию среди всех возможных
путей для данной стадии.
Пока отсутствует более детальное обоснование этого свойства, связанного
со скручиванием РНК, заманчиво дать предварительное разумное объяснение
тому, что, поскольку процесс скручивания любой отдельной РНК
осуществляется через различные стадии, каждая стадия действительно
представляег собой наиболее стабильный тип приращения, согласующийся с
сохранением уже образовавшейся структуры. Поэтому следует ожидать, что
процесс скручивания будет отражать основные аспекты того, как
эволюционировала РНК.
Рассмотренные нами структуры отдельных РНК - предшественник РНК-
тирозинтрансферазы [5] и прерванная последовательность рибосомальной РНК
[6] - были изучены экспериментально при условиях ренатурации. Иными
словами, их скручивание произошло при условиях без ограничений в
противоположность тому, что можно было ожидать в ходе транскрипции, в
которой зарождающийся конец молекулы ограничен, следуя за транскриптазой.
Полагают, что кинетика скручивания является достаточно быстрой для того,
чтобы следовать за транскрипцией, и поэтому может оказаться, что
ограничение, налагаемое на один конец и не позволяющее двигаться
свободно, - решающий посредствующий фактор. Экспериментальные данные,
подтверждающие такую точку зрения, отсутствуют, но также не ясно, какой
должна быть эта посредствующая роль при условии, что вторичная структура
высокоспецифична по последовательности аминокислот.
Динамика образования вторичной структуры РНК
529
4. ВЫВОДЫ
Была предпринята попытка представить проблему вторичной структуры РНК в
рамках теории графов, при этом мы хотели радо" браться в том, как ее
решает сама природа. Что касается теории графов, то, я полагаю, вполне
очевидно наличие ряда сложных проблем, связанных с алгоритмами и
перечислением. Нам хотелось бы знать, как быстро найти завершенные
структуры и как охарактеризовать их. Представленное здесь приближение
"ориентированного стебля" является попыткой понять, как молекула РНК
может осуществлять нахождение своей полностью укрученной формы. Имеющиеся
до настоящего времени довольно Скудные экспериментальные данные позволяют
предположить весьма консервативный реакционный путь, в котором каждая
стадия удовлетворяет критерию оптимальности.
Указанные моделирования проводились на ЭВМ VAX 11/750, для
программирования использовался язык С. Информацию о программе можно
получить от автора.
Эта работа была частично финансирована Национальным научным фондом США.
Литература
1. Nussmov R., Jacobson A., PNAS, 1980, v. 77, p. 6309.
2. Martinez H., Nucleic Acide Research, 1983.
3 Martinez H., Sobel E., Near Optimal Secondary Structures for RNA Based
on Energy Minimization Methods (рукопись готовится).
4. Bloomfield V.A., Crothers D.M., Tinoco I, Jr., Physical Chemistry of
Nucleic Acids, Harper and Row, 1974.
5. Guthrie С., частное сообщение.
6 Chech T., Tanner N.K., Tinoco I., Jr., Weir B.'R., Zuker M., Perlman
P.S., PNAS (в печати).
ПРОГРАММА НА ЯЗЫКЕ ЛИСП ДЛЯ ФУНКЦИОНАЛЬНО-ФРАГМЕНТНОГО ПРЕДСТАВЛЕНИЯ
МОЛЕКУЛ И ИХ ГЕОМЕТРИИ
К. Триндл, Р. Гиван (С. Trindle, R. Givan)
Chemistry Department, University of Virginia, Charlottesville,
Virginia 22901, USA
Представление химических графов и операции с ними затруднены в
большинстве известных языков программирования. Язык лисп - эсперанто
исследований в области искусственного интеллекта - делает возможным
