Структура и функционирование белков. Применение методов биоинформатики - Джон Ригден 2014

Распознавание фолда
Введение
Пределы пространства типов укладки

Напомним некоторые ключевые сведения о природе белков. В базе данных белковых структур размещено около 50000 экспериментально определенных белковых структур (Berman et al. 2000). В базе данных SCOP (Structural Classification of Proteins) (Murzin et al. 1995) эти структуры объединены лишь в 1100 групп с уникальным типом укладки (уникальной топологией) и около 1800 надсемейств (эволюционно связанных белковых семейств). Количество белков, структура которых известна из экспериментов, увеличивается с каждым днем, тогда как количество новых типов укладки растет крайне медленно. Более того, скорость обнаружения новых фолдов, похоже, начинает снижаться (рис. 2.2). Эти результаты привели к широкому признанию мнения, согласно которому число способов укладки, встречающихся в природе, конечно и невелико (Marsden et al. 2006). В структурных базах данных есть сотни, если не тысячи примеров, которые свидетельствуют, что структуры с высокой степенью сходства могут иметь совершенно разные последовательности. Таким образом, хотя справедливо, что последовательности с высокой степенью сходства имеют весьма похожие структуры, справедливо также и то, что похожими структурами могут обладать существенно отличающиеся друг от друга последовательности.

Таким образом, получается, что для любой последовательности, выбранной из Structure/58.html">Базы данных секвенированных геномов, высока вероятность существования структуры, которая уже встречалась исследователям ранее. Главный вопрос состоит в том, как из 50000 структур выбрать правильный шаблон и каким образом осуществить выравнивание интересующей последовательности по этой структуре. Распознавание фолда связано с поиском оценочных функций, которые могут надежно определить совместимость последовательности с известной структурой и осуществить точное выравнивание в тех случаях, когда простое сходство последовательностей установить не удается.

Class="center">

Рис. 2.2. На диаграмме показано количество экспериментально определенных белковых структур, а также количество различных способов укладки (по определению SCOP), включенных в базу данных SCOP (Murzin et al. 1995), в разные годы. Как видно из графика, количество структур, добавленных в SCOP, быстро увеличивается, тогда как количество новых способов укладки остается в почти неизменным, начиная с 2004 года

Несмотря на размер пространства последовательностей, т.е., количество всех возможных белковых последовательностей, пространство белковых структур, вероятно, существенно меньше. Вопрос о том, связано ли это с термодинамикой, кинетикой сворачивания или с эволюционным отбором, является сложным и лежит за пределами тематики настоящей главы. Тем не менее, этот весьма неожиданный факт оказался чрезвычайно полезным при разработке методов предсказания структуры белков.