принципы топологического кодирования

ПРИНЦИПЫ ТОПОЛОГИЧЕСКОГО

КОДИРОВАНИЯ БЕЛКОВ И ГЕНЕТИЧЕСКИЙ КОД

Персональная страница №1

Ключевые слова: генетический код, пространственная структура дуплетного и триплетного генетического кода, белки, аминокислоты как физические операторы, пентафрагменты белка, природа соответствия триплет-аминокислота, топологические основания генетического кода

Книга В.А.Карасева "Генетический код: новые горизонты"

Книга В.А.Карасева и В.В. Лучинина "Введение в конструирование бионических наносистем"

Книга В.А.Карасева «Принципы топологического кодирования цепных полимеров и структура белка»

Книга В.А.Карасева, В.В. Лучинина и А.И. Соколова «Био- и квантово- информационные технологии в наноэлектронике»

Сайты В.А.Карасева:

Пространственная структура канонического набора аминокислот

http://amino-acids-20.narod.ru

Молекулярная векторная машина белков

http://vector-machine.narod.ru

В помощь атеисту:

Новая теория, объясняющая сущность и происхождение жизни

http://ateistu.narod.ru

^NewВизуализатор надмолекулярных биоструктур

http://protein-3D.ru

Добро пожаловать!

Спасибо, что посетили мою страничку. Надеюсь, Вам будет здесь интересно.

Я приглашаю Вас в научное путешествие в мир Генетического кода. Предупреждаю заранее, что оно будет нелегким и потребует от Вас некоторых интеллектуальных усилий. Однако, как альпинисты, достигнув вершины, получают ни с чем не сравнимое удовольствие, увидев открывшиеся с нее дали, так и Вы, просмотрев страничку до конца, увидите мир красоты и своеобразной эстетики, который связан с Генетическим кодом.

Эта страничка является обновленной версией. Предыдущая версия была создана около десяти лет назад и несколько устарела. К идее пространственной структуры генетического кода, насколько нам известно, пришли почти одновременно и независимо три группы исследователей - Х.Х. Кламп из ЮАР [ 1 ], М.А. Хименес – Монтаньо и его коллеги из Мексики [ 2, 3 ] и мы, В.А. Карасев и С.Г. Сорокин из России [ 4 ]. Чуть позже к этой идее подошел также российский исследователь С.В. Петухов [ 5 ],. Каждый из них предложил свой вариант этой структуры и каждый пришел к этой идее своим путем. Желающие могут ознакомится с этими вопросами в работах [6-8].

За прошедшие со времени появления этих работ годы многие вопросы существенно продвинулись в разработке. Появилась специальная литература, посвященная пространственной структуре генетического кода, в которой представлены различные ее варианты, что явилось предметом аналитического обзора [9]

Наша страничка излагает ту версию структуры генетического кода и интерпретацию его природы, к которой подошли мы. Имеется сайт М.А. Хименеса – Монтаньо (http://www.uv.mx/ajimenez/Manual/HGCodeContent.htm), на котором дано «живое» представление его версии пространственной структуры генетического кода с помощью специальной программы. Имеются, вероятно, и другие сайты, посвященные этому вопросу. Мы не склонны здесь обсуждать, чей путь является более перспективным и правильным. Время покажет и все расставит на свои места.

Большая современная литература, посвященная генетическому коду [9], свидетельствует о том, что не все проблемы генетического кода до конца не решены. Вы познакомитесь с тем, что уже стало известно.

Итак, в путь.

Адрес для связи: genetic-code@narod.ru

1. Современная таблица генетического кода

Современная таблица генетического кода устанавливает соответствия триплетов определенным аминокислотам, но не отражает его реальной структуры.

2. Пространственная структура генетического кода

2.1. Ромбический вариант генетического словаря

2.2. Дуплетный генетический код

2.3. Триплетный генетический код

Результаты:

1. На основе принципа комплементарности построена двумерная структура дуплетного кода, обладающая симметрией.

2. С использованием принципа единичных переходов между основаниями в дуплетном и триплетном генетическом коде построены пространственные структуры дуплетного и триплетного генетического кода, изоморфные, соответственно, булевым гиперкубам В⁴ и В⁶.

3. Топологические основания генетического кода

3.1. Определение исходных понятий		3.2. Суперматрица и ее пространственное представление	3.3. Трансформация суперматрицы в триплетный топологический код
Пентафрагмент аминокислот белка	4х-звенный цепной граф
Матрица описания связей

Результаты:

1. Введено понятие элементарного фрагмента белка, состоящего из четырех звеньев (фрагмента из пяти аминокислот – пентафрагмента) и его аналога 4х-звенного цепного графа, описываемых треугольными матрицами из 6 переменных, принимающих значения 0 и 1.

2. На основе 64 треугольных матриц построена Суперматрица, состоящая из 4-х блоков, описывающая все конформации 4х-звенного цепного графа и пентафрагментов белка.

3. Путем присвоения трем парам переменных первых букв названий азотистых оснований (00 <---> C, 01 <---> U, 10 <---> G, 11 <---> A) треугольные матрицы преобразованы в триплеты, а сама Суперматрица трансформирована в триплетный генетический код.

Тем самым показано, что в основании генетического кода лежит закодированное с помощью триплетов описание конформаций белка и его аналога – 4х-звенного цепного графа.

Пространственной структурой для Суперматрицы является гиперкуб B⁶. Отсюда ответ на вопрос, почему пространственная структура триплетного генетического кода, полученная иным способом, оказалась изоморфной булеву гиперкубу В⁶.

4. Аминокислоты как физические операторы. Проблема соответствия триплет - аминокислота

4.1. Понятие «физический оператор»			4.2. Аминокислоты как физические операторы

связности		анти-связности	Неполярные аминокислоты - операторы анти-связности	Полярные аминокислоты – операторы связности
Физические операторы
4.3. Соответствие боковых цепей аминокислот блокам триплетов генетического кода			4.4. Воссоздание симметричных конформаций белка
Операторы анти-связности	--->
Операторы связности	--->

Результаты:

1. Введены понятия физических операторов связности и антисвязности – боковых цепей, воссоздающих, соответственно, циклические и ациклические конформации белка.

2. Показано, что боковые цепи неполярных аминокислот можно рассматривать как операторы анти-связности, а полярных аминокислот – как операторы связности.

3. Блокам триплетов, кодирующих ациклические конформации белка (C, U), соответствуют неполярные и слабо полярные аминокислоты (операторы анти-связности), а блокам триплетов, кодирующим циклические конформации (G, A) – полярные аминокислоты, способные к образованию водородных связей.

Тем самым найдено принципиальное объяснение, почему триплеты и аминокислоты имеют именно такое соответствие, а не иное:

аминокислоты соответствуют тем триплетам, которые кодируют конформации белка, воссоздаваемые этими аминокислотами в качестве физических операторов.

4. Показано, что воссоздание симметричных конформаций белка, требует разных физических операторов.

В процессе анализа было выявлено, что различные боковые цепи (например, одинаковые по свойствам, но различные по длине аминокислоты) могут иметь разные направления тянущего усилия (иными словами, различные вектора действия). Это послужило отправной точкой к специальному анализу действия физических операторов в области связи основной цепи N_iH...O_i-4=C и привело в развитию модели молекулярной векторной машины белков. На основе этих представлений разработан высокоэффективный способ прогнозирования вторичной структуры белков, ставший основой патента. Подробнее с этими вопросами можно ознакомиться на нашем сайте «Молекулярная векторная машина белков»: http://vector-machine.narod.ru/.

Желаем Вам дальнейших успешных научных путешествий!

Адрес для связи: genetic-code@narod.ru

^RРабота выполнялась в Центре микротехнологий и диагностики (ЦМИД) Санкт-Петербургского государственного электротехнического университета "ЛЭТИ", при финансовой поддержке университета

Благодарность:

Выражаю искреннюю благодарность Беляеву А.И. за помощь в редактировании английской версии этой странички.