Геометрический анализ данных интернет-базы Protein Data Bank, описывающих пространственную структуру белков

В докладе будет рассказано о проведенном авторами, совместно с А.С.Мищенко и А.О.Ивановым, статистико-геометрическом анализе данных интернет-базы Protein Data Bank, описывающих пространственную структуру белков. Напомним, что каждая молекула белка представляет собой цепочку из 20 типов аминокислот (слово в 20-буквенном алфавите). Одним из наиболее важных свойств белков является их способность ускорять или замедлять химические реакции. Это свойство реализуется обычно не всем белком, а лишь некоторой его частью, составленной из близлежащих атомов, которые, вообще говоря, могут находиться в аминокислотах, расположенных далеко друг от друга, если расстояние считать вдоль цепочки. Тем самым, свойства белка существенно зависят от того, как располагаются в пространстве составляющие его аминокислоты. Это расположение называется в биологии конформацией. Сбои в процессе производства белка могут приводить к изменению конформации, разрушающему те или иные свойства этого белка, что иногда вызывает серьезные заболевания. Тем самым, задача изучения конформации белков имеет большую практическую значимость. В идеале хотелось бы научиться определять возможные конформации белка по последовательности составляющих его аминокислот. Биохимические эксперименты в этом направлении как правило достаточно долгие и дорогие. “Прямое” математическое моделирование также еще очень далеко от идеала.
Одним из возможных подходов является статистическое изучение имеющегося экспериментального материала с целью обнаружения и дальнейшего обоснования различных ограничений на возможные конформации. Сейчас в мире центральным хранилищем полученных экспериментально пространственных структур белков является интернет-база Protein Data Bank. Для начала, мы решили изучить самые тривиальные закономерности. К нашему удивлению, оказалось, что даже отклонения от средних расстояний между ковалентно связанными атомами в некоторых аминокислотах могут превышать все разумные предположения (ковалентная связь может отличаться от среднего в 7 раз). Кроме того, мы обнаружили, что некоторые биохимические законы, которые описаны в стандартных учебниках (скажем, тот факт, что пептидная группа является плоской), также не всегда имеют место. В докладе мы наглядно продемонстрируем обнаруженные нами различные “патологии”, а также обсудим причины их возникновения.