Л. Б. Меклер
Письмо профессору А. А. Мигдалу
14 марта 1998
1. Общий стереохимический генетический код - основа самоорганизации биологических систем
Глубокоуважаемый Александр Аркадьевич!
В поиске через интернет команды программистов, способных компьютеризовать найденное нами решение проблемы формирования трехмерных молекул белков (the protein folding problem) [1-12, 66] , - центральной проблемы современной структурной биологии [13], - мы обнаружили, что соответствующую лабораторию одной из ведущих компаний, занимающихся такого рода задачами, возглавляете Вы. Судя по Вашему послужному списку, лучшего партнера, - если, конечно, Вас заинтересует эта тема, - нам не найти.
Более того, судя по опубликованному Вами в интернете перечню Ваших самых важных научных публикаций, - конечная цель Вашей научной деятельности, как физика-теоретика - познание структуры Вселенной и законов, определяющих ее эволюцию, - это, по существу, та же цель, к достижению которой стремлюсь и я, но как физико-химик и биолог (см. перечень моих научных публикаций). В связи с этим, я хочу обратить Ваше внимание на, вероятно, неизвестную Вам лекцию Фримена Дж. Дайсона "Будущее воли и будущее судьбы" ("Природа" 1982, № 8, 60-70, перевод с английского) [14] и, в первую очередь, на следующие ее фрагменты, отражающие ее основную цель:
"Я предполагаю, что может наступить время, когда физика захочет поучиться у биологии, как биология учится у физики, время, когда физика воспримет все бесконечное разнообразие природы как одну из своих центральных тем так же, как биология приняла единство генетического аппарата как свой основной закон"… (стр. 64)
"… со времен Ньютона нам осталась в наследство космология, в которой нет места живым существам. Лишь немногие еретики, вроде Вихерта и Уилера, отваживаются высказать идею, что изучение Вселенной нельзя однозначно сводить только к физическим проблемам. Лишь несколько неисправимых романтиков, вроде меня, продолжают надеяться, что однажды выстроится цепочка, связывающая биологию и космологию…
Поиски внеземного разума - постоянная деятельность, в которую время от времени включаются многие уважаемые астрономы. Крик с самого начала относится к этому мероприятию серьезно"…
Но есть и другой способ возведения моста между биологией и космологией, открытый скорее для теоретиков, чем для наблюдателей. Он существует независимо от того, заселена Вселенная внеземными друзьями и коллегами или нет. Этот путь - создание общей теории, рассматривающей потенциальную возможность существования жизни во Вселенной. Крик работает и в этом направлении…" (стр. 66)
Ознакомившись со всеми опубликованными Ф. Криком после 1966 г. работами (судя по этим публикациям, последние 30 лет он пытается понять законы, управляющие функционированием мозга), я не нашел в них попыток решения задачи объединения биологии с космологией.
Между тем, я, вот уже 25 лет, пытаясь достичь той же цели, - объединить биологию и космологию, - исходя из открытого мной еще в 1969 г. общего стереохимического генетического кода [1-5] и разработанной на его основе совместно с Р. Г. Идлис теории самоорганизации, функционирования и эволюции биополимеров [9-12, 66, 67], - разработал концепцию, суть которой образно отражена в ее названии "Вселенная - единая взаимосвязанная система неживой и живой природы" [7, 8].
Основой этой общей концепции являются ранее разработанные и опубликованные мной теории:
Ниже я конспективно излагаю суть своего подхода к объединению биологии и космологии, в надежде, что Вас, быть может, заинтересует не только ее чисто прикладной аспект, упомянутый в начале этого письма, но и возможность принять активное участие в дальнейшей разработке этой концепции с тем, чтобы превратить ее в точную науку - теоретическую биологию, - очередной недостающий компонент тетрады - теоретического естествознания: физики, химии, биологии, социологии.
Анализируя принципы самоорганизации биологических структур на всех уровнях организации биологических систем, я пришел к выводу, что, подобно тому как в основе химии лежат Периодический закон и Периодическая система химических элементов Д. И. Менделеева, точнее, квантово-механическая теория строения атомов, - в основе биологии лежит биологическое "правило валентности" - выведенный мной общий стереохимический генетический код [2, 3, 5], детерминирующий правила специфического взаимного узнавания биологических элементарных строительных элементов: аминокислотных остатков (мономеров полипептидов и белков) и оснований нуклеотидов (мономеров полинуклеотидов, ДНК и РНК). Математик Р.Г.Идлис дала этому коду алгебраическое и графическое выражение [6] (cм. также онлайновую публикацию визуализации общего стереохимического генетического кода).
Этот общий код состоит из шести частных кодов, два из которых широко известны и являются основой молекулярной биологии.
Первый, открытый Чаргаффом [17], Уотсоном и Криком [18, 19], - мы его назвали "Н-Н-кодом", "Нуклеотид-антиНуклеотид"-кодом, - лежит в основе формирования линейными полидезоксирибонуклеотидами (ДНК) и полирибонуклеотидами (РНК) их трехмерных молекул. Этот код позволил понять молекулярные основы точного копирования генетической информации, имеющего место как при размножении клеток, так и при их работе, ибо генетическая информация, записанная в геноме клетки (в ДНК), подобно инсталляционной дискете, используется в основном для ее постоянного хранения и передачи потомству, а в работу идут многочисленные ее копии - информационные РНК (иРНК).
Второй код общего стереохимического генетического кода - собственно генетический код преобразования генетической информации в молекулы белков, или код трансляции, - открыт Гамовым [20], Ниренбергом, Холли, Кораной и Очоа [21, 22]. Согласно этому коду, рибосомы, - внутриклеточные микромашины, - синтезируют линейные аминокислотные последовательности белков согласно генетической информации, содержащейся в считываемых ими иРНК.
Согласно третьему коду, открытому мной [2] и позднее названному нами А-А-кодом [10], эти линейные аминокислотные последовательности непосредственно по ходу их биосинтеза превращаются в трехмерные полипептиды - биологические микромашины, находящиеся в особом возбужденном состоянии (детально об этом ниже).
Согласно четвертому коду, также открытому мной [10], и названному нами "П-К-кодом" [10], в честь Л. Полинга и Р.Кори, теоретически предсказавших существование в структуре белков альфа-спиралей и бета-складчатых листов [23, 24], эти возбужденные молекулы переходят в основное состояние, выявляемое при помощи рентгеноструктурного анализа (РСА) кристаллов белков и/или спектроскопии ядерного магнитного резонанса (ЯМР) их концентрированных растворов. Ибо структура молекул белков, находящихся в основном состоянии, как правило, на пятьдесят и более процентов состоит из альфа-спиралей и бета-складчатых листов.
Согласно пятому коду, также открытому мной [3], молекулы полипептидов, находящиеся в возбужденном состоянии, узнают кодирующие их гены, также находящиеся в возбужденном (крестообразном) состоянии, и, специфически связываясь с ними, образуют тем самым соответствующие специфические нуклеопротеиды, реализующие обратные связи, возникающие между данными живыми организмами и средой их обитания. Согласно шестому коду, также открытому мной, эти специфические нуклеопротеиды, находящиеся в возбужденном состянии, - биологические микромашины, - совершая соответствующую работу, переходят в основное состояние, выявляемое при помощи их РСА и/или ЯМР-анализа.
Исходя из этой теории и согласно разработанному на ее основе алгоритму [11], мне удалось построить модели сотен биополипептидов и белков, находящихся в их динамической возбужденной конформации, именно поэтому недоступной для РСА и даже для ЯМР-анализа, а затем - во многих случаях - и промоделировать их переход - согласно П-К-коду - в основную их конформацию. Оказалось, что ключевые компоненты этих молекул биополипептидов и белков, находящихся в этой возбужденной конформации, подвижны, и именно поэтому построение их соответствующих моделей позволяет выявить прямую связь между структурой молекул этих биополимеров и их способностью выполнять их специфические функции.
Действительно, мы обнаружили, что молекулы белков, находясь в А-А-конформации, в обязательном порядке содержат подвижные "руки", "хвосты" и петли, которыми они узнают, и благодаря которым их узнают все компоненты биологических систем, с которыми они взаимодействуют. Диапазон их движений задается вышеупомянутым А-А-кодом, и Природа программирует это свойство белков, используя своеобразный биологический принцип неопределенности.
Действительно, согласно данной теории, любая одиночная А-А-связь в результате атаки ее молекулами воды время от времени распадается, ибо ее энергия близка к 3/2 kT. В этом случае вместо нее может равновероятно образоваться альтернативная эквивалентная ей А-А-связь, если такая возможность закодирована в аминокислотной последовательности данного белка. Примером элементарных структур, способных реализовать такого рода динамику, служат короткие фрагменты белков - пептиды длиной 5-14 аминокислотных остатков, на одном конце каждого из которых имеется пара одинаковых аминокислотных остатков, а на другом - аминокислотный остаток, стереокомплементарный им согласно А-А-коду. В результате образования соответствующей А-А-связи эти сегменты обретают петлеобразную форму, напоминающую греческую заглавную букву омега, а распад этой связи и реализация альтернативной задает ее маятникообразные колебания, - "флуктуации", - почему мы и назвали такие структуры "флуктуирующими омега-петлями" [8, 10, 25].
Согласно данной теории, попеременное образование эквивалентных альтернативных А-А-связей детерминирует способность этих возбужденных молекул белков специфически узнавать свои мишени, в том числе и способность биополимеров к дальнейшей самоорганизации в макромолекулярные комплексы следующего уровня сложности. Но инициирует этот процесс не что иное, как тепловое движение молекул воды! Таким образом, закодировав в аминокислотных последовательностях белков эти флуктуирующие омега-петли, природа обращает хаос теплового движения молекул воды в самоорганизацию биологических структур, то есть реализует демон Максвелла - механизм, противостоящий второму закону термодинамики, казалось бы, неминуемо ведущему Вселенную к тепловой смерти.
Таким образом, А-А-код позволяет понять принцип самоорганизации молекул белков, в частности, и демонстрирует простой механизм возникновения порядка из хаоса, вообще, устанавливая тем самым первую фундаментальную взаимосвязь между биологией и космологией.
Следующий частный код общего стереохимического кода, П-К-код, позволяет понять сущность молекулярной биомеханики, сведя ее к обратимым конформационным фазовым переходам молекул белков из их возбужденной А-А-конформации в основную "нативную" П-К-конформацию и обратно [8, 10], - фазовым переходам, подобным фазовому переходу первого рода, имеющему место в системе "вода <===> лед". Более детально эта идея будет развита ниже.
2. Самоорганизация биологических систем - прямое следствие Периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева
Вторая идея, в дополнение к общему стереохимического генетическому коду, лежащая в основе разработанной мной концепции объединения биологии и космологии, связана с ролью Периодической системы химических элементов в самоорганизации живой материи и родилась в результате моего знакомства с замечательной книгой А. О. Войнара, "Роль микроэлементов в природе", изданной еще в 1953 г. (заглавие цитирую по памяти), основанной на анализе им, быть может, всей литературы на эту тему, опубликованной к тому времени.
Из содержания этой книги следует, что в живых организмах обнаружены практически все естественные химические элементы Периодической системы Д. И. Менделеева. Этот факт навел меня на мысль о том, не являются ли все естественные химические элементы обязательными компонентами любых живых клеток-организмов: бактерий, простейших, растений, животных и человека? Не является ли живая клетка-организм той самой элементарной биологической структурной единицей, которая объединяет в минимальном объеме все элементарные строительные элементы предыдущего уровня организации материи - химического? Подобно тому, как любой атом Периодической системы Д.И.Менделеева содержит в себе все кварки и лептоны.
Продолжая развивать эту идею, я обращал внимание на публиковавшиеся и в дальнейшем результаты анализов на содержание микроэлементов в живых организмах и их вирусах, и обнаружил, что эти микроэлементы не только содержатся и в их белках, и в их РНК, и в их ДНК, но и необходимы для реализации их биологической активности [78]! Более того, оказалось, что ДНК - самый активный из всех известных комплексонов. Ибо удалить из ДНК содержащиеся в них микроэлементы можно было, лишь сжигая эти ДНК [5]! И, что вовсе, на первый взгляд, казалось парадоксальным, это результаты экспериментов, поставленных в лаборатории замечательного советского натуралиста - академика Владимира Ивановича Вернадского, с целью получения ответа на интересовавший его вопрос о роли радиоактивных элементов - радия и тория - в развитии растений. Оказалось, что в почве, искусственно лишенной радия и тория, подопытные растения развивались нормально, даже цвели, но семена - высшее проявление функции растений - при отсутствии в почве этих самых тяжелых радиоактивных химических элементов - не появлялись вовсе (цитировано в [5]). Этот результат навел меня на мысль о существовании прямой взаимосвязи между содержанием в соответствующих фрагментах ДНК химических элементов все возрастающей атомной массы с кодированием этими фрагментами ДНК все более сложных функций соответствующих организмов, что, конечно, требует дальнейшего экспериментального подтверждения. (Быть может, именно это обстоятельство является причиной вырождения еврейского гения в Израиле за 2-3 поколения пребывания евреев - выходцев из Восточной Европы - на земле обетованной, растратившей за многотысячелетнюю историю обитания людей на этой земле запас содержавшихся в исходной почве стран Ближнего Востока микроэлементов, необходимых для проявления самой высшей функции человека - его творческой активности).
Итак, основные положения этой концепции происхождения жизни и ее эволюции состоят в следующем [4, 5, 7]:
Таким образом, в рамках данной концепции формулируется закономерный переход физической эволюции материи в химическую - в результате интеграции всех элементарных частиц в стабильные атомы, химической эволюции в биологическую - в результате интеграции всех химических элементов в единую стабильную (ибо самовоспроизводящуюся) живую клетку, биологической эволюции в социальную - в результате интеграции генетического материала в геноме человека разумного, способного воспринимать всю информацию физического мира, и, как следствие, осознающего свою роль во Вселенной, отраженную в формулировании Джоном Уилером антропного принципа соучастия Человека в эволюции Вселенной [26], и, наконец, социальной эволюции - в космическую - в результате предполагаемой интеграции всех народов планеты в единое человеческое общество, общество, построенное и функционирующее на том же принципе, на котором построены и функционируют все живые организмы: свободное развитие всех - необходимое условие свободного развития каждого, - общество не борьбы, а содружества индивидуальностей, подобное биогеоценозу, - общество, порождающее Человека-Творца, который сумеет создать технологию, позволяющую стабилизировать энтропию Вселенной, завершая процесс, начатый созданием природой флуктуирующих омега-петель - основы самоорганизации живых систем, - систем, преобразующих процессы маловероятные в процессы высоковероятные - Демона Максвелла [4, 5, 67].
Принципиальная возможность влияния Человека - пылинки Мироздания - на направление эволюции Вселенной связана с понятием свободы воли. Фримен Дайсон в уже цитировавшейся выше его лекции "Будущее воли и будущее судьбы" [14] вспоминает, как он впервые познакомился с теорией свободы воли в ее экстремальной формулировке, принадлежащей Джону фон-Нейману:
"Фон-Нейман тогда только что закончил проект создания первых высокоскоростных электронных компьютеров и планировал продемонстрировать мощь этих машин при прогнозировании погоды..."Предсказание погоды будет только началом", говорил он. "Когда мы до конца поймем динамику атмосферы, мы сможем разделить все атмосферные явления на два класса: феномены устойчивые и неустойчивые. Если феномен устойчив, можно его вычислить и предсказать, зная начальные условия. Если феномен неустойчив, его эволюция зависит от малых случайных возмущений, предсказать которые мы не можем. Но если мы понимаем динамику, мы можем сами создавать малые возмущения, чтобы заставить неустойчивые явления развиваться в нужном направлении. И в результате мы сможем управлять всем, чего не сможем предсказать, и предсказывать все, чем не сможем управлять!"
Звезда Давида - образное выражение процесса эволюции жизни. Один из ее треугольников (с вершиной вверху, а основанием - внизу) олицетворяет интеграцию геномов всех возникших на заре жизни клеток-реголитов [5], в конечном счете в геном человека [5, 15, 16]. Второй (обратный) - возрастание разрешающей способности усложняющихся по ходу эволюции организмов от минимума, характерного для первичных клеток, возникших из пылинок-реголитов, до максимума, присущего человеку.
Сопоставляя физические и химические свойства биополипептидов, - микромашин, находящихся в возбужденном и основном состоянии, соответственно, - я с удивлением обнаружил, что они работают только потому и тогда, когда соответственно изменяются их состав и форма, в отличие от машин, строящихся человеком, работающих лишь до тех пор, пока они сохраняют их состав и форму, и что по своим физическим свойствам биологические микромашины столь же аномальны, сколь и система вода-лед [10]. Действительно, объем этих молекул в возбужденном состоянии меньше, а теплоемкость, наоборот, больше, чем у тех же молекул, перешедших в основное состояние. Именно благодаря этой их аномалии, подобной аномалии системы вода-лед, в основе работы любых биологических микромашин лежит фазовый переход первого рода систем жидкость (вода) - твердое тело (лед). Именно поэтому кпд этих микромашин, в отличие от тепловых машин, строящихся человеком, и использующих фазовый переход пар - вода, - близок к 100%. Почему? Чтобы ответить на этот вопрос, достаточно вспомнить, что происходит со стальным баллоном, доверху наполненным водой и закрытым стальной пробкой после замерзания содержащейся в нем воды! Именно поэтому жизнь возможна только в воде. Это интуитивно чувствует даже НАСА, ища в Солнечной системе жизнь только там, где есть вода.
3. Притча о слоне
Но вернемся на нашу Землю. Мы почти двадцать лет развиваем эту теорию, работая самостоятельно в организованной нами дома (точнее, на очередной съемной квартире) Лаборатории теоретического естествознания, существующей на спорадическую поддержку из разных случайных источников. Наша главная проблема состоит в том, что результаты ручного моделирования нами самоорганизации трехмерных молекул белков с помощью бумажных лент и английских булавок трудно публиковать, представлять на конкурсы предсказания структур белков, использовать для коммерции, да и просто демонстрировать. Ибо для простого воспроизведения за нами процесса самосборки одной молекулы белка нужны многие часы. Кроме того, ручной перебор вариантов трудоемок, а человеку свойственно ошибаться. Вместе с тем, построив и проанализировав за последние три года сотни моделей трехмерных молекул самых различных белков, выделенных из организмов самого различного положения их на древе эволюции: бактерий, простейших, растений, животных, человека и их вирусов, - выполняющих самые различные биологические функции: репрессоров, токсинов, ферментов, ингибиторов, гормонов, рецепторов, компонентов мышц, системы дыхания, компонентов окислительно-восстановительных систем, белков транспорта, сладких белков и т. д., и т. п., - я глубоко убежден в том, что верна не только основа данной теории, но и все положения разработанного нами алгоритма фолдинга белков [11]. Дело лишь за тем, чтобы воплотить эту теорию в практику, а обязательным условием этого является компьютеризация построения нами согласно запатентованному алгоритму [11] моделей этих биополимеров.
Следя за научной литературой, мы видим, что совокупность современных подходов к самоорганизации биологических систем напоминает притчу о слепцах, которым привели слона, дали его ощупать и попросили дать его описание. Тот, кто ощупывал его хвост, уверял, что слон - это веревка. Тот - кто ощупывал ногу - что это колонна, а тот, кто ощупывал его бок - что это стена. Мы видим в потоке современной литературы экспериментально ощупанными все элементы, из которых выстроена эта теория, и даже догадки об идеях, которые должны были бы их воссоединить в единую цепь.
Так, например, А-А-код, - частный код общего стереохимического генетического кода [1, 2] был через 15 лет "переоткрыт" американцами [27, 28], и хотя мое первоавторство признано [29], а справедливость сделанного мною на его основе предсказания специфического взаимодействия пептидов, закодированных взаимно комплементарными нитями ДНК [30, 31], так называемых "sense-antisense пептидов" продемонстрирована во многих различных лабораториях [32-42], - тем не менее его физико-химическая основа этими авторами все еще совершенно не понята:
"Since the observation of selective recognition properties of antisense peptides, the validity, biological meaning, mechnistic implications, and biotechnological usefulness of their interactions have been examined and debated. Mekler (1) (здесь-ссылка [2] - ЛБМ) predicted that polypeptides encoded in the antisense strand of DNA, here defined as antisense peptides, would recognize sense peptides encoded by the corresponding sense DNA. An analogous prediction of antisense peptide recognition was made by Biro (2) (Biro J. Med. Hypotheses 1981, v. 7, 981-993). That the sense-antisense peptide interaction actually occurs was observed experimentally by Blalock and colleagues, initially with corticotropin (цитируется у меня [28] - ЛБМ). This experimental observation in turn stimulated attempts to examine the mechanistic nature of this interaction, starting with the study of Rnasa S peptide by Shai et al.[ ]. The experimental work that has followed for the past 5 years has shown that antisense polypeptide recognition is surprisingly selective and observable in many peptides [ ]. Nevertheless, skepticizm has persisted about the mechanistic and biological relevance of these interactions. This is perhaps natural, since the recognition phenomenon is unexpected on structural grounds, has no known biological role, and remains difficult to explain mechanistically …(Подчеркнуто мной - ЛБМ)" [29].
Судя по последним публикациям на эту тему в 1995 г., налицо все то же непонимание сути этого явления.
Далее, граф этого кода, опубликованный Р.Г.Идлис в 1980 г. [6], позволивший нам обнаружить стереохимический принцип, лежащий в основе архитектуры и специфичности А-А-связей между аминокислотными остатками белков, приведший к открытию П-К-кода и открытию принципов работы биологических микромашин, т. е., по сути дела, к созданию биомеханики, был переоткрыт американцами в 1990 г. [43], опять-таки без всяких попыток построить на его основе теорию фолдинга белков.
Омега-петли белков были впоследствии обнаружены и американцами [44], подтвердившими и предсказанную нами теоретически минимальную и максимальную длину этих омега-петель, и давшими им то же название [44, 45], снова, однако, без какого бы то ни было понимания, каким образом эти омега-петли формируются. Ибо те, кто развивает тему омега-петель, ничего не хотят знать о коде, согласно которому они формируются и функционируют.
Между тем, те ведущие исследователи, которые действительно занимаются фолдингом белков, начинают понимать, что они ищут стереохимический код, являющийся "второй половиной генетического кода" [46-48], но не ассоциируют этот искомый код с уже выявленным принципом специфического узнавания друг другом sense-antisense пептидов [27-42].
Предсказанные нами возбужденные "ненативные" конформации белков также обнаружены в экспериментах (см., например, [49-51], и более полную библиографию на нашем сайте), но, поскольку их структура не поддается расшифровке инструментально-аналитическими методами, их сущность все еще остается непонятной авторам этих экспериментальных работ.
И многое, многое другое.
Иными словами, мы, в нашей домашней лаборатории, держа в руках ключи к основам теоретической биологии, чувствуем себя единственно зрячими по отношению к этому слону, поскольку он все эти годы рос на наших глазах. Но для того, чтобы не только видеть, но действовать, нам всегда не хватало денег.
4. Четыре догмы общей биологии противоречат принципу Ле Шателье - одному из основных законов естествознания
Итак, мы видим, что масса блестящих, виртуозно филигранных экспериментов, основанных на использовании всего мощнейшего арсенала современного физико-химического анализа, стоимостью в сотни миллиардов долларов, остается не осмысленной и не объединенной в единую картину, вскрывающую тайны фолдинга, функционирования и эволюции белков, в частности, и биополимеров, вообще.
Почему?
Потому что в основе современной молекулярной биологии, в частности, и всей биологии вообще лежат следующие четыре догмы, сформулированные выдающимися учеными современности, открытия которых и составили фундамент современной биологии. Но именно догмы, а не законы природы, ибо их положения не являются следствиями законов физики и химии. Только тот факт, что эти догмы сформулировали Христиан Анфинсен, Фрэнсис Крик, Лайнус Полинг и Чарлз Дарвин (точнее, дарвинисты: Август Вейсман - автор теории зародышевой плазмы и Томас Морган - наиболее авторитетный ее апологет), научный авторитет которых заслуженно не подлежит сомнению, и ответствен за слепое следование этим следующим догмам, а именно.
Все биополимеры формируют свои трехмерные молекулы, стремясь к минимуму их свободной энергии и достигая его. Это центральное положение современной физико-химической биологии сформулировал Христиан Анфинсен, в попытке дать физическое объяснение обнаруженному им фундаментальному явлению - способности аминокислотной последовательности белка самопроизвольно сворачиваться в биологически активную "нативную" трехмерную молекулу этого белка - биологическую микромашину [52], что означает кодирование в ДНК не только линейных, но и трехмерных молекул белков.
Биологическая активность белков - свойство их твердых "нативных" молекул, ибо построены они в основном из альфа-спиралей и бета-структур - твердых субстанций. Эта догма - результат теоретического предсказания этих структур Лайнусом Полингом и Р. Кори [23, 24], и последовавшего действительного обнаружения такого рода регулярных структур в трехмерных молекулах белков, расшифрованных при помощи рентгеноструктурного анализа их кристаллов [53-56], а затем и экспериментов, показавших, что некоторые ферменты биологически активны даже в кристаллическом состоянии [57].
Поток биологической информации течет лишь в одном направлении: от генов (полинуклеотидов) к белкам. "Центральная догма. Утверждается, что однажды воспринятая молекулой белка информация не может ее покинуть. Более подробно: возможен перенос информации от нуклеиновой кислоты к нуклеиновой кислоте и от нуклеиновой кислоты к белку, но невозможен перенос информации от белка к белку и от белка к нуклеиновой кислоте" [58]. Эта "центральная догма" молекулярной биологии была сформулирована Френсисом Криком [58], исходя из построенной им совместно с Джеймсом Уотсоном модели "двойной спирали ДНК" [18, 19]. Действительно, эта модель показала, что в основе специфичности фундаментальных биологических взаимодействий лежит образование водородных связей между узнающими таким образом друг друга боковыми группами-основаниями полинуклеотидов. А поскольку боковые группы 7 из 20 биологических аминокислот неполярны и, следовательно, не могут служить донорами водородных связей, Крик пришел к выводу, что специфическое узнавание аминокислотными остатками как друг друга, так и кодирующих их кодонов или антикодонов, подобное узнаванию друг друга основаниями полинуклеотидов, невозможно, и, следовательно, невозможна и передача генетической информации в обратном направлении [58, 59].
Согласно дарвинизму и современной генетике - его теоретической основе, - новая биологическая информация возникает на молекулярном уровне в результате случайных мутаций ДНК, вне всякой связи с влиянием среды обитания организмов, и последующего естественного (или искусственного) отбора организмов, которым эти случайные мутации в их ДНК дали те или иные преимущества в их борьбе за существование [60].
Что же послужило причиной формулирования этими корифеями науки данных догм? Я думаю, причина заключена в том, что они выдвигали эти догмы, находясь в плену современного профессионализма.
Действительно, что собой представляла полипептидная цепь рибонуклеазы в глазах физико-химика Христиана Анфинсена? Обычный химический полимер, который ни по своему составу, ни по своим свойствам не должен был бы принципиально отличаться от иных, небиологических, органических полимеров. И действительно, самоорганизация таких небиологических полимеров всегда реализуется согласно второму закону термодинамики, - в результате стремления их к минимуму их свободной энергии и достижению ими этого минимума. И к этому выводу и сегодня придет любой грамотный физико-химик.
Но не биолог-цитолог. Биолог-цитолог, не раз наблюдавший живые клетки при их фазово-контрастной микроскопии и пораженный захватывающим зрелищем бурлящих поверхностей и самих клеток, и их ядер, и их субклеточных структур, усомнился бы в справедливости вывода, сделанного физико-химиком. Ибо для него было бы совершенно невероятным представить себе, каким образом могут твердые монолитные белки, согласно их РСА, способные лишь к внутримолекулярным движениям порядка 0,1 ангстрема, реализовать эту динамику на всех уровнях организации живых клеток: ядерного, субклеточного, целостных клеток [5, 15]. И он бы, исходя из уровня современного ему знания, воздержался бы от формулирования этой догмы, сказав попросту и честно: "Не знаю".
Теперь, однако, мы знаем: фолдинг биополипептидов реализуется не в одну стадию, характерную для небиологических полипептидов, а в две. По ходу первой стадии их самоорганизации биополипептиды, вследствии их особого состава и строения, принципиально отличающего их от небиологических полипептидов, накапливают энергию, даримую им Демоном Максвелла. А на второй, совершая работу, для которой их предназначила природа, ее расходуют, превращаясь в те самые трехмерные молекулы белков, строение которых нам известно благодаря РСА их кристаллов и ЯМР их концентрированных растворов. И никаким моделированием: ни исходя из строгих законов физики - определению атом-атомных потенциалов, ни исходя из эмпирических методов типа Чоу и Фасмана и др, - невозможно предсказать их нативные структуры, минуя моделирование первой стадии их фолдинга. Ибо даже в основном состоянии они никогда не достигают минимума их свободной энергии. Именно поэтому предельная точность предсказания трехмерых структур биополимеров, - вне зависимости от используемых методов, - не превышает 70% [61] и, как недавно показано, может достичь предела 80-85%, но и то лишь при 10-кратном возрастании числа расшифрованных трехмерных структур белков [82].
Я думаю, что тот же профессионализм - причина формулирования второй догмы Лайнусом Полингом. Конечно, верно, что основное отличие биологических систем от химических состоит в определяющей роли в их динамике слабых связей - водородных связей и ван-дер-ваальсовых контактов. А силы эти сами по себе неспецифичны. Именно поэтому Лайнус Полинг не обратил внимание на роль боковых групп аминокислотных остатков в образовании и стабилизации и альфа-спиралей, и бета структур, а по сути проигнорировал эту их роль.
Однако, если бы он был также и биологом, а не только гениальным физико-химиком, он бы спросил себя, каким образом синтезируются белки в клетке? Ибо энергия водородных связей CO…-HN, стабилизирующих альфа-спирали и бета-структуры, близка энергии водородных связей между молекулами воды H-O-H-…OH2. Следовательно, эти связи в водном растворе нестабильны, и возникновение регулярных систем водородных связей - альфа-спиралей и бета-структур - по ходу биосинтеза полипептидной цепи невозможно в принципе. Осознав этот парадокс, он задался бы вопросом, каким образом одни только водородные связи могут стабилизировать возникающие трехмерные молекулы полипептидов непосредственно по ходу их биосинтеза? Физики, занимающиеся фолдингом, например, О.Б.Птицын, Г.Шерага и др., прекрасно это сознают, и именно поэтому считают, что фолдинг белка начинается по завершении синтеза полипептидной цепи, и, стремясь решить проблему фолдинга белков, только этот процесс и моделируют. Но если бы они были к тому же и биохимиками-цитологами, они бы не могли игнорировать тот факт, что большинство белков имеют простетические группы, и для ряда белков показано, что их простетические группы присоединяются к содержащим их белкам лишь по ходу их биосинтеза, а по завершении этого процесса не присоединяются вовсе [62]. Признав это противоречие, они тоже должны были заявить: "Не знаем, как по ходу биосинтеза образуются альфа-спирали и бета-структуры".
Как же эту загадку решает природа?
Мы думаем, что природа воплотила в структуре и динамике белков не один, а два общих принципа, суть которых отражают термины "индивидуализм" и "коллективизм".
В А-А конформации белка воплощен принцип индивидуализма: каждая индивидуальная А-А-связь имеет все необходимое для ее возникновения: и индивидуальную водородную связь, задающую ее скелет, и индивидуальную гидрофобную рубашку, защищающую эту водородную связь от атаки молекул растворителя. Ибо, согласно данной теории, любая А-А-связь - это такая конфигурация атомов двух стереокомплементарных согласно А-А-коду аминокислотных остатков, при которой термодинамическая система, состоящая из этих двух остатков и водного окружения достигает минимума своей свободной энергии. Благодаря своей особой конструкции, которую мы обнаружили, моделируя А-А-связи с помощью конструктора моделей атомов, разработанного Полингом, Кори и Колтуном, - "тетраэдрическому алмазоподобному замку" для компонентов остова аминокислотных остатков-партнеров, - А-А-связи оказываются более устойчивыми в водной среде, чем иные, неспецифические контакты между аминокислотными остатками. Но не только более устойчивыми, но и, - что принципиально важно, - непроницаемыми для молекул воды. Именно поэтому А-А-связи могут образовываться непосредственно по ходу синтеза полипептидных цепей рибосомами, хотя результи-рующая трехмерная конформация биополипептидов окажется весьма далека от искомого минимума свободной энергии всей полипептидной цепи в целом. Более того, благодаря своим флуктуирующим омега-петлям, эта конформация по ходу своего формирования не сбрасывает свою свободную энергию, а конденсирует тепловую энергию молекул растворителя! Поэтому мы и называем ее возбужденной, ибо теплоемкость белка, находящегося в А-А-конформации, должна быть аномально высока.
Напротив, в П-К-конформации белка природа воплотила принцип коллективизма: кооперативные регулярные системы водородных связей: альфа-спирали и бета-складчатые слои, стабилизированы кооперативными защитными гидрофобными рубашками, сотканными из совокупности П-К-связей и/или гидрофобного окружения, защищающими их NH-…-OC-водородные связи от стремящихся их разрушить молекул воды.
Итак, согласно данной теории, любая аминокислотная последовательность, синтезируемая рибосомой, сворачивается непосредственно по ходу ее биосинтеза, реализуя стерически возможные и энергетически оптимальные А-А-связи очередными только что присоединенными рибосомой аминокислотными остатками с предшествующими аминокислотными остатками этой аминокислотной последовательности, точнее, формирующейся глобулы. И лишь тогда, когда котрансляционно формирующиеся согласно А-А-коду глобулы, - синтезирующиеся рибосомами аминокислотные последовательности белков, - достигают критических их массы и объема (по достижению их аминокислотными последовательностями длины 120-140 аминокислотных остатков), в результате локального уменьшения диэлектрической постоянной эпсилон от ~80 до 5, инициируется их А-А- ==> П-К- конформационный переход. Ибо лишь теперь потенциальные кооперативные структуры водородных связей обретают свои кооперативные защитные рубашки, способные изолировать их от атаки молекулами воды, и, тем самым, нативная структура молекул белков обретает стабильность в водной среде, сбрасывая запасенную в А-А-конформации энергию. При этом, судя по построенным нами моделям белков, объем их увеличивается, в то время как удельная теплоемкость, естественно, резко уменьшаться. Следовательно, конформационный переход молекул белка из возбужденной конформации в основную есть фазовый переход первого рода, подобный фазовому переходу в системе "вода <===> лед".
Эта схема, кстати, позволяет выявить сущность такого загадочного явления, как ферментативный катализ, и представить работу любого фермента в виде своеобразного пресса, штампующего молекулы своего субстрата, благодаря А-А <===> П-К конформационному переходу этого пресса.
Действительно, в простейшем случае, молекула фермента, находясь в А-А-конформации, флуктуирующими омега-петлями своего активного центра узнает свой субстрат и связывается с ним. При этом из камеры, содержащей активный центр фермента, вытесняется вода. В результате данного события диэлектрическая проницаемость этой области молекулы уменьшается с 80 до 4-5, тем самым индуцируя ее А-А --> П-К-конформационный переход, приводящий к изменению объема камеры: возрастанию ее объема у тех ферментов, которые расщепляют ковалентные связи их субстратов, и к уменьшению ее объема у тех ферментов, которые синтезируют новую молекулу из двух предшественников. Следовательно, энергия, запасенная молекулой белка в А-А-конформации, в результате физического усилия, развиваемого при сбрасывании этой энергии, используется на преодоление энергетического барьера данной ферментативной реакции, сводящейся к той или иной модификации субстрата. Модифицированный субстрат, более не узнаваемый данным ферментом, высвобождается, и молекулы воды вновь дестабилизируют П-К-конформацию данной молекулы и возвращают ее в исходное состояние - А-А-конформацию. Согласно этому же принципу работают и шапероны.
Таким образом, идея общего стереохимического генетического кода позволяет не только преодолеть парадоксы фолдинга белков, но и прояснить сущность биомеханики.
Тот же сценарий, по-видимому, справедлив и в отношении причин, побудивших Фрэнсиса Крика сформулировать догму об однонаправленном потоке генетической информации. Действительно, в своей книге "Двойная спираль" Джеймс Уотсон вспоминает, что в истории открытия структуры ДНК был момент, когда идея двойной спирали ДНК могла быть отвергнута по недоразумению, ибо физик Крик и биолог Уотсон понятия не имели об одном из явлений органической химии, называемом таутомерией. Воспользовавшись взятыми из учебника стандартными формулами оснований пиримидинов в их окси-форме, они никак не могли состыковать А-Т и Г-Ц таким образом, чтобы из них можно было составить структуру двойной спирали ДНК. Помог им заглянувший в их лабораторию химик (извините, не помню, кто именно, а книга Уотсона в данный момент мне недоступна), указавший им на существование кето-формы пиримидинов. Этого оказалось достаточно, чтобы все мгновенно встало на свои места, и Двойная Спираль ДНК заняла подобающее ей место в основах молекулярной биологии.
Бурный успех Двойной Спирали подчеркнул фундаментальную роль водородных связей в организации биологических структур, ибо оказалось, что двойная спираль ДНК стабилизируется за счет водородных связей, образуемыми боковыми группами комплементарных нуклеотидов, причем каждое из оснований-боковых групп содержало как группы - доноры водорода, так и группы - акцепторы водорода. Однако именно фетишизация принципа взаимного узнавания нуклеотидных остатков посредством образования водородных связей между их боковыми группами помешала увидеть иной возможный принцип образования специфических кодовых связей, - связей, включающих образование водородной связи типа "side chain - main chain", то есть, образующихся между донором водорода - боковой полярной группой одного из аминокислотных остатков-партнеров и его акцептором - карбонилом остова другого.
Мне удалось выявить этот принцип именно потому, что математик Р. Г. Идлис, исследуя симметрию генетического кода, выявившуюся при изображении А-А-кода в виде графа [6], обратила мое внимание на тот удивительный факт, что у всех 26 пар комплементарных согласно А-А-коду аминокислотных остатков имеется общая особенность, а именно, что партнеры неполярных аминокислотных остатков - всегда полярные аминокислотные остатки. И я тут же понял, что аминокислотные остатки, содержащие в своей боковой цепи протон, способны служить донорами водорода при образовании ими водородных связей типа "side chain - main chain", и что такого рода водородная связь должна быть обязательным компонентом любой А-А-связи, а акцептором этого водорода должен служить карбонил остова аминокислотного остатка-партнера. Вот и решение проблемы стереохимической возможности А-А-связей! А затем последовало и решение проблемы специфичности А-А-связей, то есть принципиального отличия стереохимии А-А-связей от стереохимии любых других пар контактирующих аминокислотных остатков, взаимодействующих согласно тому же принципу [11].
Между тем, именно изначальное отрицание возможности специфического узнавания полярного аминокислотного остатка неполярным завело в тупик "Теорию Молекулярного Узнавания" Э.Блелока [32, 33], "переоткрывшего" вместе со своими коллегами Е. Смитом и К.Бостом формулу А-А-кода в 1984 г. [27] и действительно впервые показавшего в прямом эксперименте, что комплементарные согласно А-А-коду полипептиды действительно избирательно связываются друг с другом [28], как это и было предсказано мной еще в 1975 г. [30].
Тот же сценарий верен и в отношении четвертой догмы, в основе которой лежит теория зародышевой плазмы, полностью изолированной от воздействия среды обитания содержащих ее организмов, разработанная Августом Вейсманом, и развивавшаяся наиболее авторитетным ее апологетом - генетиком Томасом Морганом. Необходимо, однако, отметить, что сам Дарвин не был "дарвинистом" в современном значении этого слова. Так например, он считал, что один лишь естественный отбор не в состоянии объяснить возникновение такого сложного органа, как глаз, а также объяснить причину "кембрийского взрыва", в результате которого на нашей планете за ничтожный в геологическом масштабе отрезок времени в несколько миллионов лет - тысячную долю периода ее эволюции, вдруг появилось все многообразие типов многоклеточных организмов, в то время как все предшествующие 4 миллиарда лет одноклеточные, появившиеся практически сразу вслед за возникновением планеты, почти не эволюционировали, а последующие 500 миллионов лет эволюция лишь совершенствовала уже созданные в этот период формы, не добавив к ним ничего принципиально нового [63]. Более того, как подметил А. А. Любищев, "В зачатке в учении Дарвина, как известно, есть и такие формы эволюции, как ламаркизм, физиогенез, кинетогенез, автогенез, номогенез и пр." [64]. Именно догма о зародышевой плазме ответственна за то обстоятельство, что вместо того, чтобы искать механизмы, с помощью которых могло быть реализовано наследование полезных, необходимых для выживания приобретенных признаков, - ключ теории биологической эволюции, разработанной Ламарком до Дарвина, - такая возможность отрицается вообще.
Однако нокаутирующий удар этой догме нанесло открытие так называемого "редактирования" информационной РНК (иРНК) (см., например, одну из недавних публикаций на эту тему [83]). Действительно, было обнаружено и подтверждено в различных лабораториях, что в ряде случаев иРНК, транскрибируемые с ДНК, "редактируются", т. е. в них вводятся "исправления", но - что принципиально важно, - только тогда и только такие, которые приводят записанную в них генетическую информацию в 100%-ное соответствие с той, которая записана в полипептидной цепи, синтезирующейся рибосомами при чтении каждой такой иРНК. Этот факт однозначно свидетельствует, что первичным источником биологической информации являются не ДНК, не считываемые с ДНК иРНК, а полипептиды! А по этим полипептидам были построены иРНК, а по иРНК - ДНК. Т. е., действительный процесс биологической эволюции шел в направлении, обратном постулированному этой догмой, а именно: полипептиды ---> иРНК ---> ДНК. Т. е. именно так, как было впервые показано мною в статье о биологической памяти [1], послужившей основой для открытия через два года ОСГК [2. 3].
Есть, однако, универсальный принцип природы, принцип Ле Шателье, первоначально сформулированный в рамках химии, но оказавшийся справедливым при описании любых процессов преобразования вещества и энергии, идущих во Вселенной. Согласно принципу Ле Шателье, эволюция любой системы, испытывающей воздействие внешней среды, идет таким образом, чтобы максимально уменьшить это воздействие.
Выражением действия этого принципа в химии является работа закона действия масс, в механике - работа третьего закона Ньютона, а в биологии - ламаркизм. Весь вопрос в том, каков механизм его реализации на биологическом уровне организации материи?
Я нашел такой механизм применительно к биологической памяти [1], названный позднее механизмом "обратной трансляции" [65]; из этой идеи впоследствии родился общий стереохимический генетический код [2, 3].
Позднее я нашел и ламарковский механизм биологической эволюции, суть которого состоит в умножении числа генов, отвечающих за синтез белков, в которых организм испытывает повышенную - неудовлетворенную - жизненно важную потребность [15, 16]. Это позволило мне предсказать существование в ДНК псевдогенов, то есть копий иРНК, и последовательных стадий присоединения к структурной части генов, то есть к псевдогенам, всех дополнительных компонентов, управляющих считыванием нормальных генов [15, 16], - механизма, впоследствие действительно обнаруженного [71-74]. Ибо, еще в 1968 году, разрабатывая теорию онкогенеза [68-70], я предсказал и наличие в геномах злокачественных клеток ДНК-копий информационных РНК, и механизм этого процесса, назвав его "временной гибридизацией ДНК-РНК с достройкой ДНК по иРНК-матрице".
"A Heresy in Evolutionary Biology" ("Ересь в эволюционной биологии") - так называется дискуссионная статья, опубликованная в рубрике "Research News" в Science в сентябре 1988 г. [84] и обсуждающая сенсационные результаты исследований, проведенных группой молекулярных генетиков - сотрудников Гарвардского университета (США). Сенсацией явилось обнаружение ими "направленных мутаций" у бактерий E. coli при культивировании ее штаммов, не способных утилизировать лактозу, в среде, ее содержащей. Оказалось, что эта бактерия каким-то образом индуцировала в своей ДНК не широкий спектр случайных мутаций, а в основном только такие мутации, которые приводили к их способности утилизировать лактозу.
"The Harvard researchers describe the results of a handful of experiments which, they suggest, demonstrate that "bacteria can chose which mutations they should produce". Anything more heretical can hardly be imaginated".
Обсуждая возможные причины этого явления, авторы пришли к выводу, что в его основе лежит индукция мутаций фактором среды обитания:
"Cairns and his colleague speculate on a mechanism by which mutation might be directed by external circumstances. Suppose, as a result of sloppy transcription, an organism makes a variable set of messenger RNAs from any of its genes; and suppose the organism is equipped to test the efficacy of the different protein variants produced; it then selects the best messenger for continued translation and at the same time, using reverse transcriptase, make a DNA copy, which is slotted into the genome. The result would be a mutant produced as a consequence of the environment to which the organism was exposed. If such a system were to exist "you would expect it to become widespread, because the organisms carrying it would be so successful," says Hall.
Нетрудно видеть, что речь идет именно о том механизме, который я предсказал еще в 1968 г. в статье "Общая теория онкогенеза" [68] и назвал "временной гибридизацией ДНК с РНК с достройкой" ДНК по этой РНК. Позднее я разарботал на этой основе механизм биологической эволюции [15, 16].
Шесть лет ученым Запада понадобилось для того, чтобы осознать общность этого явления и его действительную биологическую значимость. Я имею в виду недавно обнаруженную индукцию наследственного изменения чувствительности человека и животных к инсектицидам - явно ламаркистское явление - , практическое значение которого для фармакологии и медицины невозможно переоценить:
"DNA amplification is an extremely rare event in normal human cells and has been described almost exclusively with oncogenes and genes mediating drug resistance in tumor cells and certain mammalian cell lines…(См. [68-70] - ЛБМ) These investigators observed a 100-fold amplification of parts of the DNA of a nonfunctional or "silent" cholinesterase gene in a farmer and his son. The family of the farmer had been exposed for generations to the organophosphorous insecticide parathion, an irreversible inhibitor of cholinesterases…(Чисто ламарковский механизм! - ЛБМ)
A case in point may be that a 250-fold amplification of an esterase gene can be the cause of insecticide resistance in mosquitos. Understanding the mechanisms and consequences of amplification in normal cells remain a major challenge for the future". Urs A. Meyer Pharmacogenetics: The slow, the rapid, and the ultrarapid (Proc. Natl. Acad. USA 1994, v. 91, 1983-1984)".
Все это означает, что, согласно данной теории, индуцируется биологическая эволюция согласно Ламарку, а реализуется согласно Дарвину, то есть в результате естественного отбора целостных организмов, что, по сути дела, уже сегодня признается (см. дискуссию на эту тему в "Nature" [79]).
Применение принципа Ле Шателье к двухкомпонентной системе Жизнь и Вселенная, с ее основным законом - стремлением к хаосу (вторым законом термодинамики), приводит к выводу, что Жизнь есть воплощение противодействия материи второму закону термодинамики (см. также [75, 76]), причем чем выше достигнутый ею уровень организации, тем более значительным должен быть масштаб этого противодействия (формулировка Р. Г. Идлис). Именно в этом, в конечном счете, состоит космическая миссия человечества в целом, и поэтому без учета наличия во Вселенной Жизни общая космологическая картина мироздания не может быть полной [7, 8, 14, 67, 75, 76].
5. Доказуемость и доказательства верности данной теории
Возникает, однако, вопрос, не является ли вся эта концепция лженаукой, "псевдонаучной галиматьей", как в телефонной беседе отозвался о ней профессор Максим Франк-Каменецкий, председательствовавший на секции Международного симпозиума по самоорганизации биологических структур, где мы докладывали эту работу [8], но за час до этого разговора аплодировавший нам вместе со всем залом.
Согласно Френсису Бэкону, основоположнику современного естествознания, наука - совокупность знаний, обладающая предсказательной способностью. Эти ее предсказания должны быть доступны экспериментальной проверке, и достигнутые результаты должны быть воспроизводимы. И именно достижение этой стадии предсказательной способности и привело к преобразованию метафизической философии в физику, алхимии - в химию, а астрологии - в астрономию. Но биология в целом все еще не достигла этого статуса, как и дисциплины, предмет которых - следующие проявления уровня биологической организации материи: психология, педагогика, социология, и история.
Я, конечно, сознаю, что претендую на создание всеобъемлющей научной концепции, - теоретического естествознания, - как и тот факт, что далеко не все положения этой концепции разработаны достаточно детально. Некоторые - действительно разработаны достаточно глубоко, как, например, общая теория онкогенеза [68-70], общая теория биологической эволюции [15, 16] и, конечно, теория фолдинга белков согласно А-А-коду [11], другие разработаны в первом или во втором приближении, некоторые лишь намечены. Основное достоинство этой концепции я вижу в том, что она позволяет с единой позиции подойти к любому биологическому и социальному явлению и начать его разрабатывать вглубь, повышая степень разрешающей способности этого анализа, не теряя, однако, перспективы и связи данного явления с контекстом, в который оно было изначально вписано. Эта концепция возникла в результате анализа , - сверху вниз, - и обобщения, - снизу вверх, - широкого экспериментального материала, касающегося феноменов узнавания, реализующегося на всех уровнях организации биологических организмов, и она безусловно доступна экспериментальной проверке с помощью специально спланированных круциальных тестов.
Мы спланировали такого рода круциальные эксперименты применительно к основам теории фолдинга белков [80], и в данное время ведем переговоры о финансировании этих исследований.
Однако, главным критерием справедливости всей этой теории в целом является ее способность предсказывать строение трехмерных молекул белков, исходя из знания лишь их аминокислотных последовательностей, т. е., ab initio. Залогом "чистоты эксперимента" при такого рода предсказаниях служит отсутствие информации о трехмерной структуре белка к моменту предсказания, - общепринятый сегодня метод оценки степени предсказательной способности алгоритмов фолдинга белков (см. в интернет CASP1, CASP2 и CASP3).
Среди первых пяти белков, модели которых мы строили, разрабатывая алгоритм фолдинга белков согласно А-А-коду, строение четырех было уже определено методами рентгеноструктурного анализа: миоглобина кашалота, инсулина свиньи, рибонуклеазы крупного рогатого скота, лизоцима белка куриного яйца, а пятым был репрессор cro фага лямбда - самый маленький (длина полипептидной цепи - 66 аминокислотных остатков), строение которого к моменту направления нами в печать соответствующей статьи, содержащей результаты его моделирования [9], известно не было. Наша статья [9] вышла из печати 3.04.1981 г., а статья американских авторов, расшифровавших структуру кристалла этого белка [77], вышла в Nature 30.04.1981 г.
Тем самым мы, сами того не подозревая, поставили этот слепой тест и выдержали его! Несмотря на то, что то был первый, еще очень несовершенный набросок будущего алгоритма [11], впоследствии претерпевшего весьма существенные уточнения, построенная нами модель репрессора cro содержала все характерные особенности структуры этого белка, обнаруженные в результате его РСА. Оказалось, что обширная спирализованная область А-А-модели, занимающая примерно половину длины аминокислотной последовательности cro, точно соответствует области спирализации нативной молекулы cro, а область А-А-структуры, состоящая из трех вытянутых антипараллельных нитей, почти точно соответствовала бета-структуре нативной структуры, состоящей из тех же трех антипараллельных сегментов. Более того, С-концевой сегмент этой молекулы (Asn61-Ala66), невидимый при РСА, в А-А-модели представлял собой петлю, начинающуюся с Asn61 и заканчивающуюся дублетом Thr64-Thr65, - основой потенциальной флуктуирующей омега-петли! Петлеобразное строение этого сегмента молекулы дало нам основание для предсказания, что именно этот сегмент - один из используемых этой молекулой для узнавания ДНК, что и было подтверждено через несколько лет в прямом эксперименте. Как мы и предполагали, топология А-А-модели этого белка оказалась очень близкой к топологии его нативной молекулы, но, конечно, не идентичной, ибо характер межатомных контактов, стабилизирующих А-А-конформацию и нативную конформацию молекул одного и того же белка, совершенно различен. Тем не менее, вероятность случайности совпадения этого предсказания его А-А-модели с обнаруженной его РСА-структурой, по самому грубому подсчету, проведенному Р. Г. Идлис и подтвержденному профессором Д. С. Чернавским, зав. сектором. теоретической биофизики отдела теоретической физики ФИАНа им. П.Н.Лебедева, не превышает 0,00001. Впоследствии, построив атомные модели А-А-связей и уточнив алгоритм фолдинга белков, мы построили уточненную модель репрессора cro, выявили все его омега-петли и продемонстрировали всю динамику его специфического взаимодействия с ДНК согласно А-Н-коду общего стереохимического генетического кода [8, 10].
Второй тест-проверку нам устроила специальная комиссия Советского Отделения Всемирной лаборатории в Москве в 1992 г. в составе : В.А.Геловани, члена-корреспондента РАН, д.т.н., профессора, генерального директора Отделения Всемирной лаборатории в Российской Федерации, зав. Отделом Института системного анализа РАН; Э.Г.Арутюняна, д.х.н., профессора, ведущего научного сотрудника Лаборатории кристаллографии белков Института кристаллографии им. А.В.Шубникова РАН; А.А.Замятнина, д.б.н., к.ф.-м.н., с.н.с. Института нормальной физиологии им. П.К.Анохина; В.З. Плетнева, д.х.н., зав. Лаб. рентгеноструктурного анализа биополимеров Института биоорганической химии им. М.М.Шемякина РАН. Отчет этой комиссии опубликован в журнале Природа № 5 за 1993 г., стр. 65-66 (А. А. Замятин: Протоколы испытаний нового кода):
"Комиссия констатирует высокую эффективность общего стереохимического генетического кода Меклера и Идлис при предсказании системы S-S-связей в структурах природных пептидных соединений по их аминокислотной последовательности"…"Полагаем, что и в отношении структуры металлотионеинов, и в отношении их функционирования предсказательная сила этого метода Л.Б.Меклера и Р.Г.Идлис выдержала самое серьезное испытание".
Впечатляющий результат был получен мною и на конкурсе CASP1, состоявшемся в 1994 г. в США, несмотря на неудачную первую попытку предсказать ab initio структуру белка RTP (replication terminator protein, 122 аминокислотных остатка). Дело в том, что при построении А-А-модели этого белка мы допустили ошибку в самом начале сборки модели, неверно оценив стерическую совместимость одной из А-А-связей с А-А-связями, уже до этого момента сформировавшимися. Надо сказать, что оценка стерической совместимости А-А-связей - самое тонкое место при ручном моделировании, и полностью исключить такого рода ошибки пока невозможно. Все, что мы можем в этом плане улучшить, это выверить начало фолдинга с помощью атомного моделирования, используя молекулярный конструктор Кори, Полинга, Колтуна (CPK-модели), который нам любезно предоставил во временное пользование академик Вадим Тихонович Иванов, директор Института Биоорганической Химии им. М.М.Шемякина РАН. Случилось, однако, что эластичные коннекторы, с помощью которых модели атомов соединяют друг с другом, за несколько лет хранения стали хрупкими, и модели А-А-связей разваливались у нас в руках. Мы заказали новые коннекторы, но они пришли уже после окончания этого конкурса.
Результатом моделирования RTP без выверки CPK-моделями явилась неверная А-А-модель, и, как следствие, неверная П-К-модель, которые мы и послали на конкурс. Получив обескураживающий ответ, содержавший, однако, информацию о границах вторичных структур этой молекулы, я взялся за перестройку молекулы, выверив построение ее начала с помощью разваливающихся у меня в руках CPK-моделей (Р. Г. Идлис отказалась продолжать эту работу в таких условиях). На этот раз модель выстроилась совершенно по-другому и, как мы убедились впоследствии, когда получили результаты ее РСА, действительно приобрела полное топологическое сходство с его кристаллической структурой. И хотя эту вторую попытку, разумеется, нельзя считать 100%-ным предсказанием ab initio, ибо мне были известны границы вторичных структур, все же мне удалось правильно предсказать А-А-димер этой молекулы, а затем и П-К-димер, никакой информации о которых у меня не было. Построив А-А-модель молекулы-мономера RTP, я нашел в ее структуре омега-петли и предсказал, какие из них будут взаимодействовать друг с другом специфически, тем самым приводя к образованию молекулы-димера. И модели А-А-конформации RTP, и модели его П-К-конформации я послал автору рентгеноструктурного анализа этого белка, профессору Бусьеру, и он поздравил меня с правильным предсказанием П-К-конформации и мономера, и димера:
"You, as you probably know by know by now, accurately predicted dimerization of the protein by the C-terminal helices. Also, the position of much of the secondary structure elements was correct"
| Dirk Bussiere, Duke University Medical Center,
Department of microbiology and immunology, tel. (919) 684-5138 |
Вторая модель (staufen, 80 аминокислотных остатков), представленная нами на этот конкурс, несмотря на ошибки в определении стерической совместимости некоторых А-А-связей, тем не менее, продемонстрировала более чем на половину верную трехмерную структуру, что не может быть объяснено ни случайностью, ни какими-либо иными причинами, не имеющими отношения к А-А-коду.
Третья модель (L14, 122 аминокислотных остатка) была по ошибке отправлена мною после dead-line и не была мне заcчитана.
Если бы у нас была компьютерная программа, реализующая этот алгоритм, - та самая, которую, мы надеемся разработать в сотрудничестве с Вашей "Real Time Geometry Lab", результатом подобного конкурса была бы не досадная осечка, а триумф данной теории, немедленные сотни и тысячи заказов на А-А-модели биотехнологически значимых белков и революция в биотехнологии. Но случилось то, что случилось. Однако, если бы во главе этого конкурса стояли исследователи-мыслители, действительно стремящиеся выявить все новые идеи и подходы к столь трудной и столь важной проблеме, как они это декларируют, они бы, несмотря на эту осечку и, видя наше воистину бедственное положение, вызвали бы нас хотя бы для того, чтобы сделать этот действительно принципиально новый подход к проблеме фолдинга белков предметом дискуссии. Однако, руководители конкурса и наши конкуренты в области предсказания структур белков, профессора Фрэд Коэн и Джон Моулт, воспользовавшись этой нашей осечкой, прислали нам приглашение на конференцию в США, посвященную обсуждению подходов к фолдингу белков и итогам этого конкурса, без оплаты расходов и без права сделать доклад, и, конечно, мы отвергли это унизительное предложение.
Интересный результат был получен и при построении нами А-А-модели лизоцима белка куриного яйца [9]. К этому времени было открыто замечательное явление - дискретность геномов клеток эукариот, в отличие от прокариот. Оказалось, что гены эукариот состоят из участков, кодирующих аминокислотную последовательность данного белка - экзонов, перемежающимися с вырезаемыми по ходу процессинга РНК участками-интронами, служащими для управления процессом рекомбинации генов. Сравнивая построенную нами модель лизоцима и его РСА-модель, я обнаружил, что границы доменов этого белка, находящегося в А-А-конформации, 100%-но соответствуют границам экзонов его гена, попадающим, в свою очередь, внутрь альфа-спиралей и бета-структур. А это означает, что я понял, что природа, кодируя функционально значимые участки белков, задает не их основную "нативную" конформацию, а возбужденную динамическую конформацию, приобретаемую аминокислотными последовательностями белков по ходу их биосинтеза. А этот факт, в свою очередь означает, что природа использует А-А-код уже при построении ею ДНК. Следующее наблюдение также подтверждает верность этого утверждения. Недавно я обнаружил, что концы шпилек, выявляющихся в нативных молекулах при их РСА или ЯМР-анализе, идентичны с точностью до 1-2 аминокислотных остатков концам аналогичных шпилек в их А-А-молекулах. А это, в свою очередь, означает, что топологическое единство А-А-моделей и нативных моделей можно устанавливать не только по единству их S-S-связей, но и по единству шпилек. Что и требовалось доказать.
Итак, мы видим, что возникновение, эволюция и функционирование биологических систем могут быть поняты только при энциклопедическом подходе к их решению. Ибо возникают эти системы в результате концентрирования в минимально возможном объеме всех естественных химических элементов Периодической системы Д.И.Менделеева; функционируют - в результате работы в биологических организмах всех явлений физики и химии в совокупности; а эволюционируют - в результате способности увеличивать объем содержащейся в них генетической информации под влиянием среды их обитания, в свою очередь, ведущему к возрастанию разрешающей способности эволюционирующих биологических организмов. И завершается этот процесс возникновением Человека-Творца, осознающего свою эволюционную миссию формулированием антропного принципа соучастия Жизни в эволюции Вселенной, результатом чего и является наша Вселенная - единая взаимосвязанная система неживой и живой природы.
"Принято считать, что ученый должен в совершенстве знать определенную область науки, и поэтому ему не следует писать по таким вопросам, в которых он не является знатоком. Это рассматривается как "noblesse oblige" (благородство обязывает, франц.). Однако для достижения моей цели я хочу отказаться от noblesse и поэтому прошу освободить меня от вытекающих отсюда обязательств. Мое отступление от этого правила объясняется следующим. Мы унаследовали от наших предков острое стремление к целостному всеобъемлющему знанию. Само название наших высших институтов познания - университеты - напоминает нам, что с давних пор и на протяжении многих столетий универсальный характер знаний - единственное, к чему может быть полное доверие. Но расширение и углубление разнообразных отраслей знания в течение последних 100 с лишним лет поставили нас перед странной дилеммой. С одной стороны, мы чувствуем, что только теперь начинаем приобретать надежный материал для того, чтобы свести в единое целое все до сих пор известное, а с другой стороны, становится почти невозможным для одного ума полностью овладеть более чем одной небольшой специальной частью науки.Я не вижу выхода из этого положения (чтобы при этом наша основная цель не оказалась потерянной навсегда), если только кое-кто из нас не рискнет взяться за синтез фактов и теорий, хотя наше знание в некоторых областях неполно и получено из вторых рук и хотя мы можем подвергнуться опасности показаться невеждами. Пусть это послужит мне извинением".
Эрвин Шредингер: "Что такое жизнь? С точки зрения физика". Дублин, 1943
(Перевод на русский язык: Москва, 1972, стр. 11-12).
Посылая Вам материалы, касающиеся данной теории, и бизнес-план соответствующего проекта, я надеюсь, что Вас заинтересуют и дальнейшая совместная разработка чисто научных аспектов данной работы, а именно:
Возможность, - имея в виду Ваши достижения в области теории фазовых переходов, динамики петель и компьютеризации работы жидкостно-динамических систем, - перевести наши качественные и полуколичественные результаты в интерпретации биомеханики как фазового перехода первого рода на язык теоретической физики, описав соответствующими уравнениями работу биологических микромашин, в отличие от машин, строящихся человеком, переходящих в возбужденное состояние за счет рассеянной тепловой энергии, а в тех случаях, когда этой энергии не хватает для перехода этих биомикромашин из основного состояния в возбужденное - за счет прямого перехода химической энергии макроэргов, в первую очередь, АТФ и ГТФ, в механическую, минуя тепловую.
Возможность, компьютеризовав разработанный нами алгоритм фолдинга белков, и создав программу компьютерной анимации этого пошагового процесса, показать самую суть Жизни, тем самым дополнив найденное нами решение задачи, - той самой, к решению которой пока безуспешно стремятся ведущие исследователи лучших лабораторий мира [13].
Возможность уже в течение года после создания компьютерной программы этого алгоритма совместно заработать сотни миллионов долларов на внеконкурентной продаже моделей возбужденной конформации белков - основы целенаправленной белковой и пептидной инженерии, - и иных практических приложений решения проблемы фолдинга белков [11, 12].
В надежде на будущее сотрудничество,
Искренне Ваш
Лазарь Борисович Меклер
Доктор биологических наук
Вместо послесловия:
"В России вершину научной иерархии венчает фундаментальное Знание, то есть Теория и теоретики. Ниже располагаются экспериментаторы, почтительно взирающие на теоретиков снизу вверх. И уж только отпетые неудачники отправляются в прикладную науку… В Америке пирамиду венчают "прикладники", ниже толпятся экспериментаторы и уж вовсе у подножия пирамиды находятся теоретики, которые обслуживают экспериментаторов… Если бы мне предложили сформулировать в одной фразе, в чем разница между физикой в Советском Союзе и физикой на Западе, я бы ответил: в Союзе физика - это искусство; в Америке (а значит, и в Израиле, который в научном отношении является 51-м американским штатом) физика - это бизнес. А недавно мне пришла в голову еще более еретическая мысль. В нарочито заостренной форме ее можно выразить так: Геббельс был прав - существует наука арийская и наука еврейская. Наука в Советском Союзе и отчасти в Европе - наука еврейская. Наука в Америке и в Израиле (!) - это наука арийская. … Хочу подчеркнуть: я не даю оценок, не ставлю "отметок" ни евреям, ни неевреям. Я всего лишь хочу обратить внимание на одну особенность еврейской мысли: Теория, Идея превыше всего…"
Марк Азбель. Иерусалимские размышления. Природа 1991, № 10, с. 82
Цитированная литература
Mekler L. В. Mechanism of biological memory. Nature. 1967, v. 215, 481-484
Меклер Л. Б. О специфическом избирательном взаимодействии между аминокислотными остатками полипептидных цепей. Биофизика. 1969, т. 14, 581-584 (Mekler L. B. On specific selective interaction between amino acid residues of polypeptide chains. Biophysics USSR (Engl. Translation by "Pergamon Press") 1969, v. 14, 613-617)
Mekler L. B. On the specific mutual interaction of amino acid residues of polypeptide chains and amino acid residues with anticodons. Oncology (Switzerland), 1973, v. 27, No. 30, pp. 286-288
Меклер Л. Б. О возникновении живой клетки: специфическое взаимодействие полинуклеотида (гена) с кодируемым им белком - ключевая реакция, приведшая к зарождению жизни. Вестник АН СССР. 1978, № 9, 97-111
Меклер Л. Б. О происхождении живых клеток: эволюция биологически значимых молекул - переход химической эволюции в биологическую. Новый подход к проблеме. Журн. Всес. Хим. о-ва им. Д.И.Менделеева, 1980, т. 25, № 4, 460-463 (Mekler L. B. The origin of living cells. The evolution of biologically significant molecules - transition from chemical evolution into biological. A new approach to the problem. Mendeleev Chemistry Journal 1980, v. 25, N 4, 177-201)
Идлис Р. Г. Принцип перекрестной стереокомплементарности и симметрия генетического кода. Журнал Всес. Хим. о-ва им. Д. И. Менделеева 1980, т. 25, № 4, 431-434 (Idlis R.G. Principle of the cross-stereocomplementarity and symmetry of the genetic code. Mendeleev Chemistry Journal, 1980, v. 25, No. 4, pp. 126-131)
Л. Б.Меклер и Р.Г.Идлис: "Вселенная - единая взаимосвязанная система неживой и живой природы. Возникновение, развитие и эволюция живых организмов - стадия эволюции вселенной, детерминированная общим стереохимическим генетическим кодом." Тезисы доклада на Всесоюзном симпозиуме "Поиск разумной жизни во Вселенной", SЕТI, Таллинн-81, 7-13 декабря 1981 г., Таллинн, 1982, 33-34
Л.Б.Меклер и Р.Г.Идлис: ЖИЗНЬ И ВСЕЛЕННАЯ: Общий стереохимический генетический код - основа возникновения, работы и эволюции живых клеток и многоклеточных организмов Основные положения теории самоорганизации биополимеров и их функционирования ( Доклад на международном симпозиуме "Молекулярная организация биологических структур", Москва. 19-24 июня, 1989 г.). НТР: проблемы и решения (Бюллетень Всесоюзного общества "Знание") 1989. № 12(99)
Л.Б.Меклер и Р.Г.Идлис: Построение моделей трехмерных молекул биологических полипептидов и нуклеопротеидов согласно общему коду, определяющему специфическое узнавание и связывание аминокислотными остатками полипептидных цепей как друг друга, так и тринуклеотидов полинуклеотидов. Биофизика 1981, т. 26, № 3, 584-585. Деп. в ВИНИТИ 1981 № 1486-81 (3.04.1981). Данная статья содержит предсказание ab initio промежуточной конформации репрессора cro фага лямбда, оказавшейся топологически сходной с его кристаллической структурой, опубликованной позднее.
Л.Б.Меклер и Р.Г.Идлис: Общий стереохимический генетический код -путь к биотехнологии и универсальной медицине 21-го века - уже сегодня. Природа 1993, № 5. 28-70
Mekler L. B. Modelling of the three-dimensional structure of peptides, poiypeptides and proteins. Application for Patent (Israeli) N. 112663 15-02-1995; N. 116920. 26-01-1996: N. 120077. 27-01-1997
Меклер Л. Б. К гражданам планеты Земля (препринт 1994) (Mekler L. B. To the citizens of the planet Earth (Preprint 1994)
Selections of opinions of the protein folding problem (Ученые Запада - о безрезультатности иx 40-летней атаки "the protein folding problem")
Freeman J. Dyson. The future of desire and the future of will. Hilldale Lecture, erven at the University of
Wisconsin, Madison, on April 15, 1980 (Фримен Дайсон: "Будущее воли и будущее судьбы" ("Природа" 1982, № 8, 60-70, перевод с английского))Меклер Л. Б. Общая теория биологической эволюции: Новый подход к старой проблеме. Журнал Всес. Хим. о-ва им. Д.И. Менделеева 1980, т. 25, № 3, 333-344 (Mekler L. B. A general theory of biological evolution. A new approach to an old problem. Mendeleev Chemistry Journal. 1980, v. 25, No 5. pp.72-90)
Меклер Л. Б. Общая теория биологической эволюции: Эволюция и онкогенез. Журнал Всес. Хим. о-ва им. Д. И. Менделеева 1980, т. 25, № 3, 344-360 (Mekler L. B. A general theory of biological evolution. Evolution and oncogenesis. Mendeleev Chemistry Journal, 1980, v. 25, No. 3, pp. 91-114)
Zamenhof S., Browerman G., & Chargaff E. On the desoxypentose nucleic acids from several microorganisms. Biochim. Biophys. Acta. 1952, v. 9, 402-405
Watson J. D., Crick F. H. C. A structure for deoxyribose nucleic acid. Nature 1953, v. 171, 737-738
Watson J. D.. Crick F. H. C. Genetic implications of structure of deoxyribonucleic acid. Nature 1953, v. 171, 964-96
Gamow G. Possible relation between deoxyribonucleic acid and protein structure. Nature 1954, v. 173, 318
Nirenberg M.W., Leder P. RNA code words and protein synthesis: the effect of trinucleotides upon the binding of sRNA to ribosomes. Science. 1964, v. 145, 1399-1407
Ochoa S. Synthetic polynucleotides and the genetic code. Fed Proc., 1963, v. 22, 62-74
Pauling L., Corey R. B., Branson H. R. The structure of proteins: two hydrogen-bonded helical configurations of the polypeptide chain. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A, 1951, v. 37, 205-208
Pauling L., Corey R. B. The pleated-sheet, a new layer configuration of polypeptide chains. Proc Natl. Acad. Sci. USA. 1951, v. 37, 251-256
Меклер Л.Б., Идлис Р.Г. Общий стереохимический генетический код: теория и практика. Доклад на заседании Московского иммунологического общества. Москва, 1985
Wheeler J.A. Genesis and observership. Foundational problems in the special sciences. Dordrecht: Reidel, 1977. P. 21 (Цитируется по ссылке в статье: Балашов Ю.В. Антропный принцип: физические, космологические и философские аспекты. Материалы Всесоюзного семинара "Антропный принцип в структуре научной картины мира (история и современность)". Ленинград 28-30 ноября, 1989 года. Стр. 23)
Blalock J. Ј., Smith E. M. Hydropatic anticomplementanty of amino acids based on the genetic code. Biochem. Biophys. Res. Com. 1984, v. 121, N 1, 203-207
Bost K. L., Smith E. M. & Blalock J. E. Similarity between the corticotropin (ACTH) receptor and a peptide encoded by an RNA that is complementary to ACTH mRNA. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 1985, v. 82, 1372-1375
Lu F. X., Aiyar N. & Chaiken I. Affinity capture of [Arg8]vasopressin-receptor complex using immobilized antisense peptide Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 1991, v. 88, 3642-3646
Mekler L. B. On the problem of oncogenes of tumour viruses. Acta virologica. 1975, v. 19, 50l-508
Mekler L. B. A mechanism determining the spectrum of variability of the immunological specificity of antibodies and other immunoglobulins (theory). Biophysics. 1977, v. 22, No. 6, 1178-1191
Blalock J. E. Complementarity of peptides specified by sense and antisense strands of DNA. Trends in Biotechnology - June 1990, v. 8, 140-144
Blalock J. E. Genetic origins of protein shape and interaction rules (News & views) Nature Med 1995, v. 1, No. 9, 876-878
Baranyi L., Campbell W., Ohshima K., Fujimoto S., Boros M. & Okado H. The antisense homology box: A new motif within proteins that encodes biologically active peptides Nature.Med., 1995, v. 1, No. 9, 891-901
Shai Y., Flashner M. & Chaiken I. M. Anti-sense peptide recognition of sense peptides: direct quantitative characterization with the ribonuclease S-peptide system using analytical high-performance chromatography. Biochemistry 1987, v. 26, 669-675
Boquet D., Dery O., Frobert Y., Grassi J. & Couraud J.Y. Is hydropathic complementarity involved in antigen-antibody binding? Molec. Immunol. 1995, v. 32, 303-308
McGuigan J.E. Antibodies to complementary peptides as probes for receptors. ImmunoMethods 1994, v. 5, 158-166
Smith L.R., Bost K.L. & Blalock J.E. Generation of idiotypic and anti-idiotypic antibodies by immunization with peptides encoded by complementary RNA: a possible molecular basis for the network theory. J. Immunol. 1987, v. 138, 7-9
Scapol L., Pappuoli P. & Viscomi G.C. Purification of recombinant human interferon-? by immobilized antisense peptides. J. Chromatogr. 1992, v. 600, 235-242
Beattie J. Complementary peptides - theory and practice. J. Endocrinol. 1990 Aug 126:2 179-81
Knutson V.P. Insulin-binding peptide: design and characterization. J. Biol. Chem. 1988, v. 263, 14146-14151
Ruiz-Opazo N., Akimoto K. & Herrera V. L. M. Identification of a novel dual angiotensin II/vasopressin receptor on the basis of molecular recognition theory. Nature Med. 1995, v. 1, 1074-1081
Zull J. E., Smith S. K. Is genetic code redundancy related to retention of structural information in both DNA strands? Trends in Biochemical Sciences 1990, v. 15, 257-261
Leszczynski (Fetrow) J. F., Rose G. D. Loops in globular proteins: a novel category of secondary structure. Science 1986, v. 234, 849-855
Fetrow J.S. Omega loops: nonregular secondary structures significant in protein function and stability. FASEB J. 1995, v. 9, 708-717
Gierasch L.M., King J. Preface. In: Protein Folding: Deciphering the Second Half of the Genetic Code. Ed. by Gierasch L. M. and King J. American Association for the Advancement of Science, 1990
Kolata G. Trying to crack the second half of the genetic code. Science 1986, v. 233, 1037-1039
Lattman E.E. & Rose G. D. Protein folding - what's the question? Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 1993, v. 90, 439-441
Silva J. L., Silveira C. F., Correia A. Jr, Pontes L. Dissociation of a native dimer to a molten globule monomer: effects of pressure and dilution on the association equilibrium of Arc repressor. J. Mol. Biol. 1992, v. 223, 545-555
Flanagan J. M. et al. Truncated staphylococcal nuclease is compact but disordered. Proc. Natl. Acad. Sci. USA 1992, v. 89, pp. 748-752
Weinreb P.H. et al & Lansbury P.T., Jr. NACP, a protein implicated in Alzheimer disease and learning, is natively unfolded. Biochemistry 1996, v. 35, 13709-13715
Anfinsen C. B. Principles that govern the folding of protein chains. Science 1973, v. 181, 223-230
Kendrew J. C. The three-dimensional structure of a protein molecule. Scientific American 1961, v. 205, p. 96
Perutz M. F. X-ray analysis, structure, and function of enzyme molecules. The First Sir Hans Krebs Lecture. European J. of Biochem. 1969, v. 8, pp. 455-466
Бланделл Т., Джонсон Л. Кристаллография белка. Москва: "Мир", 1979 (перевод с англ.)
Protein Data Bank Brookhaven National Laboratory (http://pdb.weizmann.ac.il/)
Ouiocho F A . McMurray C. H . Lipscomb W. N. Proc. Nat. Acad. Sci. USA 1972, v. 69, 2850
Crick F. On Protein Synthesis. - Symp. Soc. Exp. Biol., 1957, 138-163
Crick F.H.C. The origin of the genetic code. J. Molec. Biol.,1968, v. 38, pp. 367-379
Эрнст Майр. Эволюция. В сб. "Эволюция", Москва, "Мир" 1981 (перевод с англ.), стр. 10-31
Misra G.P. & Wong C.F.: Predicting helical segments in proteins by a helix-coil transition theory with parameters derived from a structural database of proteins. PROTEINS: Structure, Function, and Genetics 1997, v. 28, 344-359
Филлипс Д. В кн. Молекулы и клетки. Вып. 3. Москва, "Мир" 1968 (перевод с англ.)
Рафаил Нудельман: Кембрийский взрыв. "Окна" ("Вести") (25.12.97 - 8.1.98)
Любищев А. А. Проблемы формы систематики и эволюции организмов. Москва, "Наука". 1982 (с. 190)
Cook N. D. The case of reverse translation. J. Theor. Biol. 1977, v. 64, 113
Меклер Л. Б., Идлис Р.Г. ЖИЗНЬ И ВСЕЛЕННАЯ: Общий Стереохимический Генетический Код - основа возникновения, работы и эволюции живых клеток и многоклеточных организмов. Теория самоорганизации биополимеров и их функционирования. Приложение к бюллетеню АПН "Новости науки и техники", 1990, № 26 (241) (Перевод на англ. См. в английском издании этого приложения: Supplement to "Advances of Science and Technology", No. 26(241), 1990, September 25).
Коган А. Мы, Вселенная. Беседы с учеными Л. Б. Меклером и Р. Г. Идлис Asociatia de Stat "Cartea Moldovei" 1994
Меклер Л. Б. Антигенная топография поверхности клеток, нуклеиновые кислоты плазмы крови и онкогенез: общая теория онкогенеза. Журнал Всес. Хим. о-ва им. Д. И. Менделеева 1968, т. 13, № 4, 431-444
Меклер Л. Б. Общая теория онкогенеза. 1. Основные положения. Успехи современной биологии 1977, т. 84, №1(4), 113-127
Меклер Л. Б. Общая теория онкогенеза. 2. Механизмы индукции опухолей. Успехи современной биологии 1978, т. 85, № 1, 134-151
Wagner M., Perry R.P. Characterization of the multigene family encoding the mouse S16 ribosomal protein: strategy for distinguishing an expressed gene from its processed pseudogene counterparts by an analysis of total genomic DNA. Mol. Cell. Biol. 1985, v. 5:12, 3560-3576
Vanin E. F. Processed pseudogenes: characteristics and evolution. Annu. Rev. Genet. 1985, v. 19, 253-272
Kisselev L.L., Chumakov I.M., Zabarovsky E.R., Prassolov V.S., Mett V.I., Berditchevsky F.B., Tret'yakov L.D. Human genome: proto-oncogenes and proretroviruses. Folia Biol. (Praha) 1985, v. 31:2, 121-134
Nelson O.R. et al. P450 superfamily: update on new sequences, gene mapping, accession numbers and
nomenclature. Pharmacogenetics 1996, v. 6:1, 1-42Кузнецов П.Г. Происхождение жизни и второй закон термодинамики. Журнал Всес. Хим. о-ва им. Д. И. Менделеева 1980, т. 25, № 4, 440-443 (Мепdеlееv Сhетistrу Journа1, 1980, v. 25, No. 4)
Цицин Ф.А. Космические факторы возникновения и развития жизни и разума во Вселенной. Журнал Всес. Хим. о-ва им. Д. И. Менделеева 1980, т. 25, № 4, 435-439 (Мепdеlееv Сhетistrу Journа1, 1980, v. 25, No. 4)
Anderson W.F., Ohlendorf D.H., Takeda Y. & Matthews B.W. Structure of the cro repressor from bacteriophage lambda and its interaction with DNA. Nature 1981, v. 290, 754-758
Wacker W.E.C. & Vallee B. L. Nucleic acids and metals: I. Chromium, manganese, nickel, iron, and other metals in ribonucleic acid from diverse biological sources. The Journal oj Biological Chemistry 1959, v. 234, 3257-3262
Bauchau V. & Estiling R. Universal Darvinism. Nature 1993, v. 361, 489
План круциального эксперимента
Zheng N. & Gierasch L.M. Signal sequences: the same yet different. Minireview. Cell 1996, v. 86, 849-852 "What is the "Code" for SRP targeting?"- p. 850
Frishman D. & Argos P. The future of protein secondary structure prediction accuracy. Folding & Design 1997, v. 2, 152-162:
Abstract.
Background:
The accuracy of secondary structure prediction for a protein from knowledge of its sequence has been significantly improved by about 7% to the 70-75% range by inclusion of information reading in sequences similar to the query sequence. The scientific literature has been inconsistent, if not negative, regarding chances for further improvement from the vast kwnowledge to be provided by genome sequencing effort...
Results: By applying a prediction technique that is particularly sensitive to added sequence information to a standard set of guery sequences with related primary structures taken from chronologically successive releases of the SWISS-PROT database, it is shown that prediction accuracy can be expected to reach 80-85% with a large 10-fold increase in present sequence knowledge.
Conclusions: Even with present prediction approaches, improvement in prediction accuracy can still be expected, albeit limited to no more than 10%.
Hajduk SL, Adler B, Madison-Antenucci S, McManus M, Sabatini R Insertional and deletional RNA editing in trypanosome mitochondria. Nucleic Acids Symp Ser 1997, v. 36, 15-18
"Abstract
The mitochondrial mRNAs of trypanosomes are often post-transcriptionally modified by an RNA processing event, termed RNA editing, which results in the insertion or deletion of uridylate (U) residues in mRNAs. RNA editing is necessary for the formation of complete coding sequences for several essential mitochondrial proteins. The number and site of U addition and deletion is directed by small guide RNAs (gRNAs)."
Lewin R. A heresy in evolutionary biology. Science 1988, v. 241:4872, 1431
Титульный лист | Физико-химическая биология | Меклер
