СПОСОБ ПРОГНОЗИРОВАНИЯ ВТОРИЧНОЙ СТРУКТУРЫ БЕЛКА Российский патент 2011 года по МПК C07K2/00 G06F17/30 

Изобретение относится к компьютерному способу, использующему биохимические базы данных при разработке новых белковых соединений для фармацевтики, биотехнологии и других областей промышленности, а также для научных исследований в медицине, биохимии, молекулярной биологии и генетике, для которых существенно использование новых белковых соединений на основе аминокислот.

Белки, основные строительные и функциональные элементы биосистем, имеют многоуровневую иерархическую структуру. Последовательность аминокислот в белковой цепи определяет первичную структуру белка, порядок сворачивания первичной структуры аминокислот в α-спиральные или β-структурые фрагменты определяет его вторичную структуру, а пространственная укладка α-спиральных или β-структурных фрагментов относительно друг друга в пределах субъединицы - третичную структуру белка. О функциональных свойствах белка судят на основании его третичной структуры. В настоящее время для этих целей путем многоступенчатых процедур производят выделение из биосистем индивидуальных нативных, т.е. сохраняющих свою пространственную конформацию, молекул белка, получают их в кристаллическом виде и проводят исследование кристаллов методом рентгеноструктурного анализа (метод РСА) (Попов Е.М., Демин В.В., Шибанова Е.Д, Проблема белка. Том 2. Пространственное строение белка, М.: Наука, 1996, 480 с.). Полученную информацию о дифракционной картине кристаллов записывают на жесткий носитель в компьютер, и, с помощью специально разработанных программ, производят расшифровку его третичной структуры. На основании полученной структуры, записанной в виде координат его атомов в файлах Protein Data Bank, с помощью специальных компьютерных программ, использующих эти файлы, судят о молекулярных механизмах функционирования того или иного белка. В частности, с использованием расшифрованных третичных структур производят разработку новых лекарственных средств. Однако исследования третичной структуры занимают много времени и являются очень дорогостоящими.

Известен метод секвенирования для определения нуклеотидных последовательностей в ДНК целых геномов (Киселев Л.Л. Геном человека и биология XXI века. - Вестн. Рос. Акад. Наук, т.70, №5, с.412-424). Метод позволяет путем перевода этих последовательностей в цепи аминокислот получать информацию о первичных структурах большого числа новых белков, пространственная структура которых и функциональные свойства остаются неизвестны. При этом число исследований кристаллических белков, далеко не всегда возможное, растет в арифметической прогрессии, а количество известных первичных структур с неизвестной функцией - в геометрической прогрессии. По этой причине актуальной является проблема прогнозирования вторичной структуры белков, т.е. положения α-спиральных или β-структурных фрагментов на основе первичной структуры белков (Финкельштейн А.В., Птицын О.Б. Физика белка. - М.: Книжный дом «Университет», 2002, 376 с.).

Прогнозирование вторичной структуры белка на основе его первичной структуры является одним из необходимых этапов к прогнозированию третичной структуры и функциональных свойств новых белков. Создание точных способов прогнозирования вторичной структуры белка приводит к существенному удешевлению исследований по выяснению их функциональных свойств. Кроме того, использование принципов прогнозирования вторичных структур позволит конструировать такие первичные структуры белков, которые будут обладать заранее заданной вторичной структурой и свойствами. Решение этой проблемы особенно важно в технологии изготовления фармацевтических и иммунологических препаратов белкового происхождения. В частности, иммунные белки можно будет создавать в считанные дни, не прибегая к использованию для этих целей животных, что особенно актуально в периоды эпидемий (например, гриппа).

Известен экспериментальный способ обнаружения α-спиральных или β-структурных фрагментов в белке на установке ядерного магнитного резонанса, предусматривающий измерение значений химических сдвигов ядер атомов в молекуле белка, по которым судят о наличии и расположении α-спиральных или β-структурых участков в его структуре. (Заявка WO 2004011909, «Phase-sensetively detected reduced dimensionality nuclear magnetic resonance spectroscopy for rapid chemical shift assignment and secondary structure determination of proteins», МПК G01R 33/46; G01R 33/465; G01R 33/44, опубл. 05.02.2004).

Недостатком данного способа является низкая точность, а также исключительная сложность и высокая стоимость его технического осуществления.

Известен способ определения α-спиральных и β-структурных участков в белке, предусматривающий выделение фрагментов первичной структуры белка, состоящих из шести аминокислот при поиске начального участка спирали, а затем из четырех аминокислот, с последующим анализом в них состава аминокислот и вычислением значений потенциалов спирализации, по которым судят о вероятности отнесения вторичной структуры фрагментов к α-спиральному или β-структурному типам (Chou P.Y., Fasman G.D. Prediction of protein conformation. - Biochemistry, 1974, V.13, pp.222-245; Chen H., Gu F., Huang Z.). Известен также улучшенный способ, основанный на том же методе (Improved Chou-Fasman method for protein secondary structure prediction. BMC Bioinformatics, - 2006, V.7, Suppl.4, S14). Для определения положения изгибов β-структуры (реверсивных поворотов), определяющих участки, по которым происходит складывание первичных структур в β-структуру, Чоу и Фасман используют метод Льюиса (Lewis P.N., Momany F.A., Scheraga Н.А. Folding of polypeptide chains in proteins: A proposed mechanism for folding. - Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 1971, V.68, P.2293).

Однако существующие методы прогнозирования вторичной структуры белка на основе его первичной структуры обладают такими недостатками, как предсказание ложных фрагментов вторичной структуры или неполное предсказание всех фрагментов вторичной структуры, что связано с методологическими недостатками этих подходов (в частности, с вероятностным характером проводимых вычислений).

Задачей предлагаемого изобретения является создание способа прогнозирования вторичной структуры белка, позволяющего получить технический результат, заключающийся в повышении точности прогнозирования вторичной структуры белка, что открывает также путь к конструированию первичных структур белков (дизайну белковых молекул), принимающих в физиологических условиях заданную вторичную структуру.

Способ прогнозирования вторичной структуры белка на основе определения положения α-спиральных, β-структурных фрагментов и изгибов β-структуры в первичной структуре белка заключается в следующем:

A) создают базу данных аминокислотных пентафрагментов белков, содержащую папки с пентафрагментами, причем исходный список папок составлен по их названиям, сформированным на основании закодированного в двоичной системе описания водородных связей пептидных групп пентафрагментов во вторичной структуре белков, и записывают ее на информационный носитель;

Б) вводят в память компьютера записанную на информационный носитель базу данных аминокислотных пентафрагментов белков;

B) вводят в память компьютера программу FILEMAKER для представления информации о первичной структуре исследуемого белка в виде рабочего файла;

Г) вводят в память компьютера программу PREDICTOR для выделения пентафрагментов в рабочем файле исследуемого белка, поиска выделенных пентафрагментов в базе данных и записи названий папок базы данных, в которых обнаружены искомые пентафрагменты;

Д) вводят в память компьютера текстовый файл в виде:

- либо последовательности нуклеотидов, кодирующих исследуемый белок или его фрагмент;

- либо последовательности аминокислот исследуемого белка или его фрагмента;

Е) текстовый файл представляют в виде рабочего файла, содержащего последовательность аминокислот исследуемого белка или его фрагмента, с помощью ранее записанной в память компьютера программы FILEMAKER;

Ж) проводят поиск пентафрагментов исследуемого белка в базе данных с помощью ранее записанной в память компьютера программы PREDICTOR, при этом алгоритм программы включает в себя два этапа:

I) проведение поиска начального пентафрагмента, включающее:

- выделение в последовательности аминокислот исследуемого белка первого пентафрагмента;

- запоминание и кодирование этого пентафрагмента с целью проведения поиска в базе данных;

- проведение поиска первого пентафрагмента в папках базы данных на основе исходного списка папок, введенного в текст программы;

- при нахождении первого пентафрагмента в базе данных на основе исходного списка папок считают этот фрагмент начальным и производят:

- фиксирование номера папки базы данных, содержащей начальный пентафрагмент;

- внесение номера папки базы данных, содержащей начальный пентафрагмент, в рабочий файл исследуемого белка;

- при не нахождении первого пентафрагмента в базе данных на основе исходного списка папок производят:

- сдвиг вдоль последовательности аминокислот в рабочем файле исследуемого белка на одну аминокислоту и выделение следующего по порядку пентафрагмента;

- запоминание и кодирование этого пентафрагмента с целью проведения поиска в базе данных;

- проведение поиска следующего пентафрагмента в папках базы данных на основе исходного списка папок, введенного в текст программы;

- повторение поиска начального пентафрагмента до нахождения искомого пентафрагмента в папках базы данных на основе исходного списка папок, введенного в текст программы, и назначение найденного пентафрагмента начальным;

II) проведение поиска последующих пентафрагментов после нахождения начального пентафрагмента, включающее:

- при совпадении начального пентафрагмента с первым пентафрагментом в последовательности аминокислот исследуемого белка производят:

- сдвиг вперед вдоль последовательности аминокислот в рабочем файле исследуемого белка на одну аминокислоту и выделение нового пентафрагмента;

- запоминание и кодирование нового пентафрагмента с целью проведения поиска в базе данных;

- создание нового списка папок для поиска нового пентафрагмента на основе номера папки, содержащей ранее найденный пентафрагмент;

- проведение поиска нового пентафрагмента в базе данных на основе созданного списка папок;

- фиксирование номера папки базы данных, содержащей найденный пентафрагмент;

- внесение номера папки базы данных, содержащей найденный пентафрагмент, в рабочий файл исследуемого белка;

- повторение поиска последующих пентафрагментов до конца последовательности аминокислот исследуемого белка;

- при несовпадении начального пентафрагмента с первым пентафрагментом в последовательности аминокислот исследуемого белка производят:

- сдвиг вперед вдоль последовательности аминокислот в рабочем файле исследуемого белка на одну аминокислоту и выделение нового пентафрагмента;

- запоминание и кодирование нового пентафрагмента с целью проведения поиска в базе данных;

- создание нового списка папок для поиска нового пентафрагмента на основе номера папки, содержащей ранее найденный пентафрагмент;

- проведение поиска нового пентафрагмента в базе данных на основе созданного списка папок;

- фиксирование номера папки базы данных, содержащей найденный пентафрагмент;

- внесение номера папки базы данных, содержащей найденный пентафрагмент, в рабочий файл исследуемого белка;

- повторение поиска последующих пентафрагментов до конца последовательности аминокислот исследуемого белка;

- возврат к найденному начальному пентафрагменту;

- сдвиг назад вдоль последовательности аминокислот в рабочем файле исследуемого белка на одну аминокислоту и выделение нового пентафрагмента;

- запоминание и кодирование нового пентафрагмента с целью проведения поиска в базе данных;

- создание нового списка папок для поиска нового пентафрагмента на основе номера папки, содержащей ранее найденный пентафрагмент;

- проведение поиска нового пентафрагмента в базе данных на основе созданного списка папок;

- фиксирование номера папки базы данных, содержащей найденный пентафрагмент;

- внесение номера папки базы данных, содержащей найденный пентафрагмент, в рабочий файл исследуемого белка;

- повторение поиска пентафрагмента до начала последовательности аминокислот исследуемого белка;

З) прогнозируют вторичную структуру белка по положению α-спиральных, β-структурных фрагментов и изгибов β-структуры в первичной структуре белка, определенному на основе сведений о номерах папок, последовательно внесенных в рабочий файл для всех пентафрагментов исследуемого белка или его фрагмента.

Способ осуществляют следующим образом:

А) создают базу данных аминокислотных пентафрагментов белков, содержащую папки с пентафрагментами, причем исходный список папок составлен по их названиям, сформированным на основании закодированного в двоичной системе описания водородных связей пептидных групп пентафрагментов во вторичной структуре белков, и записывают ее на информационный носитель.

а) из Protein Data Bank производят скачивание находящихся в открытом доступе файлов с координатами атомов кристаллов белков, исследованных методом РСА. Для создания начальной базы было произведено скачивание 500 файлов белков;

б) с помощью компьютерной программы Protein 3D (Компьютерная программа «Protein 3D», Зарегистрировано в Рос АПО, No. 980143 от 03.05.98, авторы: Карасев В.А., Демченко Е.Л.) на основе полученных из Protein Data Bank файлов создают текстовые файлы, содержащие первичные структуры белков с описанием водородных связей, образуемых пептидными группами основных цепей белков во вторичной структуре;

в) с помощью комплекса программ для создания базы проводят следующие действия:

- производят нарезку полученных первичных структур белков на фрагменты из пяти аминокислот (пентафрагменты) таким образом, чтобы каждый последующий фрагмент выделялся со сдвигом на одну аминокислоту по отношению к предыдущему фрагменту, а информация о водородных связях каждого выделяемого фрагмента во вторичной структуре белка полностью сохранялась;

- пентафрагменты, гомологичные по структуре водородных связей пептидных групп во вторичной структуре белка, сортируют на папки, присваивая названиям папок закодированное в двоичной системе описание водородных связей пептидных групп. Наличие водородной связи обозначали цифрой «1», отсутствие водородной связи - цифрой «0».

В каждом пентафрагменте имеется 5 пар пептидных групп, водородные связи которых описываются четырьмя видами пар переменных: 00, 01, 10 и 11. Таким образом, название папки, содержащей гомологичные по структуре пентафрагменты, формируется из 10 символов. Например, номер 1111111111 (для облегчения восприятия мы вводим два интервала - 11 111111 11) соответствует максимальному числу водородных связей пентафрагмента во вторичной структуре белка (в ядре α-спирали), номер 00 000000 00 - отсутствию водородных связей у пентафрагмента в ближайшем окружении основной цепи (в β-структуре), а номер 01 000000 10 - образованию водородной связи в области изгиба β-структуры.

г) производят упрощение выделенных пентафрагментов путем удаления из них информации о структуре водородных связей и оставления только последовательности из пяти аминокислот;

д) с целью облегчения дальнейшей процедуры поиска пентафрагментов в базе данных производят их сортировку на файлы, содержащие фрагменты с одинаковым пятизначным числовым индексом, который им присваивают путем отнесения каждой из аминокислот пентафрагмента к одной из четырех групп преобразований антисимметрии. При этом в имени файла записывают этот пятизначный индекс и название папки, в которой этот файл расположен.

Созданная база данных содержит более 100 тысяч пентафрагментов, сортированных на более чем 500 папок. База данных организована в систему, состоящую из 16 гиперкубов, изоморфных булевым гиперкубам В⁶.

База данных может постоянно пополняться путем обработки новых файлов из Protein Data Bank. Также может быть создана теоретическая база данных.

Б) вводят в память компьютера записанную на информационный носитель базу данных аминокислотных пентафрагментов белков;

В) вводят в память компьютера программу FILEMAKER для представления информации о первичной структуре исследуемого белка в виде рабочего файла;

Компьютерная программа FILEMAKER является вспомогательной и предназначена для представления информации о первичной структуре белка, записанной в разных форматах в файлах банков данных (например, в Genbank), в виде рабочих файлов, формат которых пригоден для использования программой PREDICTOR. Программа FILEMAKER может использовать текстовые файлы, содержащие либо последовательность нуклеотидов, кодирующих исследуемый белок или его фрагмент, либо последовательность аминокислот исследуемого белка или его фрагмента;

Г) вводят в память компьютера программу PREDICTOR для выделения пентафрагментов в рабочем файле исследуемого белка, поиска выделенных пентафрагментов в базе данных и записи названий папок базы данных, в которых обнаружены искомые пентафрагменты;

Компьютерная программа PREDICTOR написана на основе алгоритма, применяемого в предлагаемом способе прогнозирования вторичной структуры белка, использует для своей работы формат файлов базы данных пентафрагментов белков и формат рабочих файлов, созданных программой FILEMAKER.

Программа проводит следующие операции:

- в последовательности аминокислот исследуемого белка выделяет начальный пентафрагмент;

- запоминает выделенный пентафрагмент для целей поиска в базе данных;

- кодирует этот пентафрагмент для целей поиска в базе данных;

- проводит поиск пентафрагмента в базе данных на основе исходного списка папок, введенного в текст программы;

- фиксирует номер папки, содержащей найденный пентафрагмент;

- записывает номер папки, содержащей найденный пентафрагмент, в рабочий файл;

- осуществляет сдвиг вдоль последовательности аминокислот исследуемого белка на одну аминокислоту в рабочем файле, и выделяет в последовательности аминокислот следующий пентафрагмент;

- запоминает и кодирует новый пентафрагмент с целью проведения его поиска в базе данных;

- на основе номера папки, содержащей найденный пентафрагмент, создает новый список папок для поиска следующего пентафрагмента и повторяет всю процедуру;

- проводит поиск каждого выделенного нового пентафрагмента до конца последовательности аминокислот исследуемого белка.

Д) вводят в память компьютера текстовый файл в виде:

- либо последовательности нуклеотидов, кодирующих исследуемый белок или его фрагмент;

- либо последовательности аминокислот исследуемого белка или его фрагмента;

Тестовый файл представляет собой файл, скачанный из GenBank, GenPept, FASTA, Protein Data Bank из домена http://www.ncbi.nlm.nih.gov или файл из базы данных, созданной исследовательским путем.

Е) текстовый файл представляют в виде рабочего файла, содержащего последовательность аминокислот исследуемого белка или его фрагмента, с помощью ранее записанной в память компьютера программы FILEMAKER;

Формат рабочего файла показан в таблице 1.

Таблица 1 Формат рабочего файла, созданного программой FILEMAKER 1 2 3 4 5 6 N X_nY_nZ_n Z STP bb bbbbbb bb 000 . … . … .. …… .. … 5 X₅Y₅Z₅ E Efg bb bbbbbb bb 000 4 X₄Y₄Z₄ D Def bb bbbbbb bb 000 3 X₃Y₃Z₃ C Cde bb bbbbbb bb 000 2 X₂Y₂Z₂ B Bcd bb bbbbbb bb 000 1 X₁Y₁Z₁ A Abc bb bbbbbb bb 000 0 X₀Y₀Z₀ M MET bb bbbbbb bb 000

Запись последовательности аминокислот исследуемого белка в рабочем файле производится снизу вверх, что отражает порядок синтеза белка на рибосоме (приращение белковой последовательности происходит в процессе биосинтеза со стороны прикрепленного к рибосоме C-конца). Столбцы файла имеют следующую нумерацию:

1 - номера аминокислот в исследуемом белке, записанные снизу вверх;

2 - триплеты, кодирующие последовательность аминокислот исследуемого белка;

3 - последовательность аминокислот, записанная однобуквенными обозначениями;

4 - последовательность аминокислот, записанная трехбуквенными обозначениями;

5 - столбец для записи результатов поиска пентафрагментов, соответствует десятизначным номерам папок базы данных, в которых найдены искомые пентафрагменты.

В нулевой строке находится сигнальное значение начала последовательности (МЕТ), в строке N - сигнальное значение конца белковой последовательности (STP).

Ж) проводят поиск пентафрагментов исследуемого белка в базе данных с помощью ранее записанной в память компьютера программы PREDICTOR, при этом алгоритм программы включает в себя два этапа:

I) проведение поиска начального пентафрагмента, включающее:

- выделение в последовательности аминокислот исследуемого белка первого пентафрагмента;

Программа выделяет первый пентафрагмент (Табл. 1, номера с 1 по 5). Нулевая строка, означающая начало последовательности аминокислот, в рабочем файле и не читается.

- запоминание и кодирование этого пентафрагмента с целью проведения поиска в базе данных;

Программа запоминает первый пентафрагмент сверху вниз и записывает в память компьютера в последовательности слева направо: Efg, Def, Cde, Bcd, Abc.

Процедура кодирования пентафрагмента для поиска в базе данных связана с особенностью обозначения файлов с пентафрагментами в базе данных, аналогична порядку обозначения пентафрагментов в базе данных (пункт А), подпункт д):

- каждой аминокислоте пентафрагмента сверху вниз программа присваивает номер группы преобразований антисимметрии, в которую она входит (Карасев В.А., Лучинин В.В. Введение в конструирование бионических наносистем. - М.: Физматлит, 2009, 464 с.);

- номер, записанный слева направо, используется программой для поиска номера файла, содержащего искомый пентафрагмент, в папках базы данных.

- проведение поиска первого пентафрагмента в папках базы данных на основе исходного списка папок, введенного в текст программы;

Поиск первого пентафрагмента в папках базы данных на основе исходного списка папок состоит в следующем:

В текст программы введен исходный список папок, который включает две группы:

1 группа - 00 000000 00, 01 000000 00, 10 000000 00, 11 000000 00;

2 группа - 11 111111 11,10 111111 11, 01 111111 11, 00 111111 11.

Выбор этих двух групп обусловлен наличием в белках двух наиболее распространенных типов вторичных структур - β-структур (папка с пентафрагментами 00 000000 00) и α-спиралей (папка с пентафрагментаи 11 111111 11), а также ближайших к ним модификаций (для 00 000000 00 это папки 01 000000 00, 10 000000 00 и 11 000000 00, а для 11 111111 11 - папки 10 111111 11, 01 111111 11 и 00 111111 11).

Программа просматривает последовательно содержимое базы данных на основе исходного списка папок и сверяет пятизначный номер, присвоенный первому пентафрагменту с пятизначным номером файла в означенных папках базы данных. При нахождении файлов с пятизначным номером в одной или нескольких папках списка программа сверяет запомненную последовательность аминокислот в первом пентафрагменте с последовательностями аминокислот пентафрагментов в просматриваемых файлах.

- при нахождении первого пентафрагмента в базе данных на основе исходного списка папок считают этот фрагмент начальным и производят:

- фиксирование номера папки базы данных, содержащей начальный пентафрагмент;

- внесение номера папки базы данных, содержащей начальный пентафрагмент, в рабочий файл исследуемого белка;

- при не нахождении первого пентафрагмента в базе данных на основе исходного списка папок производят:

- сдвиг вдоль последовательности аминокислот в рабочем файле исследуемого белка на одну аминокислоту и выделение следующего по порядку пентафрагмента;

- запоминание и кодирование этого пентафрагмента с целью проведения поиска в базе данных;

- проведение поиска следующего пентафрагмента в папках базы данных на основе исходного списка папок, введенного в текст программы;

- повторение поиска начального пентафрагмента до нахождения искомого пентафрагмента в папках базы данных на основе исходного списка папок, введенного в текст программы, и назначение найденного пентафрагмента начальным;

II) проведение поиска последующих пентафрагментов после нахождения начального пентафрагмента, включающее:

- при совпадении начального пентафрагмента с первым пентафрагментом в последовательности аминокислот исследуемого белка производят:

- сдвиг вперед вдоль последовательности аминокислот в рабочем файле исследуемого белка на одну аминокислоту и выделение нового пентафрагмента;

- запоминание и кодирование нового пентафрагмента с целью проведения поиска в базе данных;

- создание нового списка папок для поиска нового пентафрагмента на основе номера папки, содержащей ранее найденный пентафрагмент;

На основе номера папки, в которой был найден пентафрагмент, программа создает новый список из четырех папок путем приписывания к этому номеру с левой стороны пар переменных в последовательности 00, 01, 10 и 11 и удаления одной пары переменных с правой стороны.

- проведение поиска нового пентафрагмента в базе данных на основе созданного списка папок;

- фиксирование номера папки базы данных, содержащей найденный пентафрагмент;

- внесение номера папки базы данных, содержащей найденный пентафрагмент, в рабочий файл исследуемого белка;

- повторение поиска последующих пентафрагментов до конца последовательности аминокислот исследуемого белка;

- при несовпадении начального пентафрагмента с первым пентафрагментом в последовательности аминокислот исследуемого белка производят:

- сдвиг вперед вдоль последовательности аминокислот в рабочем файле исследуемого белка на одну аминокислоту и выделение нового пентафрагмента;

- запоминание и кодирование нового пентафрагмента с целью проведения поиска в базе данных;

- создание нового списка папок для поиска нового пентафрагмента на основе номера папки, содержащей ранее найденный пентафрагмент;

- проведение поиска нового пентафрагмента в базе данных на основе созданного списка папок;

- фиксирование номера папки базы данных, содержащей найденный пентафрагмент;

- внесение номера папки базы данных, содержащей найденный пентафрагмент, в рабочий файл исследуемого белка;

- повторение поиска последующих пентафрагментов до конца последовательности аминокислот исследуемого белка;

- возврат к найденному начальному пентафрагменту;

Найденный начальный пентафрагмент служит основой для продолжения работы программы сторону начала последовательности аминокислот исследуемого белка, для завершения поиска пентафрагментов в базе данных. Для этого программа производит:

- сдвиг назад вдоль последовательности аминокислот в рабочем файле исследуемого белка на одну аминокислоту и выделение нового пентафрагмента;

- запоминание и кодирование нового пентафрагмента с целью проведения поиска в базе данных;

- создание нового списка папок для поиска нового пентафрагмента на основе номера папки, содержащей ранее найденный пентафрагмент;

На основе номера папки, в которой был найден начальный пентафрагмент, программа создает список из четырех папок путем приписывания к этому номеру с правой стороны пар переменных в последовательности 00, 01, 10, 11, и удаления одной пары переменных с левой стороны;

- проведение поиска нового пентафрагмента в базе данных на основе созданного списка папок;

фиксирование номера папки базы данных, содержащей найденный пентафрагмент;

- внесение номера папки базы данных, содержащей найденный пентафрагмент, в рабочий файл исследуемого белка;

- повторение поиска пентафрагмента до начала последовательности аминокислот исследуемого белка.

З) прогнозируют вторичную структуру белка по положениям α-спиральных, β-структурных фрагментов и изгибов β-структуры в первичной структуре белка, определенных на основе сведений о номерах папок, последовательно внесенных в рабочий файл для всех пентафрагментов исследуемого белка или его фрагмента.

В результате действий программы PREDICTOR в рабочем файле оказывается полностью заполненным пятый столбец, на основе которого судят о вторичной структуре анализируемого белка. Так, наличие в столбце идущих подряд папок с нумерацией 00 000000 00 свидетельствует о том, данный фрагмент относится к β-структуре. В то же время, несколько идущих подряд папок с нумерацией 11 111111 11 является основанием к отнесению данного фрагмента к α-спиральному. Ряд папок, которые начинаются с папки 01 000000 00, в середине которых находится папка 10 000000 01, а заканчиваются папкой 00 000000 10, относится к участку формирования изгиба β-структуры. Существуют варианты изгибов β-структуры. Переходные между α-спиральной и β-структурной конформации также описываются соответствующими папками. Более детально этот вопрос рассмотрен в примерах.

Пример 1.

В данном примере рассмотрен способ, иллюстрирующий ситуацию, когда начальный пентафрагмент совпадает с первым фрагментом анализируемого белка.

Проводили прогнозирование положения α-спиральных, β-структурных фрагментов и изгибов β-структуры в первичной структуре репрессора метионина (публикация: Rafferty J.B., Somers W.S., Saint-Girons I., Phillips S.E.V. Three dimensional crystal structures of Escherichia coli met repressor with and without corepressor. Nature, 1989, V. 341, p.705). Репрессор метионина состоит из 105 аминокислот, его третичная структура изучена с разрешением 1,8 Å (индекс в Protein Data Bank - lcmb). Может служить для сопоставления с результатами прогнозирования его вторичной структуры программой PREDICTOR.

В соответствии в описанным выше способом прогнозирования вторичной структуры белка на основе определения положения α-спиральных, β-структурных фрагментов и изгибов β-структуры в первичной структуре белка производили:

A) создали базу данных аминокислотных пентафрагментов белков, содержащую папки с пентафрагментами, причем исходный список папок составлен по их названиям, сформированным на основании закодированного в двоичной системе описания водородных связей пептидных групп пентафрагментов во вторичной структуре белков, и записывают ее на информационный носитель;

Б) ввели в память компьютера записанную на информационный носитель базу данных аминокислотных пентафрагментов белков;

B) ввели в память компьютера программу FILEMAKER для представления информации о первичной структуре исследуемого белка в виде рабочего файла;

Г) ввели в память компьютера программу PREDICTOR для выделения пентафрагментов в рабочем файле исследуемого белка, поиска выделенных пентафрагментов в базе данных и записи названий папок базы данных, в которых обнаружены искомые пентафрагменты;

Д) ввели в память компьютера текстовый файл в виде последовательности нуклеотидов, кодирующих исследуемый белок:

Для исследуемого белка информация о последовательности нуклеотидов,

кодирующих последовательность аминокислот (GenBank Ген СР00 1665.1), имеет следующий вид:

1 atggctgaat ggagcggcga atatatcagc ccatacgctg agcacggcaa gaagagtgaa

61 caagtcaaaa agattacggt ttccattcct cttaaggtgt taaaaatcct caccgatgaa

121 cgcacgcgtc gtcaggtgaa caacctgcgt cacgctacca acagcgagct gctgtgcgaa

181 gcgtttctgc atgcctttac cgggcaacct ttgccggatg atgccgatct gcgtaaagag

241 cgcagcgacg aaatcccgga agcggcaaaa gagatcatgc gtgagatggg gattaacccg

301 gagacgtggg aatactaa

E) текстовый файл представили в виде рабочего файла, содержащего последовательность аминокислот исследуемого белка с помощью ранее записанной в память компьютера программы FILEMAKER;

В таблице 2 приведены начальный и конечный участки исходного рабочего файла репрессора метионина, полученного программой FILEMAKER на основе файла GenBank: CP001665.1.

Таблица 2 Начальный и конечный участки исходного рабочего файла репрессора метионина 1 2 3 4 5 105 ТАА Z STP bb bbbbbb bb 104 ТАС Y Tyr bb bbbbbb bb 103 GAA E Glu bb bbbbbb bb 102 TGG W Trp bb bbbbbb bb 101 ACG T Thr bb bbbbbb bb 100 GAG E Glu bb bbbbbb bb … … . … .. …… .. … … . … .. …… .. 6 GAA E Glu bb bbbbbb bb 5 GGC G Gly bb bbbbbb bb 4 AGC S Ser bb bbbbbb bb 3 TGG W Trp bb bbbbbb bb 2 GAA E Glu bb bbbbbb bb 1 GCT A Ala bb bbbbbb bb 0 ATG M MET bb bbbbbb bb

В соответствии с таблицей 1 столбцы файла имеют следующую нумерацию:

1 - номера аминокислот в белке репрессоре метионина, записанные снизу вверх;

2 - триплеты, кодирующие последовательность аминокислот данного белка;

3 - последовательность аминокислот, записанная однобуквенными обозначениями;

4 - последовательность аминокислот, записанная трехбуквенными обозначениями;

5 - столбец для записи результатов поиска пентафрагментов, соответствует десятизначным номерам папок базы данных, в которых найдены искомые пентафрагменты.

Ж) провели поиск пентафрагментов исследуемого белка в базе данных с помощью ранее записанной в память компьютера программы PREDICTOR, при этом алгоритм программы включал в себя два этапа:

I) провели поиск начального пентафрагмента, включающий:

- выделение в последовательности аминокислот исследуемого белка первого пентафрагмента;

В таблице 3 приведены первые шесть аминокислот белка репрессора метионина.

Таблица 3 Выделение первого пентафрагмента в рабочем файле белка репрессора метионина 1 2 3 4 5 5 GGC G Gly bb bbbbbb bb 4 AGC S Ser bb bbbbbb bb 3 TGG W Trp bb bbbbbb bb 2 GAA Е Glu bb bbbbbb bb 1 GCT А Ala bb bbbbbb bb 0 ATG М MET bb bbbbbb bb

- в анализируемой последовательности аминокислот белка репрессора метионина, начиная с N-конца, программа PREDICTOR выделяет первый пентафрагмент, выделенный в таблице 3 жирным шрифтом:

5 Gly 4 Ser 3 Trp 2 Glu 1 Ala

- запоминание и кодирование этого пентафрагмента с целью проведения поиска в базе данных;

Данный фрагмент запоминается программой в последовательности сверху вниз: Gly, Ser, Trp, Glu, Ala.

Каждая из 20 аминокислот, которые присутствуют в белках, входит в свою группу преобразований (Карасев В.А., Лучинин В.В. Введение в конструирование бионических наносистем. - М.: Физматлит, 2009. - 464 с.):

1 группа - Gly, Pro;

2 группа - Ala, Leu;

3 группа - Ser, Thr, Cys, Met, His, Trp, Phe, Tyr;

4 группа - Asp, Glu, Asn, Gln, Arg, Lys, Val, Ile.

Программа присваивает каждой аминокислоте пентафрагмента номер той группы преобразований, в которую она входит. Для первого пентафрагмента это:

5 Gly 1 4 Ser 3 3 Trp 3 2 Glu 4 1 Ala 2

и записывает его в память компьютера, слева направо путем считывания сверху вниз: 13342.

- проведение поиска первого пентафрагмента в папках базы данных на основе исходного списка папок, введенного в текст программы;

Исходный список папок включает две группы: 1 группа - 00 000000 00, 01 000000 00, 10 000000 00, 11 000000 00; 2 группа - 11 111111 11, 10 111111 11, 01 111111 11, 00 111111 11. В данном примере программа ведет поиск запомненного кодового номера пентафрагмента в папках данного списка и находит его в первой группе папок, в папке 00 000000 00. В этой папке имеется ряд файлов, среди которых находится файл с запомненным кодовым номером 13342 (выделен жирным шрифтом):

В файле 13342_0000000000.txt обнаруживается следующая последовательность аминокислот, читаемая сверху вниз:

Gly

Ser

Trp

Glu

Ala

Данная последовательность совпадает с запомненной последовательностью выделенного пентафрагмента: Gly, Ser, Trp, Glu, Ala. Это означает, что искомый первый пентафрагмент найден в папке 00 000000 00.

- при нахождении первого пентафрагмента в базе данных на основе исходного списка папок считают этот фрагмент начальным и производят:

- фиксирование номера папки базы данных, содержащей начальный пентафрагмент;

- внесение номера папки базы данных, содержащей начальный пентафрагмент, в рабочий файл исследуемого белка;

В таблице 4 приведен пример записи начального пентафрагмента (номера папки с найденным пентафрагментом 00 000000 00) в рабочем файле репрессора метионина (см. пятую строку, выделенную жирным шифтом, пятый столбец).

II) провели поиск последующих пентафрагментов после нахождения начального пентафрагмента, включающий:

Таблица 4 Запись номера папки начального пентафрагмента и выделение следующего пентафрагмента в рабочем файле белка репрессора метионина 1 2 3 4 5 6 GAA Е Glu bb bbbbbb bb 5 GGC G Gly 00 000000 00 4 AGC S Ser bb bbbbbb bb 3 TGG W Trp bb bbbbbb bb 2 GAA Е Glu bb bbbbbb bb 1 GCT А Ala bb bbbbbb bb 0 ATG М MET bb bbbbbb bb

- при совпадении начального пентафрагмента с первым пентафрагментом в последовательности аминокислот исследуемого белка производят:

- сдвиг вперед вдоль последовательности аминокислот в рабочем файле исследуемого белка на одну аминокислоту и выделение нового пентафрагмента;

В таблице 4 показан новый пентафрагмент, сдвинутый вперед вдоль последовательности аминокислот в рабочем файле исследуемого белка на одну аминокислоту и выделенный программой (строки 2-6, жирный шрифт).

Ниже он показан отдельно:

6 Glu 4 5 Gly 1 4 Ser 3 3 Trp 3 2 Glu 4

- запоминание и кодирование нового пентафрагмента с целью проведения поиска в базе данных;

Новый пентафрагмент запоминается программой сверху вниз: Glu, Gly, Ser, Trp, Glu, и кодируется (цифры справа). Запоминается его кодовый номер: 41334.

- создание нового списка папок для поиска нового пентафрагмента на основе номера папки, содержащей ранее найденный пентафрагмент;

Папка, содержащая ранее найденный начальный пентафрагмент (он является в данном случае начальным), имеет номер 00 000000 00. На основе этого номера программа создает список из четырех папок путем приписывания к этому номеру с левой стороны пар переменных в последовательности 00, 01, 10 и 11 и удаления одной пары переменных с правой стороны. Список имеет следующий состав: 00 000000 00, 01 000000 00, 10 000000 00, 11 000000 00.

- проведение поиска нового пентафрагмента в базе данных на основе созданного списка папок;

- фиксирование номера папки базы данных, содержащей найденный пентафрагмент;

- внесение номера папки базы данных, содержащей найденный пентафрагмент, в рабочий файл исследуемого белка;

- повторение поиска последующих пентафрагментов до конца последовательности аминокислот исследуемого белка;

В результате проведения данного поиска программой PREDICTOR весь пятый столбец рабочего файла был заполнен найденными номерами папок (табл.5).

Таблица 5 Результат поиска пентафрагментов белка репрессора метионина программой PREDICTOR 105 TAA Z STP bb bbbbbb bb 104 TAC Y Tyr 00 001000 00 103 GAA E Glu 00 100000 00 102 TGG W Trp 10 000000 01 101 ACG T Thr 00 000001 01 100 GAG E Glu 00 000101 10 99 CCG P Pro 00 010110 10 98 AAC N Asn 01 011010 10 97 ATT I Ile 01 101010 10 96 GGG G Gly 10 101010 11 95 ATG M Met 10 101011 11 94 GAG E Glu 10 101111 11 93 CGT R Arg 10 111111 11 92 ATG M Met 11 111111 01 91 ATC I Ile 11 111101 01 90 GAG E Glu 11 110101 01 89 AAA K Lys 11 010101 01 88 GCA A Ala 01 010101 00 87 GCG A Ala 01 010100 00 86 GAA E Glu 01 010000 00 85 CCG P Pro 01 000000 00 84 ATC I Ile 00 000000 00 83 GAA E Glu 00 000000 00 82 GAC D Asp 00 000000 00 81 AGC S Ser 00 000000 10 80 CGC R Arg 00 000010 10 79 GAG E Glu 00 001010 00 78 AAA K Lys 00 101000 00 77 CGT R Arg 10 100000 01 76 CTG L Leu 10 000001 01

Таблица 5 (продолж.) 75 GAT D Asp 00 000101 00 74 GCC A Ala 00 010100 00 73 GAT D Asp 01 010000 00 72 GAT D Asp 01 000000 00 71 CCG P Pro 00 000000 10 70 TTG L Leu 00 000010 10 69 CCT P Pro 00 001010 10 68 CAA Q Gln 00 101010 10 67 GGG G Gly 10 101010 11 66 ACC T Thr 10 101011 11 65 TTT F Phe 10 101111 11 64 GCC A Ala 10 111111 11 63 CAT H His 11 111111 11 62 CTG L Leu 11 111111 11 61 TTT F Phe 11 111111 11 60 GCG A Ala 11 111111 11 59 GAA E Glu 11 111111 01 58 TGC C Cys 11 111101 01 57 CTG L Leu 11 110101 01 56 CTG L Leu 11 010101 01 55 GAG E Glu 01 010101 00 54 AGC S Ser 01 010100 00 53 AAC N Asn 01 010000 00 52 ACC T Thr 01 000000 00 51 GCT A Ala 00 000000 10 50 CAC H His 00 000010 10 49 CGT R Arg 00 001010 10 48 CTG L Leu 00 101010 10 47 AAC N Asn 10 101010 11 46 AAC N Asn 10 101011 11 45 GTG V Val 10 101111 11 44 CAG Q Gln 10 111111 11 43 CGT R Arg 11 111111 11 42 CGT R Arg 11 111111 11 41 ACG T Thr 11 111111 11 40 CGC R Arg 11 111111 11 39 GAA E Glu 11 111111 11 38 GAT D Asp 11 111111 11 37 ACC T Thr 11 111111 11 36 CTC L Leu 11 111111 01 35 ATC I Ile 11 111101 01 34 AAA K Lys 11 110101 01 33 TTA L Leu 11 010101 01 32 GTG V Val 01 010101 00 31 AAG K Lys 01 010100 00 30 CTT L Leu 01 010000 00 29 CCT P Pro 01 000000 00 28 ATT I Ile 00 000000 00 27 TCC S Ser 00 000000 00

Таблица 5 (продолж.) 26 GTT V Val 00 000000 00 25 ACG T Thr 00 000000 00 24 ATT I Ilе 00 000000 00 23 AAG K Lys 00 000000 00 22 AAA K Lys 00 000000 00 21 GTC V Val 00 000000 00 20 CAA Q Gln 00 000000 00 19 GAA E Glu 00 000000 00 18 AGT S Ser 00 000000 00 17 AAG K Lys 00 000000 00 16 AAG K Lys 00 000000 00 15 GGC G Gly 00 000000 00 14 CAC H His 00 000000 00 13 GAG E Glu 00 000000 00 12 GCT A Ala 00 000000 00 11 TAC Y Tyr 00 000000 00 10 CCA P Pro 00 000000 00 9 AGC S Ser 00 000000 00 8 ATC I Ile 00 000000 00 7 TAT Y Tyr 00 000000 00 6 GAA E Glu 00 000000 00 5 GGC G Gly 00 000000 00 4 AGC S Ser bb bbbbbb bb 3 TGG W Trp bb bbbbbb bb 2 GAA E Glu bb bbbbbb bb 1 GCT A Ala bb bbbbbb bb 0 ATG M MET bb bbbbbb bb

З) провели прогнозирование вторичной структуры белка по положению α-спиральных, β-структурных фрагментов и изгибов β-структуры в первичной структуре белка, определенных на основе сведений о номерах папок, последовательно внесенных в рабочий файл для всех пентафрагментов исследуемого белка или его фрагмента.

Вторичная структура белка репрессора метионина, т.е. положение α-спиральных, β-структурных фрагментов, и изгибов β-структуры характеризуется следующими особенностями (табл.6), полученными на основе анализа таблицы 5.

Фрагменты α-спирали, выделенные в таблице 5 жирным шрифтом, как показано в таблице 6, начинаются с папок 11 010101 01, ядро спирали - папки 11 111111 11 и конец спирали - папки 10 101010 11. Вид папок начала и конца спирали, в зависимости от типа спиральных фрагментов, может отличаться от канонического. В репрессоре метионина найдено три типичных спиральных фрагмента (см. табл.5 и 6).

Фрагменты β-структуры (см. табл.6) начинаются с папок 00 101010 10, центральная часть - папки 00 000000 00 и конец β-структуры - папки 01 010101 00. В зависимости от расположения β-структуры (в начале или в конце последовательности аминокислот) они могут не иметь начальных или конечных папок. Вид папок начала и

конца β-структуры, также как и в спиралях, может отличаться от канонического. Как видно из таблиц 5 и 6, в репрессоре метионина обнаружено два фрагмента β-структуры - протяженный фрагмент в начале белка и короткий фрагмент - в конце.

Изгиб β-структуры, как показано в таблице 6, начинается с папки 01 000000 00, далее идут папки с перемещением переменной 01 слева направо и центр изгиба - папка 10 000000 01, после чего идут папки с перемещением переменной 10. Заканчивается изгиб папкой 00 000000 10. Могут быть изгибы с повторяющимися подряд двумя и более водородными связями.

В таблице 5 центры изгибов β-структуры выделены жирным шрифтом, они приведены в таблице 6. Изгиб β-структуры в последовательности аминокислот 73-80 с центрами в строках 76 - 10 000001 01, и 77 - 10 100000 01 является примером изгиба с двумя повторяющимися подряд водородными связями. В этом белке имеется также один типичный изгиб с центром в строке 102.

В целом вторичную структуру белка репрессора метионина можно характеризовать как содержащую три α-спиральных, два β-структурных фрагмента и два изгиба β-структуры.

Таким образом, на основе сведений о номерах папок, последовательно внесенных в рабочий файл для всех пентафрагментов, проведено прогнозирование вторичной структуры белка репрессора метионина.

Пример 2.

В данном примере рассмотрен способ, иллюстрирующий ситуацию, когда начальный пентафрагмент не совпадает с первым фрагментом анализируемого белка.

Проводили прогнозирование положения α-спиральных, β-структурных фрагментов и изгибов β-структуры в первичной структуре цитохрома C₂ Rhodospirillum rubrum (индекс в Protein Data Bank - 2c2c, Salemme F.R., Freer S.T., Xuong N.H., Alden R.A., Kraut J. The structure of oxidized cytochrome с 2 of Rhodospirillum rubrum. J. Biol. Chem. 1971. V.248, P.3910-3921, первичная структура белка: Protein Data Bank - 2C2CA).

В соответствии с описанным выше способом поиска и обнаружения α-спиральных, β-структурых фрагментов и изгибов β-структуры производили следующие процедуры:

Пункты А) - Г) - аналогичны примеру 1.

Д) вводят в память компьютера текстовый файл в виде последовательности аминокислот исследуемого белка: файл из Protein Data Bank - 2C2CA

1 egdaaagekv skkclachtf dqggankvgp nlfgvfenta ahkdnyayse sytemkakgl

61 twteanlaay vknpkafvle ksgdpkaksk mtfkltkdde ienviaylkt lx

E) текстовый файл представляют в виде рабочего файла, содержащего последовательность аминокислот исследуемого белка с помощью ранее записанной в память компьютера программы FILEMAKER;

В таблице 7 приведены начало и конец исходного рабочего файла белка цитохрома C₂, полученный программой FILEMAKER на основе файла PDB 2C2CA. Столбцы файла имеют нумерацию согласно таблице 1.

Таблица 7 Начало и конец исходного рабочего файла белка цитохрома С₂ 1 2 3 4 5 112   Z STP bb bbbbbb bb 111   L Leu bb bbbbbb bb 110   T Thr bb bbbbbb bb 109   K Lys bb bbbbbb bb 108   L Leu bb bbbbbb bb 107   Y Tyr bb bbbbbb bb …   . … .. ……. …   . … .. ……. 6   A Ala bb bbbbbb bb 5   A Ala bb bbbbbb bb 4   A Ala bb bbbbbb bb 3   D Asp bb bbbbbb bb 2   G Gly bb bbbbbb bb 1   E Glu bb bbbbbb bb 0   M MET bb bbbbbb bb

Ж) проводили поиск пентафрагментов исследуемого белка в базе данных с помощью ранее записанной в память компьютера программы PREDICTOR, при этом алгоритм программы включает в себя два этапа:

I) проведение поиска начального пентафрагмента, включающее:

- выделение в последовательности аминокислот исследуемого белка первого пентафрагмента;

В таблице 8 приведены первые шесть аминокислот рассматриваемого белка 2c2c. В анализируемой цепи аминокислот белка 2c2c, начиная с N-конца, программа PREDICTOR выделяет фрагмент первый пентафрагмент:

Таблица 8 Первые шесть аминокислот белка цитохрома C₂ в формате рабочего файла 1 2 3 4 5 6   A Ala bb bbbbbb bb 5   A Ala bb bbbbbb bb 4   A Ala bb bbbbbb bb 3   D Asp bb bbbbbb bb 2   G Gly bb bbbbbb bb 1   E Glu bb bbbbbb bb

- запоминание и кодирование этого пентафрагмента с целью проведения поиска в базе данных;

- программа запоминает выделенный пентафрагмент в последовательности сверху вниз: Ala, Ala, Asp, Gly, Glu;

- программа кодирует этот пентафрагмент (номера справа):

5 Ala 2 4 Ala 2 3 Asp 4 2 Gly 1 1 Glu 4

и записывает его в память компьютера, слева направо путем считывания сверху вниз: 22414.

- проведение поиска первого пентафрагмента в папках базы данных на основе исходного списка папок, введенного в текст программы;

Исходный список папок:

1 группа - 00 000000 00, 01 000000 00, 10 000000 00, 11 000000 00;

2 группа - 11 111111 11, 10 111111 11, 01 111111 11, 00 111111 11.

В данном примере программа ведет последовательный поиск запомненного кодового номера пентафрагмента в папках данного списка и не находит его ни в первой, ни во второй группе папок.

- при не нахождении первого пентафрагмента в базе данных на основе исходного списка папок производят:

- сдвиг вдоль последовательности аминокислот в рабочем файле исследуемого белка на одну аминокислоту и выделение следующего по порядку пентафрагмента;

- запоминание и кодирование этого пентафрагмента с целью проведения поиска в базе данных;

- проведение поиска следующего пентафрагмента в папках базы данных на основе исходного списка папок, введенного в текст программы;

- повторение поиска начального пентафрагмента до нахождения искомого пентафрагмента в папках базы данных на основе исходного списка папок, введенного в текст программы, и назначение найденного пентафрагмента начальным;

В таблице 9 приведен фрагмент рабочего файла белка цитохрома C₂, в котором искомый пентафрагмент (выделен жирным шрифтом) был обнаружен в строке 23 (выделена жирным шрифтом). Найденный пентафрагмент назначен в качестве начального.

Таблица 9 Поиск начального пентафрагмента в рабочем файле белка цитохрома C₂. 1 2 3 4 5 24   G Gly bb bbbbbb bb 23   G Gly 00 000000 00 22   Q Gln bb bbbbbb bb 21   D Asp bb bbbbbb bb 20   F Phe bb bbbbbb bb 19   T Thr bb bbbbbb bb 18   H His bb bbbbbb bb 17   C Cys bb bbbbbb bb 16   A Ala bb bbbbbb bb 15   L Leu bb bbbbbb bb 14   C Cys bb bbbbbb bb 13   K Lys bb bbbbbb bb 12   K Lys bb bbbbbb bb 11   S Ser bb bbbbbb bb 10   V Val bb bbbbbb bb 9   K Lys bb bbbbbb bb 8   E Glu bb bbbbbb bb 7   G Gly bb bbbbbb bb 6   A Ala bb bbbbbb bb 5   A Ala bb bbbbbb bb 4   A Ala bb bbbbbb bb 3   D Asp bb bbbbbb bb 2   G Gly bb bbbbbb bb 1   E Glu bb bbbbbb bb 0   M MET bb bbbbbb bb

II) проведение поиска последующих пентафрагментов после нахождения начального пентафрагмента, включающее:

- при несовпадении начального пентафрагмента с первым пентафрагментом в последовательности аминокислот исследуемого белка производят:

- сдвиг вперед вдоль последовательности аминокислот в рабочем файле исследуемого белка на одну аминокислоту и выделение нового пентафрагмента;

- запоминание и кодирование нового пентафрагмента с целью проведения поиска в базе данных;

- создание нового списка папок для поиска нового пентафрагмента на основе номера папки, содержащей ранее найденный пентафрагмент;

- проведение поиска нового пентафрагмента в базе данных на основе созданного списка папок;

- фиксирование номера папки базы данных, содержащей найденный пентафрагмент;

- внесение номера папки базы данных, содержащей найденный пентафрагмент, в рабочий файл исследуемого белка;

- повторение поиска последующих пентафрагментов до конца последовательности аминокислот исследуемого белка;

В таблице 10 приведена процедура поиска пентафрагментов для белка цитохрома C₂, от начального пентафрагмента, найденного в 23 строке, до конца последовательности аминокислот исследуемого белка.

Таблица 10 Поиск пентафрагментов для белка цитохрома C₂, начиная от начального пентафрагмента до конца последовательности аминокислот исследуемого белка 1 2 3 4 5 112   Z STP bb bbbbbb bb 111   L Leu 00 001010 10 110   Т Thr 00 101010 10 109   K Lys 10 101010 11 108   L Leu 10 101011 11 107   Y Tyr 10 101111 11 106   A Ala 10 111111 11 105   I Ile 11 111111 11 104   V Val 11 111111 01 103   N Asn 11 111101 01 102   E Glu 11 110101 01 101   I Ile 11 010101 01 100   E Glu 01 010101 00 99   D Asp 01 010100 00

Таблица 10 (продолж.) 98   D Asp 01 010000 00 97   K Lys 01 000000 00 96   T Thr 00 000000 00 95   L Leu 00 000000 00 94   K Lys 00 000000 00 93   F Phe 00 000000 00 92   T Thr 00 000000 00 91   M Met 00 000000 00 90   K Lys 00 000000 00 89   S Ser 00 000000 00 88   K Lys 00 000000 00 87   A Ala 00 000000 10 86   K Lys 00 000010 10 85   P Pro 00 001010 10 84   D Asp 00 101010 10 83   G Gly 10 101010 11 82   S Ser 10 101011 11 81   K Lys 10 101111 11 80   E Glu 10 111111 01 79   L Leu 11 111101 01 78   V Val 11 110101 11 77   F Phe 11 010111 11 76   A Ala 01 011111 10 75   K Lys 01 111110 10 74   P Pro 11 111010 11 73   N Asn 11 101011 11 72   K Lys 10 101111 11 71   V Val 10 111111 11 70   Y Tyr 11 111111 01 69   A Ala 11 111101 01 68   A Ala 11 110101 01 67   L Leu 11 010101 01 66   N Asn 01 010101 00 65   A Ala 01 010100 00 64   E Glu 01 010000 00 63   T Thr 01 000000 10 62   W Trp 00 000010 10 61   T Thr 00 001010 10 60   L Leu 00 101010 10 59   G Gly 10 101010 11 58   K Lys 10 101011 11 57   A Ala 10 101111 11 56   K Lys 10 111111 01 55   M Met 11 111101 01 54   E Glu 11 110101 01 53   T Thr 11 010101 01 52   Y Tyr 01 010101 00 51   S Ser 01 010100 00 50   E Glu 01 010000 00

Таблица 10 (продолж.) 49   S Ser 01 000000 00 48   Y Tyr 00 000000 00 47   A Ala 00 000000 00 46   Y Tyr 00 000000 00 45   N Asn 00 000000 00 44   D Asp 00 000000 00 43   K Lys 00 000000 00 42   H His 00 000000 00 41   A Ala 00 000000 00 40   A Ala 00 000000 00 39   T Thr 00 000000 00 38   N Asn 00 000000 00 37   E Glu 00 000000 00 36   F Phe 00 000000 00 35   V Val 00 000000 00 34   G Gly 00 000000 00 33   F Phe 00 000000 00 32   L Leu 00 000000 00 31   N Asn 00 000000 00 30   P Pro 00 000000 00 29   G Gly 00 000000 00 28   V Val 00 000000 00 27   K Lys 00 000000 00 26   N Asn 00 000000 00 25   A Ala 00 000000 00 24   G Gly 00 000000 00 23   G Gly 00 000000 00 22   Q Gln bb bbbbbb bb 21   D Asp bb bbbbbb bb 20   F Phe bb bbbbbb bb 19   T Thr bb bbbbbb bb

- возврат к найденному начальному пентафрагменту;

В таблице 11 приведен этап возврата программы к начальному пентафрагменту, осуществления сдвига назад и выделение в белке нового пентафрагмента. Начальный пентафрагмент (строка 23) выделен жирным шрифтом.

- сдвиг назад вдоль последовательности аминокислот в рабочем файле исследуемого белка на одну аминокислоту и выделение нового пентафрагмента;

Пентафрагмент, выделенный в сторону начала цепи, показан в таблице 11 жирным шрифтом.

- запоминание и кодирование нового пентафрагмента с целью проведения поиска в базе данных;

Программа запоминает последовательность: Gln, Asp, Phe, Thr, His.

Таблица 11 Возврат к начальному пентафрагменту белка цитохрома C₂ и сдвиг назад 1 2 3 4 5 24   G Gly 00 000000 00 23   G Gly bb bbbbbb bb 22   Q Gln bb bbbbbb bb 21   D Asp bb bbbbbb bb 20   F Phe bb bbbbbb bb 19   T Thr bb bbbbbb bb 18   H His bb bbbbbb bb 17   C Cys bb bbbbbb bb 16   A Ala bb bbbbbb bb 15   L Leu bb bbbbbb bb 14   C Cys bb bbbbbb bb 13   K Lys bb bbbbbb bb 12   K Lys bb bbbbbb bb 11   S Ser bb bbbbbb bb 10   V Val bb bbbbbb bb 9   K Lys bb bbbbbb bb 8   E Glu bb bbbbbb bb 7   G Gly bb bbbbbb bb 6   A Ala bb bbbbbb bb 5   A Ala bb bbbbbb bb 4   A Ala bb bbbbbb bb 3   D Asp bb bbbbbb bb 2   G Gly bb bbbbbb bb 1   E Glu bb bbbbbb bb 0   M MET bb bbbbbb bb

Кодирование пентафрагмента:

Gln 4 Asp 4 Phe 3 Thr 3 His 3

Кодовый номер, запомненный программой: 44333.

- создание нового списка папок для поиска нового пентафрагмента на основе номера папки, содержащей ранее найденный пентафрагмент;

В отличие от процедуры создания нового списка вперед, при перемещении назад список создается путем прибавления к номеру папки начального пентафрагмента, переменных 00, 01, 10, 11 с правой стороны папки, а удаление пары переменных - с левой стороны. Новый список папок для поиска нового пентафрагмента имеет следующий вид: 00 000000 00, 00 000000 01, 00 000000 10,00 000000 11.

- проведение поиска нового пентафрагмента в базе данных на основе созданного списка папок;

- фиксирование номера папки базы данных, содержащей найденный пентафрагмент;

- внесение номера папки базы данных, содержащей найденный пентафрагмент, в рабочий файл исследуемого белка;

- повторение поиска пентафрагмента до начала последовательности аминокислот исследуемого белка.

В таблице 12 приведен результат поиска пентафрагментов в сторону начала последовательности аминокислот исследуемого белка.

Таблица 12 Поиск пентафрагментов в цитохроме C₂ в сторону начала исследуемого белка 24   G Gly 00 000000 00 23   G Gly 00 000000 00 22   Q Gln 00 000000 10 21   D Asp 00 000010 00 20   F Phe 00 001000 00 19   T Thr 00 100000 10 18   H His 10 000010 01 17   C Cys 00 001001 00 16   A Ala 00 100100 10 15   L Leu 10 010010 11 14   C Cys 01 001011 10 13   K Lys 00 101110 10 12   K Lys 10 111010 11 11   S Ser 11 101011 11 10   V Val 10 101111 01 9   K Lys 10 111101 01 8   E Glu 11 110101 01 7   G Gly 11 010101 01 6   A Ala 01 010101 00 5   A Ala 01 010100 00 4   A Ala bb bbbbbb bb 3   D Asp bb bbbbbb bb 2   G Gly bb bbbbbb bb 1   E Glu bb bbbbbb bb 0   M MET bb bbbbbb bb

Как следует из приведенной таблицы, процедура нахождения пентафрагментов полностью доходит до первых пяти аминокислот белковой цепи и таким образом процесс анализа рабочего файла считается законченным. Полностью файл результирующий рабочий файл, на основе которого производится прогнозирование вторичной структуры белка цитохрома C₂ на основе его первичной структуры, приведен в таблице 13.

Таблица 13 Результирующий рабочий файл белка цитохрома C₂ 1 2 3 4 5 112   Z STP bb bbbbbb bb 111   L Leu 00 001010 10 110   T Thr 00 101010 10 109   K Lys 10 101010 11 108   L Leu 10 101011 11 107   Y Tyr 10 101111 11 106   A Ala 10 111111 11 105   I Ile 11 111111 11 104   V Val 11 111111 01 103   N Asn 11 111101 01 102   E Glu 11 110101 01 101   I Ile 11 010101 01 100   E Glu 01 010101 00 99   D Asp 01 010100 00 98   D Asp 01 010000 00 97   K Lys 01 000000 00 96   T Thr 00 000000 00 95   L Leu 00 000000 00 94   K Lys 00 000000 00 93   F Phe 00 000000 00 92   T Thr 00 000000 00 91   M Met 00 000000 00 90   K Lys 00 000000 00 89   S Ser 00 000000 00 88   K Lys 00 000000 00 87   A Ala 00 000000 10 86   K Lys 00 000010 10 85   P Pro 00 001010 10 84   D Asp 00 101010 10 83   G Gly 10 101010 11 82   S Ser 10 101011 11 81   K Lys 10 101111 11 80   E Glu 10 111111 01 79   L Leu 11 111101 01 78   V Val 11 110101 11 77   F Phe 11 010111 11 76   A Ala 01 011111 10 75   K Lys 01 111110 10 74   P Pro 11 111010 11 73   N Asn 11 101011 11 72   K Lys 10 101111 11 71   V Val 10 111111 11 70   Y Tyr 11 111111 01 69   A Ala 11 111101 01 68   A Ala 11 110101 01 67   L Leu 11 010101 01

Таблица 13 (продолж.) 66   N Asn 01 010101 00 65   A Ala 01 010100 00 64   E Glu 01 010000 00 63   T Thr 01 000000 10 62   W Trp 00 000010 10 61   T Thr 00 001010 10 60   L Leu 00 101010 10 59   G Gly 10 101010 11 58   K Lys 10 101011 11 57   A Ala 10 101111 11 56   K Lys 10 111111 01 55   M Met 11 111101 01 54   E Glu 11 110101 01 53   T Thr 11 010101 01 52   Y Tyr 01 010101 00 51   S Ser 01 010100 00 50   E Glu 01 010000 00 49   S Ser 01 000000 00 48   Y Tyr 00 000000 00 47   A Ala 00 000000 00 46   Y Tyr 00 000000 00 45   N Asn 00 000000 00 44   D Asp 00 000000 00 43   K Lys 00 000000 00 42   H His 00 000000 00 41   A Ala 00 000000 00 40   A Ala 00 000000 00 39   T Thr 00 000000 00 38   N Asn 00 000000 00 37   E Glu 00 000000 00 36   F Phe 00 000000 00 35   V Val 00 000000 00 34   G Gly 00 000000 00 33   F Phe 00 000000 00 32   L Leu 00 000000 00 31   N Asn 00 000000 00 30   P Pro 00 000000 00 29   G Gly 00 000000 00 28   V Val 00 000000 00 27   K Lys 00 000000 00 26   N Asn 00 000000 00 25   A Ala 00 000000 00 24   G Gly 00 000000 00 23   G Gly 00 000000 00 22   Q Gln 00 000000 10 21   D Asp 00 000010 00 20   F Phe 00 001000 00 19   T Thr 00 100000 10 18   H His 10 000010 01

Таблица 13 (продолж.) 17   C Cys 00 001001 00 16   A Ala 00 100100 10 15   L Leu 10 010010 11 14   C Cys 01 001011 10 13   K Lys 00 101110 10 12   K Lys 10 111010 11 11   S Ser 11 101011 11 10   V Val 10 101111 01 9   K Lys 10 111101 01 8   E Glu 11 110101 01 7   G Gly 11 010101 01 6   A Ala 01 010101 00 5   A Ala 01 010100 00 4   A Ala bb bbbbbb bb 3   D Asp bb bbbbbb bb 2   G Gly bb bbbbbb bb 1   E Glu bb bbbbbb bb 0   M MET bb bbbbbb bb

З) провели прогнозирование вторичной структуры белка по положению α-спиральных, β-структурных фрагментов и изгибов β-структуры в первичной структуре белка, определенных на основе сведений о номерах папок последовательно внесенных в рабочий файл для всех пентафрагментов исследуемого белка или его фрагмента.

Положение α-спиральных, β-структурных фрагментов и изгибов β-структуры в первичной структуре цитохрома С₂ определено из таблицы 13 и приведено в таблице 14. Из этих данных следует, что в этом белке обнаруживается четыре α-спиральных, два β-структурных фрагмента и два изгиба β-структуры.

Таблица 14 Характеристика вторичной структуры белка репрессора метионина № Название белка, индекс в Protein Data Bank, число аминокислот (АК) Тип вторичной структуры α-спираль β-структура изгиб β-структуры Положение на белке 2. Цитохром C₂, 2c2c,
111 АК 7-12, 20-52, 18, 53-59, 84-100 63 67-83,     101-109

Пример 3.

В данном примере рассмотрен способ, иллюстрирующий ситуацию, когда проводили прогнозирование положения α-спиральных, β-структурных фрагментов и изгибов β-структурных во фрагменте белка.

В приведенном примере рассмотрен домен (фрагмент) более крупного белка, что показывает возможность использования данного способа не только на целых белках, но и на их фрагментах. Начальный пентафрагмент совпадает с первым фрагментом анализируемого домена.

Проводили прогнозирование положения α-спиральных, β-структурных фрагментов и изгибов β-структуры в первичной структуре домена рецептора гормона эстрогена (шифр в Protein Data Bank - 1hcq, публикация SCHWABE J.W.R., CHAPMAN L., FINCH J.T., RHODES D. The crystal structure of the estrogen receptor DNA-binding domain bound to DNA: how receptors discriminate between their response elements. Cell (Cambridge, Mass.), 1993, V.75, P.567).

Фрагменты более крупных белков (домены), часто используют для детального исследования конкретных механизмов взаимодействия рецепторных белков с лигандами. Данный домен, по данным РСА, в кристаллической структуре содержит 74 аминокислоты.

Пункты А) - Г) - аналогичны примеру 1.

Д) вводят в память компьютера текстовый файл в виде последовательности аминокислот фрагмента исследуемого белка: Protein Data Bank - 1HCQA-

1 mketrycavc ndyasgyhyg vwscegckaf fkrsiqghnd ymcpatnqct idknrrkscq

61 acrlrkcyev gmmkggirkd rrgg

Жирным шрифтом выделены аминокислоты, которые в структуре белка отсутствуют. Мы их не использовали.

Е) текстовый файл представляют в виде рабочего файла, содержащего последовательность аминокислот исследуемого белка или его фрагмента, с помощью ранее записанной в память компьютера программы FILEMAKER;

В таблице 15 представлен начальный и конечный участки рабочего файла фрагмента белка рецептора гормона эстрогена (1hcq), полученный на основе последовательности аминокислот из Protein Data Bank.

Ж) проводили поиск пентафрагментов исследуемого белка в базе данных с помощью ранее записанной в память компьютера программы PREDICTOR, при этом алгоритм программы включает в себя два этапа:

I) проведение поиска начального пентафрагмента

В данном примере этот этап аналогичен примеру 1.

Таблица 15 Начальный и конечный участки рабочего файла фрагмента белка рецептора гормона эстрогена 1 2 3 4 5 75   Z STP bb bbbbbb bb 74   K Lys bb bbbbbb bb 73   M Met bb bbbbbb bb 72   M Met bb bbbbbb bb 71   G Gly bb bbbbbb bb 70   V Val bb bbbbbb bb …   . … .. …….. …   . … .. …….. 6   Y Tyr bb bbbbbb bb 5   R Arg bb bbbbbb bb 4   T Thr bb bbbbbb bb 3   E Glu bb bbbbbb bb 2   K Lys bb bbbbbb bb 1   A Ala bb bbbbbb bb 0   M MET bb bbbbbb bb

II) проведение поиска последующих пентафрагментов после нахождения начального пентафрагмента.

В данном примере этот этап также аналогичен примеру 1.

- повторение поиска последующих пентафрагментов до конца последовательности аминокислот исследуемого белка;

В результате поиска пентафрагментов, проведенного до конца последовательности аминокислот исследуемого фрагмента белка рецептора гормона эстрогена, была получена полностью заполненная таблица 16.

Таблица 16 Результирующий рабочий файл фрагмента белка рецептора гормона эстрогена 1 2 3 4 5 75   Z STP bb bbbbbb bb 74   K Lys 00 000010 10 73   M Met 00 001010 10 72   M Met 00 101010 10 71   G Gly 10 101010 11 70   V Val 10 101011 11 69   E Glu 10 101111 11 68   Y Tyr 10 111111 11 67   C Cys 11 111111 11 66   K Lys 11 111111 01 65   R Arg 11 111101 01 64   L Leu 11 110101 01 63   R Arg 11 010101 01

Таблица 16 (продолж.) 62   C Cys 01 010101 00 61   A Ala 01 010100 00 60   Q Gln 01 010000 10 59   C Cys 01 000010 00 58   S Ser 00 001000 00 57   K Lys 00 100000 00 56   R Arg 10 000000 01 55   R Arg 00 000001 00 54   N Asn 00 000100 00 53   K Lys 00 010000 00 52   D Asp 01 000000 00 51   I Ile 00 000000 00 50   T Thr 00 000000 00 49   C Cys 00 000000 00 48   Q Gln 00 000000 00 47   N Asn 00 000000 00 46   T Thr 00 000000 00 45   A Ala 00 000000 00 44   P Pro 00 000000 00 43   C Cys 00 000000 00 42   M Met 00 000000 00 41   Y Tyr 00 000000 10 40   D Asp 00 000010 10 39   N Asn 00 001010 10 38   H His 00 101010 10 37   G Gly 10 101010 11 36   Q Gln 10 101011 11 35   I Ile 10 101111 11 34   S Ser 10 111111 11 33   R Arg 11 111111 11 32   K Lys 11 111111 11 31   F Phe 11 111111 01 30   F Phe 11 111101 01 29   A Ala 11 110101 01 28   K Lys 11 010101 01 27   C Cys 01 010101 00 26   G Gly 01 010100 00 25   E Glu 01 010000 00 24   C Cys 01 000000 00 23   S Ser 00 000000 00 22   W Trp 00 000000 00 21   V Val 00 000000 00 20   G Gly 00 000000 00 19   Y Tyr 00 000000 00 18   H His 00 000000 00 17   Y Tyr 00 000000 00 16   G Gly 00 000000 00 15   S Ser 00 000000 10 14   A Ala 00 000010 00

Таблица 16 (продолж.) 13   Y Tyr 00 001000 00 12   D Asp 00 100000 00 11   N Asn 10 000000 01 10   C Cys 00 000001 00 9   V Val 00 000100 00 8   A Ala 00 010000 00 7   C Cys 01 000000 00 6   Y Tyr 00 000000 00 5   R Arg 00 000000 00 4   T Thr bb bbbbbb bb 3   E Glu bb bbbbbb bb 2   K Lys bb bbbbbb bb 1   A Ala bb bbbbbb bb 0   M MET bb bbbbbb bb

З) прогнозировали вторичную структуру белка по положениям α-спиральных, β-структурных фрагментов и изгибов β-структуры в первичной структуре белка, определенных на основе сведений о номерах папок, последовательно внесенных в рабочий файл для всех пентафрагментов исследуемого белка или его фрагмента.

Положение α-спиральных, β-структурных фрагментов и изгибов β-структуры в первичной структуре фрагмента белка рецептора гормона эстрогена определено из таблицы 16 и приведено в таблице 17. Из этих данных следует, что в данном белке обнаруживается два α-спиральных, три β-структурных фрагмента и два изгиба β-структуры.

Таблица 17 Характеристика вторичной структуры фрагмента белка рецептора гормона эстрогена № Название белка, индекс в Protein Data Bank, число аминокислот (АК) Тип вторичной структуры α-спираль β-структура Центры изгибов β-структуры Положение на белке 3. Фрагмент белка рецептора гормона эстрогена, 1hcq 74 АК 28-37, 1-10, 11 63-71 12-27, 56 38-55,

Таким образом, из приведенного примера следует, что прогнозирование вторичной структуры можно проводить и по фрагменту белка.

Сопоставление результатов прогнозирования, полученных предлагаемым способом, с экспериментальными данными

Критерием эффективности предлагаемого способа прогнозирования вторичной структуры белка является сопоставление положения α-спиральных, β-структурных фрагментов и изгибов β-структуры в первичной структуре белка, прогнозируемое предлагаемым способом, с данными экспериментального исследования тех же белков, в частности, с помощью метода РСА. Для сравнения мы использовали приведенные выше примеры 1-3 (табл.18).

Сопоставление экспериментальных данных и результатов прогнозирования положения α-спиральных, β-структурных фрагментов и изгибов β-структуры с помощью предлагаемого метода показывает, что эти данные практически полностью совпадают (с точностью ± одна аминокислота). Существующие методы прогнозирования вторичной структуры белка на основе его первичной структуры обладают такими недостатками, как предсказание ложных фрагментов вторичной структуры или неполное предсказание всех фрагментов вторичной структуры, что связано с методологическими недостатками этих подходов (в частности, с вероятностным характером проводимых вычислений). При проведении прогнозирования вторичной структуры белка заявляемым способом не обнаруживается ни ложных фрагментов вторичной структуры, ни неполного выявления фрагментов вторичной структуры. Близкая к 100% точность прогнозирования вторичной структуры белка связана с методологическими особенностями данного способа, основанного на выделении идущих со сдвигом в одну аминокислоту пентфрагментов, и их поиске в базе данных пентафрагментов белков, содержащей в названиях папок информацию о водородных связях пентафрагментов во вторичной структуре белка.

То, что результаты прогнозирования положения α-спиральных, β-структурных фрагментов, а также изгибов β-структуры на основе предлагаемого способа обладают высокой точностью и описывают положение водородных связей во вторичной структуре исследуемого белка, создает условия, во-первых, для написания программ, осуществляющих 3D визуализацию прогнозированной структуры, а во-вторых, позволяет использовать эти результаты для последующей разработки способов прогнозирования третичных структур на основе прогнозированных вторичных структур. Тем самым сделан шаг в решении практически важной задачи теоретического построения пространственных структур белков на основе их первичной структуры.

«База данных пентафрагментов белков» и «Компьютерная программа для прогнозирования вторичной структуры белков - PREDICTOR» направлены на регистрацию в Роспатент.

Изобретение относится к области биоинформатики и биотехнологии, в частности к прогнозированию вторичной структуры белка, и может быть использовано в молекулярной биологии и медицине. Положение α-спиральных, β-структурных фрагментов и изгибов β-структуры в последовательности аминокислот белка прогнозируют с помощью специально написанной программы PREDICTOR путем сравнения выделяемых в рабочем файле исследуемого белка последовательно, со сдвигом в одну аминокислоту фрагментов из пяти аминокислот (пентафрагментов), начиная с N-конца белка, со специально созданной базой данных пентафрагментов белков, введенной в память компьютера и полученной с помощью специально написанных программ на основе файлов с координатами атомов структур белков из свободного доступа Protein Data Bank. На основе сведений о номерах папок, последовательно внесенных в рабочий файл для всех выделенных в последовательности аминокислот пентафрагментов, определяют положение α-спиральных, β-структурных фрагментов и изгибов β-структуры в первичной структуре белка, по которым судят о вторичной структуре исследуемого белка. 18 табл.

Способ прогнозирования вторичной структуры белка на основе определения положения α-спиральных, β-структурных фрагментов и изгибов β-структуры в первичной структуре белка, заключающийся в следующем:
A) создают базу данных аминокислотных пентафрагментов белков, содержащую папки с пентафрагментами, причем исходный список папок составлен по их названиям, сформированным на основании закодированного в двоичной системе описания водородных связей пептидных групп пентафрагментов во вторичной структуре белков, и записывают ее на информационный носитель;
Б) вводят в память компьютера записанную на информационный носитель базу данных аминокислотных пентафрагментов белков;
B) вводят в память компьютера программу FILEMAKER для представления информации о первичной структуре исследуемого белка в виде рабочего файла;
Г) вводят в память компьютера программу PREDICTOR для выделения пентафрагментов в рабочем файле исследуемого белка, поиска выделенных пентафрагментов в базе данных и записи названий папок базы данных, в которых обнаружены искомые пентафрагменты;
Д) вводят в память компьютера текстовый файл в виде
либо последовательности нуклеотидов, кодирующих исследуемый белок или его фрагмент;
либо последовательности аминокислот исследуемого белка или его фрагмента;
Е) текстовый файл представляют в виде рабочего файла, содержащего последовательность аминокислот исследуемого белка или его фрагмента с помощью ранее записанной в память компьютера программы FILEMAKER;
Ж) проводят поиск пентафрагментов исследуемого белка в базе данных с помощью ранее записанной в память компьютера программы PREDICTOR, при этом алгоритм программы включает в себя два этапа:
I) проведение поиска начального пентафрагмента, включающее
выделение в последовательности аминокислот исследуемого белка первого пентафрагмента;
запоминание и кодирование этого пентафрагмента с целью проведения поиска в базе данных;
проведение поиска первого пентафрагмента в папках базы данных на основе исходного списка папок, введенного в текст программы;
при нахождении первого пентафрагмента в базе данных на основе исходного списка папок считают этот фрагмент начальным и производят:
фиксирование номера папки базы данных, содержащей начальный пентафрагмент;
внесение номера папки базы данных, содержащей начальный пентафрагмент, в рабочий файл исследуемого белка;
при ненахождении первого пентафрагмента в базе данных на основе исходного списка папок производят:
сдвиг вдоль последовательности аминокислот в рабочем файле исследуемого белка на одну аминокислоту и выделение следующего по порядку пентафрагмента;
запоминание и кодирование этого пентафрагмента с целью проведения поиска в базе данных;
проведение поиска следующего пентафрагмента в папках базы данных на основе исходного списка папок, введенного в текст программы;
повторение поиска начального пентафрагмента до нахождения искомого пентафрагмента в папках базы данных на основе исходного списка папок, введенного в текст программы, и назначение найденного пентафрагмента начальным;
II) проведение поиска последующих пентафрагментов после нахождения начального пентафрагмента, включающее
при совпадении начального пентафрагмента с первым пентафрагментом в последовательности аминокислот исследуемого белка производят:
сдвиг вперед вдоль последовательности аминокислот в рабочем файле исследуемого белка на одну аминокислоту и выделение нового пентафрагмента;
запоминание и кодирование нового пентафрагмента с целью проведения поиска в базе данных;
создание нового списка папок для поиска нового пентафрагмента на основе номера папки, содержащей ранее найденный пентафрагмент;
проведение поиска нового пентафрагмента в базе данных на основе созданного списка папок;
фиксирование номера папки базы данных, содержащей найденный пентафрагмент;
- внесение номера папки базы данных, содержащей найденный пентафрагмент, в рабочий файл исследуемого белка;
- повторение поиска последующих пентафрагментов до конца последовательности аминокислот исследуемого белка;
- при несовпадении начального пентафрагмента с первым пентафрагментом в последовательности аминокислот исследуемого белка производят:
- сдвиг вперед вдоль последовательности аминокислот в рабочем файле исследуемого белка на одну аминокислоту и выделение нового пентафрагмента;
- запоминание и кодирование нового пентафрагмента с целью проведения поиска в базе данных;
- создание нового списка папок для поиска нового пентафрагмента на основе номера папки, содержащей ранее найденный пентафрагмент;
- проведение поиска нового пентафрагмента в базе данных на основе созданного списка папок;
- фиксирование номера папки базы данных, содержащей найденный пентафрагмент;
- внесение номера папки базы данных, содержащей найденный пентафрагмент, в рабочий файл исследуемого белка;
- повторение поиска последующих пентафрагментов до конца последовательности аминокислот исследуемого белка;
- возврат к найденному начальному пентафрагменту;
- сдвиг назад вдоль последовательности аминокислот в рабочем файле исследуемого белка на одну аминокислоту и выделение нового пентафрагмента;
- запоминание и кодирование нового пентафрагмента с целью проведения поиска в базе данных;
- создание нового списка папок для поиска нового пентафрагмента на основе номера папки, содержащей ранее найденный пентафрагмент;
- проведение поиска нового пентафрагмента в базе данных на основе созданного списка папок;
фиксирование номера папки базы данных, содержащей найденный пентафрагмент;
- внесение номера папки базы данных, содержащей найденный пентафрагмент, в рабочий файл исследуемого белка;
- повторение поиска пентафрагмента до начала последовательности аминокислот исследуемого белка;
З) прогнозируют вторичную структуру белка по положению α-спиральных, β-структурных фрагментов и изгибов β-структуры в первичной структуре белка, определенному на основе сведений о номерах папок, последовательно внесенных в рабочий файл для всех пентафрагментов исследуемого белка или его фрагмента.