Proteomikaning asosiy rivojlanish yo'nalishlari. Proteomika yuqori texnologiyali baliq ovlash Proteomika

Funktsional proteomika
Organizmda u yoki bu oqsilning mavjudligi uning ma'lum bir funktsiyaga ega (yoki ega bo'lgan)ligini taxmin qilishga asos beradi va butun proteoma butun organizmning to'liq ishlashini ta'minlash uchun xizmat qiladi. Funktsional proteomika proteomaning funksional xususiyatlarini aniqlash bilan shug'ullanadi va u hal qiladigan vazifalar, masalan, oqsil-peptid tuzilmalarini aniqlashga qaraganda ancha murakkab.
Shubhasiz, proteomning ishlashi ko'p komponentli muhitda amalga oshiriladi, unda boshqa kimyoviy sinflarning ko'plab molekulalari - shakar, lipidlar, prostaglandinlar, turli ionlar va boshqalar, shu jumladan suv molekulalari mavjud. Biroz vaqt o'tgach, "shakar", "lipid" va shunga o'xshash atamalar paydo bo'lishi mumkin. Protein molekulalari ularni o'rab turgan boshqa yoki bir xil tuzilmalar bilan o'zaro ta'sir qiladi, bu oxir-oqibatda birinchi navbatda molekulyar darajada, keyin esa makroskopik darajada funktsional reaktsiyalarning paydo bo'lishiga olib keladi. Ko'pgina bunday jarayonlar allaqachon ma'lum, jumladan, oqsillar bilan bog'liq. Ular orasida fermentning substrat bilan, antigenning antikor bilan, peptidlarning retseptorlari bilan, toksinlarning ion kanallari bilan o'zaro ta'siri va boshqalar. (retseptorlar va ion kanallari ham oqsil shakllanishi). Ushbu jarayonlarning mexanizmlarini aniqlash uchun o'zaro ta'sirning individual ishtirokchilarining eksperimental tadqiqotlari ham tizim tadqiqotlari bioinformatika vositalari. Keling, bunday tizimli yondashuvlarning bir nechta misollarini ko'rib chiqaylik.
Shaklda. 11-rasmda inson proteomasi (bu holda peptidoma) vakillari - turli xil gastrinlar va xoletsistokininlar ko'rsatilgan, ular mahalliylashtirilgan. oshqozon-ichak trakti(aminokislotalar ketma-ketligini yozishda standart bir harfli kod ishlatilgan, uning dekodlanishi biz tomonidan ilgari berilgan). Ushbu peptidlarning molekulalarining funktsional qismlari o'ng qo'l mintaqalariga juda o'xshash. Biroq, peptidlar qarama-qarshi xulq-atvor xususiyatlariga ega: gastrinlar odamni och his qiladi, xoletsistokininlar esa odamlarni to'liq his qiladi. Ko'rinib turibdiki, bu farq xoletsistokininlarning birlamchi ketma-ketligida tirozin Y qoldig'ining pozitsiyasi gastrinlarga nisbatan bir pog'onaga siljiganligi bilan bog'liq. Xuddi shu rasmda Ciona intestinalis protozoasidan olingan siyanin peptidining birlamchi tuzilishi ko'rsatilgan (12-rasm). Uning tuzilishi ham gastrinlar, ham xoletsistokininlar uchun gomologikdir va ikkala peptidda bo'lgani kabi bir xil pozitsiyalarda joylashgan ikkita tirozin qoldig'i bilan tavsiflanadi. Afsuski, uning funktsional xususiyatlari o'rganilmagan. Va to'g'ri eksperimental tadqiqotlar bilan qarama-qarshi fiziologik ta'sirlarning namoyon bo'lishida umuman kimyoviy tuzilish va xususan tirozin qoldiqlarining roli qanday degan savolga javob berish mumkin edi.

Guruch. 11-rasm. Tunik peptidlardan birining tuzilishiga nisbatan odam peptidomasi vakillarining birlamchi tuzilmalari.

Guruch. 12. Ciona intestinalis, Shimoliy dengizda yashovchi
Yana bir misol: rasmda. 13-rasmda juda o'xshash molekulalarning aminokislotalar ketma-ketligi ko'rsatilgan, ular ham strukturaviy gomologik oilada birlashgan. Bu molekulalar evolyutsion jihatdan juda uzoqda joylashgan tirik organizmlarda, hasharotlardan sutemizuvchilargacha topilgan. Birinchi qatorda 9 ta aminokislota qoldig'ini o'z ichiga olgan va ko'plab yuqori organizmlarda, shu jumladan odamlarda joylashgan bradikininning asosiy tuzilishi berilgan. Yillar davomida kimyogarlar ushbu molekulaning qaysi qismi retseptor bilan o'zaro ta'sir qilish uchun javob beradi degan savolga javob berish uchun uning turli xil tabiiy bo'lmagan analoglarini sintez qilishdi. Taxminan 30 yil oldin, bradikininning barcha mumkin bo'lgan qismlari hatto sintez qilingan - 8 dipeptid, 7 tripeptid va boshqalar. (jami 36 ta bo'lak bo'lishi mumkin), faollik qiymati keyinchalik xuddi shu biologik testda sinovdan o'tkazildi. Natija ahamiyatsiz bo'lib chiqdi: ma'lum bo'lishicha, faqat butun molekula maksimal faollikni namoyon qiladi va har bir parcha alohida-alohida iz faolligiga yoki nolga ega. Agar o'sha paytda boshqa bradikininlar ma'lum bo'lsa, bu ko'p vaqt talab qiladigan ishni bajarish shart emas edi. 13 va bioinformatika yordamida ular global proteomadan ajratilgan bo'lar edi. Taqdim etilgan strukturaviy-homolog oila barcha molekulalarning biologik evolyutsiya natijasida deyarli o'zgarmagan hududga ega ekanligini (kvazikonservativ hudud) aniq ko'rsatib turibdi va u eng mukammal deb tanlangan yuqori tirik organizmlarning bradikinin molekulasidir. evolyutsiya jarayonining natijasidir. Ushbu misol proteomika bioinformatika bilan birgalikda fundamental ilmiy muammolarni tez (va arzon) hal qilish imkonini berishini ko'rsatadi.

Guruch. 13. Turli tirik organizmlardan olingan tabiiy bradikinin peptidlarining birlamchi tuzilmalari. Qalin harflar kvazikonservativ hududlarni bildiradi

Guruch. 14. Strukturaviy gomologik endotelin/toksinlar oilasining birlamchi tuzilmalari.
Va nihoyat, uchinchi misol - sutemizuvchilar endotelinlari va ilon toksinlarining strukturaviy gomologik oilasi (14-rasm). Tuzilmalarning hayratlanarli o'xshashligiga qaramasdan, ularning funktsional xususiyatlari bir-biridan keskin farq qiladi: ba'zilari qon tomirlari qisqarishining juda foydali regulyatorlari, boshqalari esa hayot uchun halokatli. Bunday holda, biz birlamchi tuzilma funktsiyalardagi farqning sababini tushuntira oladigan etarli ma'lumotga ega bo'lmagan vaziyatga duch kelamiz va fazoviy (uchinchi darajali) tuzilmani batafsilroq ko'rib chiqish talab etiladi. Shaklda. 15 va 16 NMR spektroskopiyasi yordamida olingan bu oilaning ikkita vakili - endotelin-1 va sarafotoksin 6b ning fazoviy tuzilmalarini ko'rsatadi. Raqamlarda ular maksimal fazoviy homologiyaga erishish uchun aylantiriladi. Ammo hech qanday aylanishda to'liq homologiyaga erishib bo'lmaydi. Binobarin, birlamchi tuzilmalarning katta o'xshashligiga qaramasdan, ularning o'zaro ta'siri turli xil retseptor tuzilmalari bilan amalga oshiriladi va shuning uchun turli xil fiziologik ta'sirlarga olib keladi.

Guruch. 15. Odamning vazokonstriktiv peptid endotelin-1 ning fazoviy tuzilishi

Guruch. 16. Isroil iloni Atractaspis engaddesisdan olingan sarafotoksin 6b ning fazoviy tuzilishi.
Albatta, bunday aniq misollar bilan funktsional proteomikaning xilma-xilligini to'liq tavsiflab bo'lmaydi. Organizmdagi oqsil va boshqa molekulalarning o'zaro ta'sirining ulkan tarmog'i haqida g'oyalar yaratish katta mehnat va zamonaviy bioinformatikaning barcha vositalaridan foydalanishni talab qiladi. Darhaqiqat, bunday vakolatxonalarni yaratish endi boshlanmoqda. Biroq, har yili bu boradagi bilimlarimiz tez sur'atlar bilan o'sib boradi, deyishga asos bor.

Guruch. 17. Karbon kislotalar almashinuvi xaritasining umumiy konturlari
Biokimyo institutida karboksilik kislotalar almashinuvi xaritasi yaratilgani bu yo‘lda qo‘lga kiritilgan dastlabki muvaffaqiyatlardandir. A.N. Bax Rossiya akademiyasi Fanlar (17-rasm). Ushbu xarita muntazam davriy tuzilishga ega bo'lgan reaktsiyalar tarmog'idir. Ushbu yondashuv funktsional jihatdan o'xshash metabolitlar o'xshash biokimyoviy o'zgarishlarga duchor bo'lib, funktsional jihatdan o'xshash hosilalarni hosil qilganligi sababli muvaffaqiyatli bo'ldi. Xaritada vertikal ravishda bir xil miqdordagi uglerod atomlari (1 dan 10 gacha) bo'lgan birikmalarni o'z ichiga olgan joylar mavjud va gorizontal qatorlar funktsional jihatdan o'xshash metabolitlar qatorlarini ifodalaydi. Xaritadagi kimyoviy tuzilmalar tegishli kimyoviy o'zgarishlarda qaysi fermentlar (oqsillar) ishtirok etishini ko'rsatadigan ko'plab strelkalar bilan bog'langan. Bunday yondashuv D.I. kimyoviy elementlarning davriy jadvaliga o'xshab ketadi, shunday emasmi? Mendeleev? Va xuddi Mendeleyev tizimi kabi, bu karta bashorat qilish kuchiga ega. Uning yordami bilan bir qator yangi fermentlar bashorat qilindi, ular keyinchalik eksperimental ravishda topildi.
Shunga o'xshash sxemalar boshqa metabolik jarayonlarga (masalan, uglevodlar, aminokislotalar va boshqalar) qo'llanilishi mumkin, shuningdek, biokimyoviy reaktsiyalarning yangi metabolitlarini qidirishda ham qo'llanilishi mumkin.
Shunday qilib, funktsional proteomika proteomaning tuzilishi va funktsiyalari o'rtasidagi murakkab munosabatlarni o'rganish bilan shug'ullanadi.