Системна біологія

Білки є соціальними створіннями і життя залежить від їх взаємодій. Оскільки білки мають спеціалізовані функції, необхідне існування контролюючих механізмів для координації цих функцій. Правильна кількість правильного білка повинна працвати в правильному місці у правильний час. При цьому порушення цього правила призводить до розвитку захворювань і навіть до загибелі.

Біологічні системи повинні бути стабільними при стабільних умовах середовища, а також повинні відповідно змінюватися при змініоточуючих умов.

До метаболізму, який можна розглядати як рух молекул та енергії по мережах хімічних реакцій, потребує залучення білків, нуклеїнових кислот, малих молекул типу амінокислот та вуглеводів. Деякі мережі метаболічних шляхів мають лінійний характер (наприклад, синтез триптофану), інші – циклічний (наприклад цикл Кребса).

Регуляторні шляхи забезпечують контроль та взаємозв᾽язок білків та метаболітів та мають відмінну структуру ніж метаболічні шляхи (на відміну від етапів метаболічної трансформації вони являють собою набір сигнальних каскадів).

Системна біологія вивчає і описує метаболічні та регуляторні взаємодії в аспекті інтерактивних шляхів. В клітині паралельно функціонують два типи мережевих взаємодій:

1. фізичні мережі білок-білкових та білок-нуклеїнових комплексів;

2. логічні мережі каскадів контролю.

Метаболічні шляхи при цьому беруть участь частково в обох типах мереж, оскільки опосередковуються фізичною білок-білковою взаємодією та регулюються логічними взаємодіями.

Приклади повністю фізичних взаємодій включають об’єднання фотосинтетичних реакційних центрів – комплекс білків та кофакторів, які перетворюють світлову енергію на енергію хімічних зв᾽язків; об’єднання колагену в сполучній тканині. Прикладами логічних взаємодій, не опосередкованими повністю прямими фізичними взаємодіями між білками включає механізми зворотного зв᾽язку, при якому зростання концентрації продукту метаболічного шляху інгібує фермент, що каталізує один з перших етапів цього метаболічного шляху, чи секреція малої молекули, що виявляється сигналом для інших клітин. У цьому випадку логічні взаємодії опосередковуються дифундуючими малими молекулами. Іншим прикладом може бути регуляція генної експресії, коли ліганд транскрипційного фактора може ніколи не взаємодіяти з продуктом гена, який він активує.

Алостеричні зміни в молекулі гемоглобіну є прикладом і фізичної і логічної взаємодії. Субодиниці гемоглобіну відповідають на зміни рівня кисню конформаційними змінами, які змінюють афінність до кисню.

Для дослідження можливих варіантів білок-білкових та білок-нуклеїнових взаємодій було встановлено існування різних ієрархічних типів цих взаємодій:

Ø прості димери чи олігомери, в яких мономери можуть функціонувати незалежно;

Ø олігомери з функціональними взаємозв᾽язками, включаючи ліганд-індуковану димеризацію рецепторів, алостеричні білки, таі як гемоглобін, фосфофруктокіназа, аспартат карбамоїлтрансфераза;

Ø великі фібрилярні білки, такі як актин чи кератин;

Ø нефібрилярні структурні агрегати, як наприклад вірусні капсиди;

Ø великі агрегати з динамічними властивостями, як наприклад F1-АТФаза, піруваткіназа, протеасома;

Ø білок-нуклеїнові комплекси, включаючи рибосоми, нуклеосоми, косплекси регуляторів транскрипції, субодиниці сплайсингу та репарації та віруси;

Ø мономерні та олігомерні білки, які функціонують, взаємодіючи з іншими білками, до яких належать ферменти з білковими субстратами, антитіла, регуляторні білки;

Ø білкові взаємодії, які асоційовані з розвитком захворювань.

Дата добавления: 2015-11-16