Скорости правильного и нарушенного роста измерялись проверкой в пяти временных шагах через 5000 шагов количеством частиц, находящихся на траектория правильной сборки и вне их. При этом, если в кластере из нескольких субъединиц имелась хотя бы одна связь, которой не должно было бы быть в кластере, принадлежащем правильной траектории, все субъединицы, входящие в кластер, считались находящимися вне правильной траектории. Общее время симуляции составляло 25000 шагов. К сожалению, перенести это количество дискретных отсчетов на шкалу непрерывного времени, т. е. определить физический смысл времени симуляции невозможно.

Такой численный эксперимент позволяет определить влияние изменения энергии связывания на рост капсида. В целом получается, что общий рост и рост вне траектории растет с уменьшением энергии связывания (т. е. с более сильными взаимодействиями). Рост на траектории определяется соревнованием между общим ростом и ростом вне траектории, и его зависимость от энергии связывания оказывается сложнее.

Также рассматривалась зависимости скоростей роста от увеличения допусков для связывания, и увеличения концентрации. Эти зависимости получились аналогичными.

Наконец, модель позволяет определить механизмы образования «уродливых» капсидов. В основном, наблюдалось три механизма, влияющих на скорость их образования:

1. Взаимодействие незавершенных капсидов, и слияние их в одну крупную структуру, способную и далее присоединять субъединицы, но не приводящую к правильному капсиду.

2. Возникновение локальных ошибок в растущем капсиде, которые приводят к существенным деформациям. Например, вместо пентамера может ошибочно образоваться тетрамер. Капсид при этом может продолжить расти, давая замкнутую структуру, в которой все локальные взаимодействия соответствуют корректному капсиду, но весь капсид ненормально мал.

3. Самостоятельное исправление «уродливого» капсида также наблюдалось в симуляции.

На рис. 46 изображены примеры этих механизмов.

Таким образом, кинетическая модель, построенная с учетом локальных правил взаимодействия, позволяет исследовать зависимости скорости роста от таких параметров, как энергия связывания, концентрация, геометрические допуски. К сожалению, из-за вычислительных ограничений, приходится несколько упрощать модель для вычислений по сравнению с ее теоретическим обоснованием, и искажать некоторые параметры, в первую очередь концентрацию, чтобы сократить объем вычислений. Однако авторы считают, что такие упрощения не вносят качественные изменения по сравнению с полной моделью с действительными параметрами. Что особенно интересно, модель позволяет провести качественный и количественный анализ возможных нарушений, происходящих в процессе роста капсида, и приводящих к формированию «уродливых» капсидов [46].

Рис. 46. Примеры механизмов, влияющих на скорость «нарушенного» роста капсидов.

Цитоскелет

К элементам цитоскелета относят микротрубочки, микрофиламенты и промежуточные филаменты. Цитоскелет придаёт клетке определённую форму и выполняет множество других функций (например, обеспечивает подвижность клетки и внутриклеточный транспорт).

Рис. 47. Микротрубочка.

Микротрубочки состоят из 13 параллельных тубулиновых протофиламентов (нитей), образующих полые цилиндры диаметром 25 нм и длиной в несколько микрометров. Каждая нить собрана 13 параллельно расположенных протофиламентов состоят из отдельных субъединиц - димеров б- и в-тубулина. 13 параллельно расположенных тубулиновых протофиламентов формируют полый цилиндр диаметром 25 нм. Протофиламенты образуются путём полимеризации гетеродимерного белка тубулина, состоящего из глобулярных субъединиц - б- и в-тубулина из гетеродимерного белка тубулина, состоящего из двух глобулярных субъединиц - б- и в-тубулина. Сборка микротрубочек осуществляется в т.н. центре организации микротрубочек в центросоме. Микротрубочки - динамичные структуры, постоянно подвергающиеся полимеризации и деполимеризации [47].

Рис. 47. Из тубулина с одного конца собирается микротрубочка.

Рис. 48. Микротрубочка разбираются с другого конца.

Вывод

Несомненно, что процесс сборки вируса детерминирован и управляем и для полного понимания этого процесса необходимо определить средства детерминации и механизмы управления. Научное мышление второй половины ХХ века было очаровано созданием компьютера и открытием системы управления синтезом белков. Обе системы идеологически идентичны и являются воплощением принципа сосредоточенного управления. Носителем сосредоточенного управления является знаковая система - линейный императивный управляющий язык. Совершенно естественно, что первые попытки математического моделирования процессов самосборки и самовоспроизведения были предприняты в рамках теории автоматов, например фон Нейман. Однако данные экспериментальных наблюдений не подтверждают состоятельность таких моделей. Процессы самосборки не укладываются в схему сосредоточенного управления.

Данные экспериментов позволяют утверждать, что в процессе самосборки отсутствует управляющий элемент и ни в какой форме не обнаруживается знаковая система, описывающая порядок следования монтажных актов или порядок расположения элементов в структуре продуктов самосборки. Специфика феномена самосборки заключается в том, что процесс несомненно детерминирован, но механизм детерминации не вписывается в простой и понятный метод сосредоточенного управления

Самосборка есть реализация метода распределённого управления, при котором управляющие функции реализованы во внутренней структуре элементов участвующих в процессе, а управляющая информация, детерминирующая процесс, распределена по всем элементам. Следовательно, носителем детерминации при распределённом управлении являются специфические знаковые системы кардинально отличающиеся от простейших императивных линейных языков, подобных компьютерным или системе ДНК-белок. Главная задача исследования самосборки это определение логики взаимоотношений элементов и поиск знаковых систем, носителей распределённого управления [48].

Cписок использованной литературы

1. Fraenkel-Conrat H., Williams R. C-- Proc. Nat. Acad. Sci. U.S.A., 1955, v. 41, p. 690

2. Fraenkel-Conrat H., Singer В.-- Biochim. and Biophys. Acta, 1959,v. 33, p. 359.

3. M a t h e w s R. E. F.-- Virology, 1966, v. 30, p. 82.

4. Caspar D. L. D.-- Adv. Protein Chem., 1963, v. 18, p. 37.

5. Durham A. C. H., Finch J. Т., Klug A.-- Nature (London), New Biol.,1971, v. 229, p. 37.

6. Zimmern D.-- Ibid., p. 463.

7. Zimmern D., Butler P. J. G Cell, 1977, v. 11, p. 455

8. [Клини С., Весли Р. Основания интуиционистской математики. - Москва. Наука. 1978.

9. Махиборода А. В. Проблемы создания вычислительных средств непроцедурными внутренними языками. - Киев. УСИМ. 1993. Наукова думка, №3, с. 52 - 62.

10. Мизин И. А., Махиборода А. В. Архитектура самоопределяемых данных в среде взаимодействия открытых систем. - Москва. ВИМИ. 1995. Информатика и вычислительная техника. Вып. 1,2. с. 60 -71.

11. Мизин И. А., Махиборода А. В. Концепция самоопределяемых данных и архитектура распределенных вычислительных систем. - Москва. Информационные технологии и вычислительные системы. 1995. Наука, №1, с. 22 - 31.

12. Мизин И. А., Махиборода А. В. Фундаментальные проблемы создания средств математической поддержки технологии открытых систем. Москва. 1996. Тезисы докладов третьей международной конференции “Развитие и применение открытых систем”, с. 27 - 31.

13. Фон Нейман Дж. Теория самовоспроизводящихся автоматов. - Москва. Мир 1971.

14. Вирусология: В 3-х т. Т. 1: Пер. с англ./Под ред. Б. Филдса, Д. Найпа. - М.: Мир, 1989.

15. В. А. Костюченко, В. В. Месянжинов. Архитектура сферических вирусов. Успехи биологической химии, т. 42, 2002, с. 177 - 192.]

16. Введение в биофизическую химию Мартин Р.N. 1966 СТР.263

17. Страйер Л. Боихимия: В 3-ч т., Т.3 Пер. с англ. - М: Мир, 1985, 173-176

18. Bloomfield, V. A., (1996), Curr. Opin. Struct. Biol., 6, 334-341.

19. Klimenko, S. M., Tikchonenko, T. I., Andreev, V. M., (1967), J. Mol. Biol., 23, 523-533.

20. Lepault, J., Dubochet, J., Baschong, W., Kellenberger, E., (1987), EMBO J., 6, 1507-1512.

21. Hud, N. V., (1995), Biophys. J., 69, 1355-1362.

22. Schellman, J. A., Parthasarathy, N. J., (1984), J. Mol. Biol., 175, 313-329. 31.

23. Strzelecka, T.E., Davidson, M.W., Rill, R.L, (1988), Nature, 331, 457-465.

24. Smith, D. E., Tans, S. J., Smith, S. B., Grimes, S., Anderson, D. L., Bustamante, C., (2001), Nature, 413, P. 748- 752.

25. Kindt, J., Tzlil, S., Ben-Shaul, A., Gelbart, W. M., (2001), Proc. Natl. Acad. USA, 98, 13671-13674.

26. Mrevlishvili, G. M., Mdzinarashvili, T., Al-Zaza, M., Tsinadze, L., Tushishvili, D., Razmadze, G., (1999), Pure Appl. Chem., 71, 1291-1299.

27. Kindt, J., Tzlil, S., Ben-Shaul, A., Gelbart, W. M., (2001), Proc. Natl. Acad. USA, 98, 13671-13674.

28. Pesavento, J. B., Lawton, J. A., Estes, M. K., Prasad, B. V. V., (2001), Proc. Natl. Acad. USA, 98, 1381-1386.

29. Нано биотехНанороботы на основе бактериофага Т4 - будущая вакцина против рака, Свидиненко Юрий (Svidinenko) 2004.08.23 2004, Nanotechnology News Network.

30. Вrenneг S., Hоrne R. W.-- Biochim. and Biophys. Acta, 1959, v. 34, p. 103.

31. DeRоsieг D. J., Кlug A.-- J. Mol. Biol., 1972, v. 65, p. 469

32. De Rоsie r D. J., Кlug A.-- Nature (London), 1968, v. 217, p. 130.

33. Unwin P. N. Т.-- J. Mol. Biol., 1974, v. 87, p. 657.

34. Hart R. G. (1956). Morphological changes accompanying thermal denaturation of Tobacco mosaic virus. Biochim. Biophys. Acta 20, 388-389;

35. Atabekov J., Nikitin N., Arkhipenko M., Chirkov S., Karpova O. (2011). Thermal transition of native Tobacco mosaic virus and RNA free viral proteins into spherical nanoparticles. J. Gen. Virol. 92, 453-456;

36. R. Schwartz, P. W. Shor, P. E. Prevelige, Jr. Berger, B. Berger. Local Rules Simulation of the Kinetics of Virus Capsid Self-Assembly

37. Olson, A. J., Hu, Y. H. E., & Keinan, E. (2007). Chemical mimicry of viral capsid self-assembly. Proceedings of the National Academy of Sciences, 104(52), 20731-20736.]

38. Коневцова Ольга Викторовна Теория кристаллизации Ландау и подход волн плотности в комплексных системах Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук Ростов-на-Дону 2013, 128 стр.

39. Local Rules Simulation of the Kinetics of Virus Capsid Self-Assembly, Russell Schwartz, Peter W. Shor, Peter E. Prevelige, Jr., and Bonnie Berger, Biophysical Journal, Volume 75, December 1998, 2626-2636

40. Exploring the Parameter Space of Complex Self-Assembly through Virus Capsid Models, Blake Sweeney,* Tiequan Zhang,* and Russell Schwartz*y *Department of Biological Sciences, and yComputer Science Department, Carnegie Mellon University, Pittsburgh, Pennsylvania ,Biophysical Journal Volume 94 February 2008 772-783

41. IMPLEMENTATION OF A DISCRETE EVENT SIMULATOR FOR BIOLOGICAL SELF-ASSEMBLY SYSTEMS, Proceedings of the 2005 Winter Simulation Conference M. E. Kuhl, N. M. Steiger, F. B. Armstrong, and J. A. Joines, eds., TiequanZhang, Rori Rohlfs, Russell Schwartz, Dept. of Biological Sciences and Computer Science Dept., Carnegie Mellon University, 4400 Fifth Avenue, Pittsburgh, PA 15213, U.S.A, 9 pages

42. Reddy, V., H. A. Giesing, R. T. Morton, A. Kumar, C. B. Post, C. L. Brooks 3rd, and J. E. Johnson. 1998. Energetics of quasiequivalence: computational analysis of protein-protein interactions in icosahedral viruses. Biophys. J. 1998:546-558.

43. Ceres, P., and A. Zlotnick. 2002. Weak protein-protein interactions are suf?cient to drive assembly of hepatitis B virus capsids. Biochemistry. 41:11525-11531.

44. Dynamic Pathways for Viral Capsid Assembly, Michael F. Hagan and David Chandler, Biophysical Journal Volume 91 July 2006 42-54

45. Model-Based Analysis of Assembly Kinetics for Virus Capsids or Other Spherical Polymers, Dan Endres and Adam Zlotnick,, Biophysical Journal Volume 83 August 2002 1217-1230

46. Local Rules Simulation of the Kinetics of Virus Capsid Self-Assembly, Russell Schwartz, Peter W. Shor, Peter E. Prevelige, Jr., and Bonnie Berger, Biophysical Journal, Volume 75, December 1998, 2626-2636

47. Гистология, эмбриология, цитология: учебник для вузов / Под ред. Э.Г.Улумбекова, Ю.А.Челышева - 3-е изд., - 2009. - электронный учебник http://vmede.org/sait/?page=5&id=Gistologija_ulumbekova_2009&menu=Gistologija_ulumbekova_2009

48. Феномен самосборки: исследования и применение Махиборода А.В., Исследовательская компания «Abercade», 2009, Март. http://www.abercade.ru/research/analysis/1295.html

Размещено на Allbest.ru