Preview

Vestnik Moskovskogo universiteta. Seriya 16. Biologiya

Advanced search

How does a biopolymer (protein) fold into a unique 3D structure?

https://doi.org/10.55959/MSU0137-0952-16-78-3S-2

Abstract

The current state of the problem of folding proteins and other biopolymers is discussed. The concept of a multidimensional potential energy surface and a free energy surface for linear polymers is detailed, taking into account the topology of the configuration space and the presence of symmetry elements with respect to the permutation of identical monomer units. The presence of kinematic bonds for conformational movements in a viscous medium leads to a tendency to form helical structures of linear polymers. The dynamic effects of viscosity also lead to an almost uniform distribution of energy dissipation rates over the chain nodes. The combination of potential energy surface topography and viscosity effects provides a physical basis for the development of the theory of folding in the direction of interpreting various experimental observations and elucidating the principles for the formation of an amino acid code for 3D protein structures. The relationship between the denaturation temperature of the folded state of the biopolymer and the energy of non-valent interactions between monomers in the chain is analyzed.

About the Author

K. V. Shaitan
Lomonosov Moscow State University
Russian Federation

1–12 Leninskie Gory, 119234, Moscow



References

1. Dill K.A., MacCallum J.L. The protein-folding problem, 50 years on. Science. 2012;338 (6110):1042–1046.

2. Anfinsen C.B. Principles that govern the folding of protein chains. Science. 1973;181(4096):223–230.

3. Levinthal C. Are there pathways for protein folding? J. Chim. Phys. 1968;65(1):44–45.

4. Onuchic J.N., Wolynes P.G. Theory of protein folding. Curr. Opin. Struct. Biol. 2004;14(1):70–75.

5. Sali A., Shakhnovitch E., Karplus M. How does a protein fold? Nature. 1994;369(6477):248–251.

6. Finkelstein A.V., Bogatyreva N.S., Ivankov D.N., Garbuzynskiy S.O. Protein folding problem: enigma, paradox, solution. Biophys. Rev. 2022;14(6);1255–1272.

7. Шайтан К.В., Попеленский Ф.Ю., Армеев Г.А. Корреляция конформационных движений при формировании вторичной структуры полипептидов в вязкой среде. Биофизика. 2017;62(3):443–451.

8. Эрендженова А.А., Армеев Г.А., Шайтан К.В. Влияние вязкости среды на молекулярную динамику формирования вторичной структуры полипептидов (AlaGly)25 и (AlaGly)75. Биофизика. 2020;65(5):860–864.

9. Шайтан К.В. Вариационные принципы в механике конформационных движений макромолекул в вязкой среде. Биофизика. 2018;63(1):5–15.

10. Шайтан К.В. Почему белок сворачивается в уникальную 3D-структуру. И не только это... Хим. физ. 2023;42(6):40–62.

11. Зорич В.А. Геометрия и вероятность. Теория вер. примен. 2017;62(2):292–310.

12. Шайтан К.В., Ложников М.А., Кобельков Г.М. Динамика формирования коллективных конформационных степеней свободы при фолдинге макромолекулярной цепи в вязкой среде. Биофизика. 2017;62(2):249–257.

13. Wales D.J. Energy Landscapes. Cambridge: Univ. Press; 2003. 681 pp.

14. Фоменко А.Т. Дифференциальная геометрия и топология. Дополнительные главы. Ижевск: Изд. Удмурдского университета; 1999. 252 pp.

15. Зигмунд А. Тригонометрические ряды. Т. 2. М.: Мир; 1965. 537с.

16. Шайтан К.В. Строение энергетических ландшафтов макромолекул, формирующих уникальную пространственную структуру. Биофизика. 2018;63(4):629–642.

17. Milnor J. Morse Theory. Princeton University Press; 1963. 153 pp.

18. Шайтан К.В. Эффекты скрытой симметрии в динамике линейных полимеров и биополимеров. Биофизика. 2022;66(3):492–515.

19. Шайтан К.В. О ландшафтах свободной энергии для макромолекул, формирующих уникальную пространственную структуру. Биофизика. 2018;63(5):850–858.


Review

For citations:


Shaitan K.V. How does a biopolymer (protein) fold into a unique 3D structure? Vestnik Moskovskogo universiteta. Seriya 16. Biologiya. 2023;78(3S):9-12. (In Russ.) https://doi.org/10.55959/MSU0137-0952-16-78-3S-2

Views: 109


ISSN 0137-0952 (Print)