ь конфигурационную энтропию его цепи. Опираясь на теорию эндогенного происхождения РП в результате поэтапного гидролиза белковых предшественников, можно предполагать, что именно эти блоки могут проявлять регуляторную активность.

Статистический подход к исследованию аминокислотной последовательности существенно отличается от статистической механики теории газов. В отличие от молекул газа, которые могут свободно меняться местами в пространстве, элементы полипептидной цепочки не могут быть переставлены произвольно. Фиксированное расположение аминокислотных остатков вдоль цепи соответствует определенному порядку, и мерой этого порядка является энтропия последовательности. Если пептид состоит только из остатков одной аминокислоты (гомополимер), то вероятность найти этот аминокислотный остаток на любом месте в цепочке равна 1, а энтропия последовательности цепи равна 0, т. е. минимальна. Эту статистическую определенность расположения остатка в цепи не следует путать с определенностью конфигурации цепи.

В термодинамике полимеров (в том числе полипептидов) при статистических расчетах используется понятие «конфигурационная энтропия», возникшее из представления о поворотной изомерии полимеров (Волькенштейн, 1981). Энергия в синтетическом или природном полимере распределяется не по звеньям (мономерам), а по отрезкам цепи, подвижность которых ограничена точками поворота. Чем больше пространственных конфигураций цепи полимера может осуществиться в результате вращения элементов цепи, тем больше у него степеней свободы и тем выше его энтропия. Как уже упоминалось в разделе 1.2.3, конформационная энтропия полипептидной цепи пропорциональна ее длине и увеличивается из-за разнообразия ее боковых групп и их поворотов. Любая пространственная фиксация определенной конфигурации цепи, которая осуществляется в полипепти-

88

дах за счет кооперативных внутримолекулярных связей, уменьшает число доступных энергетических состояний и приводит к следующему уровню структурной организации макромолекулы: возникают а- или р-конформации цепи (вторичная структура).

Мы не будем рассматривать конформационную упорядоченность пептидных цепей, а ограничимся рассмотрением последовательности аминокислотных остатков, которая фиксирована ковалентными связями. Тем более что какую бы пространственную конфигурацию ни принимала пептидная цепь, последовательность аминокислот в ней (одномерная первичная структура) остается постоянной.

В состав пептидных цепей входит 20 различных аминокислотных остатков. Их расположение друг за другом вдоль цепи может быть случайным (беспорядочным), и в этом случае энтропия такой последовательности будет максимальна. Как показывают табл. 6 и 7, аминокислоты различаются по востребованности в РП и соответственно образуют повторяющиеся блоки в составе их цепей. Можно предполагать, что эти блоки являются источниками определенных молекулярных сигналов, имеющих информационное значение, так как их состав различается в пептидах, относящихся к регуляции различных физиологических функций.

Как отмечал один из основоположников теории информации Р. Хартли, в обычном понимании термин «информация» слишком эластичен и для каждой области исследования необходимо установить его специфический смысл (Hartley, 1928). Так как в дальнейшем мы столкнемся с проблемой количественного измерения информации, целесообразно уточнить некоторые термины, которые были включены в область молекулярной биологии из областей математической статистики и теории связи.

При исследовании молекулярных систем понятие информации совершенно естественно связано с понятием энтропии. Энтропия является количественной характеристикой хаотичности, разупорядоченности системы; информация характеризует упорядоченность и детерминированность системы, которая необходима для ее воспроизведения. Принято считать, что информация равна энтропии с обратным знаком (Бриллюэн, 1966).

Как известно, собственно задача измерения информации возникла при разработке технических систем передачи информации. Для передачи информации используется система символов (точек, тире, букв, цифр), которые по общему со-

89

глашению передающей и принимающей сторон имеют определенный смысл. Таким образом, основная задача трансляции информации — максимально точное ее воспроизведение. При установлении количественной меры информации / было принято использовать зависимость

/ = я log2 s,

где s — полное число различающихся символов в принятой системе передачи, а я — длина последовательности, составленной из этих сигналов, т. е. длина текста. При этом используется логарифм по основанию 2, а за единицу измерения информации принят «бит» (Hartley, 1928).

При использовании методов теории информации для анализа пептидных структур мы должны пока исключить попытки интерпретации полученных результатов, считая, что каждая комбинация символов (аминокислотных остатков) определяется внутренней системой кодирования, эволюци-онно закрепленной живыми системами для точного воспроизведения. Поэтому вместо терминов «энтропия сообщения» (word entropy) и «информационное содержание» (content) мы будем использовать термин «информационная нагрузка» (charge), так как на современном уровне знаний содержание и смысл межмолекулярных взаимодействий недостаточно изучены.

При статистических расчетах нужно различать точную информацию и вероятностную. Точная информация отличается от вероятностной прежде всего необратимостью: информационное «сообщение» и форма его выражения имеют начало, определенную последовательность и конец, т. е. этот порядок необратим. Для долгосрочной фиксации точной информации человечество давно использует письменную культуру.

Рассматривая аминокислотные последовательности пептидов-регуляторов, представленных в табл. I—IV Приложения, мы увидим многое, что сближает их строение со структурой письменности. Они состоят из 20 различающихся элементов (аминокислот), имеют начало (N-концевая аминокислота) и конец (С-концевая аминокислота) и не имеют разветвлений. Еще в 60-е годы Дж. Бернал отмечал аналогию в структурной иерархии белков и нуклеиновых кислот с построением языка человеческого общения (Бернал, 1969).

Позднее другой исследователь, Де Дюв, отмечая, что пептиды различаются числом, природой и последователь-

90

ностью своих аминокислотных остатков, сравнил их со словами разной длины, в написании которых использован алфавит из 20 букв. Это особенно наглядно видно, если в записи использованы однобуквенные символы. Так, например, тетрапептид Cys—Glu—Leu—Leu становится «CELL», a нонапептид Ala—Arg—Cys—His—Glu—Thr—Tyr—Pro—Glu превращается в «ARCHETYPE». «По существу, вся англоязычная литература могла бы быть записана аминокислотным алфавитом, если бы в нем не отсутствовали буквы В, J, О, U, X и Z» (Де Дюв, 1987. С. 43). Проблема состоит в том, чтобы расшифровать тексты того языка, на котором «разговаривают» или «переписываются» друг с другом элементы живых систем, в частности пептиды и клетки, и установить молекулярный (физико-химический) механизм, с помощью кот