Ultrametricity as a basis for organization of protein molecules: CO binding to myoglobin


Cite item

Full Text

Abstract

In this paper, the basic notions of ultrametric ($p$-adic) description of protein conformational dynamics and CO rebinding to myoglobin are presented. It is shown that one and the same model of the reaction — ultrametric diffusion type describes essentially different features of the rebinding kinetics at high-temperatures ($300{\div}200$ K) and low-temperatures ($180{\div}60$ K). We suggest this result indicates a special structural order in a protein molecule. Besides all the other structural features, it is organized by such a way that its conformational mobility changes self-similar from room temperature up to the cryogenic temperatures.

About the authors

Vladik Avanesovich Avetisov

N. N. Semenov Institute of Chemical Physics, Russian Academy of Sciences

Email: avetisov@chph.ras.ru
Doctor of physico-mathematical sciences, Professor

Al'bert Khakimovich Bikulov

N. N. Semenov Institute of Chemical Physics, Russian Academy of Sciences

Email: bikulov1903@rambler.ru, beecul@mail.ru
Candidate of physico-mathematical sciences

Alexander Petrovich Zubarev

Samara State Transport University

Email: apzubarev@mail.ru
Candidate of physico-mathematical sciences, Associate professor

References

  1. A. Ansary, J. Berendzen, S. F. Bowne, G. Frauenfelder, I. E. T. Iben, T. B. Sauke, E. Shyamsunder, R. D. Young, "Protein states and proteinquakes", Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 82:15 (1985), 5000-5004
  2. P. J. Steinbach, A. Ansary, J. Berendzen, D. Braunstein, K. Chu, B. R. Cowen, D. Ehrenstein, G. Frauenfelder, J. B. Johnson, D. C. Lamb, S. Luck, J. R. Mourant, G. U. Nienhaus, P. Ormos, R. Philipp, A. Xie, R. D. Young, "Ligand binding to heme proteins: connection between dynamics and function", Biochemistry, 30:16 (1991), 3988-4001
  3. A. A. Zharikov, S. F. Fischer, "Scaling law for the non-exponential ligand rebinding of CO in myoglobin", Chem. Phys. Lett., 263:6 (1996), 749-758
  4. A. A. Zharikov, S. F. Fischer, "Nonexponential ligand rebinding of and $O_2$ in myoglobin controlled by fluctuations of the protein", Chem. Phys. Lett., 249:5-6 (1996), 459-469
  5. N. G. Van Kampen, Stochastic Processes in Physics and Chemistry, North Holland, Amsterdam, 1981
  6. G. Parisi, "Infinite number of order parameters for spin-glasses", Phys. Rev. Lett., 43:23 (1979), 1754-1756
  7. A. T. Ogielski, D. L. Stein, "Dynamics on ultrametric spaces", Phys. Rev. Lett., 55:15 (1985), 1634-1637
  8. V. A. Avetisov, A. Kh. Bikulov, S. V. Kozyrev, "Application of -adic analysis to models of spontaneous breaking of the replica symmetry", J. Phys. A, 32:50 (1999), 8785-8791
  9. G. Parisi, N. Sourlas, "-Adic numbers and replica symmetry breaking", Eur. Phys. J. B Condens. Matter Phys., 14:3 (2000), 535-542
  10. B. C. Владимиров, И. В. Волович, Е. И. Зеленов, -Aдический анализ и математическая физика, Физматлит, М., 1994, 352 с.
  11. В. М. Шелкович, А. Ю. Хренников, Современный -адический анализ и математическая физика. Теория и приложения, Физматлит, М., 2012, 452 с.
  12. M. V. Dolgopolov, A. P. Zubarev, "Some aspects of -adic analysis and its applications to -adic stochastic processes", p-Adic Numbers Ultrametric Anal. Appl., 3:1 (2011), 39–51
  13. V. A. Avetisov, A. Kh. Bikulov, S. V. Kozyrev, V. A. Osipov, "-Adic models of ultrametric diffusion constrained by hierarchical energy landscapes", J. Phys. A, 35:2 (2002), 177-189
  14. V. A. Avetisov, A. Kh. Bikulov, V. A. Osipov, "-Adic description of characteristic relaxation in complex systems", J. Phys. A, 36:15 (2003), 4239-4246
  15. V. Avetisov, A. Bikulov, "Protein ultrametricity and spectral diffusion in deeply frozen proteins", Biophys. Rev. Lett., 5:3 (2008), 387-396
  16. V. A. Avetisov, A. Kh. Bikulov, A. P. Zubarev, "First passage time distribution and the number of returns for ultrametric random walks", J. Phys. A, 42:8 (2009), 085005, 18 pp.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML

Copyright (c) 2013 Samara State Technical University

Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».