Jump to content

Список биофизически важных макромолекулярных кристаллических структур

Рентгено-кристаллическая структура нуклеосомы

Кристаллические структуры молекул белков и нуклеиновых кислот и их комплексов занимают центральное место в практике большинства разделов биофизики и сформировали многое из того, что мы понимаем с научной точки зрения на уровне атомных деталей биологии. Их важность подчеркивается объявлением Организацией Объединенных Наций 2014 года Международным годом кристаллографии , поскольку отмечается 100-летие вручения Максу фон Лауэ 1914 года Нобелевской премии за открытие дифракции рентгеновских лучей на кристаллах. Этот хронологический список биофизически значимых структур белков и нуклеиновых кислот во многом основан на обзоре, опубликованном в Biophysical Journal . [1] В список вошли все первые дюжины отдельных структур: те, которые открыли новые горизонты в предметах или методах, а также те, которые стали модельными системами для работы в будущих биофизических областях исследований.

Миоглобин

[ редактировать ]
Эскиз миоглобина
Альфа-спираль

1958 г. – Миоглобин стал самой первой кристаллической структурой белковой молекулы. [2] Миоглобин содержит железосодержащую гемовую группу, которая обратимо связывает кислород для питания мышечных волокон, и эти первые кристаллы были миоглобином кашалота , мышцы которого нуждаются в большом запасе кислорода для глубоких погружений. Трехмерная структура миоглобина состоит из 8 альфа-спиралей , и кристаллическая структура показала, что их конформация была правосторонней и очень близко соответствовала геометрии, предложенной Лайнусом Полингом , с 3,6 остатками на виток и основными водородными связями пептида. NH одного остатка к пептиду CO остатка i+4. Миоглобин является модельной системой для многих видов биофизических исследований. [3] особенно с участием процесса связывания небольших лигандов, таких как кислород и окись углерода .

Гемоглобин

[ редактировать ]
Бета-цепь гемоглобина
Окси/дезоксипереход гемоглобина

1960 – гемоглобина. Кристаллическая структура [4] показал тетрамер двух родственных типов цепей и был решен с гораздо меньшим разрешением, чем мономерный миоглобин, но он явно имел ту же основную 8-спиральную архитектуру (теперь называемую «складкой глобина»). Дальнейшие кристаллические структуры гемоглобина с более высоким разрешением (PDB 1MHB, 1DHB) вскоре показали связанное изменение как локальной, так и четвертичной конформации между окси- и дезокси-состояниями гемоглобина. [5] что объясняет кооперативность связывания кислорода в крови и аллостерический эффект таких факторов, как pH и DPG . На протяжении десятилетий гемоглобин был основным учебным примером концепции аллостерии, а также предметом интенсивного исследования и обсуждения аллостерии. В 1909 году кристаллы гемоглобина более чем 100 видов были использованы для связи таксономии с молекулярными свойствами. [6] Эту книгу процитировал Перуц в отчете 1938 года. [7] кристаллов лошадиного гемоглобина, с которого началась его долгая сага по разгадке кристаллической структуры. Кристаллы гемоглобина плеохроичны — темно-красные в двух направлениях и бледно-красные в третьем. [6] — из-за ориентации гемов, а яркая полоса Соре групп гема порфириновых используется в спектроскопическом анализе связывания лигандов гемоглобина.

HEW лизоцимная лента

Лизоцим куриного яйца и белка

[ редактировать ]

куриного яичного белка 1965 – Лизоцим (PDB-файл 1lyz). [8] была первой кристаллической структурой фермента (она расщепляет небольшие углеводы на простые сахара), использованной для ранних исследований механизма фермента. [9] Он содержал бета-лист (антипараллельный), а также спирали, а также был первой макромолекулярной структурой, координаты атомов которой были уточнены (в реальном пространстве). [10] Исходный материал для приготовления можно купить в продуктовом магазине, а лизоцим куриного яйца очень легко кристаллизуется во многих различных пространственных группах ; это излюбленный пример для новых кристаллографических экспериментов и инструментов. Недавними примерами являются нанокристаллы лизоцима для сбора данных с помощью лазера на свободных электронах. [11] и микрокристаллы для микроэлектронной дифракции. [12]

Рибонуклеаза Рисунок ленты

Рибонуклеаза

[ редактировать ]

1967 - Рибонуклеаза А (файл PDB 2RSA) [13] представляет собой фермент, расщепляющий РНК, стабилизированный четырьмя дисульфидными связями. Он использовался в плодотворных исследованиях Анфинсена по сворачиванию белков, которые привели к концепции, согласно которой трехмерная структура белка определяется его аминокислотной последовательностью. Рибонуклеаза S , расщепленная двухкомпонентная форма, изученная Фредом Ричардсом , также была ферментативно активной, имела почти идентичную кристаллическую структуру (файл PDB 1RNS), [14] и было показано, что он каталитически активен даже в кристалле, [15] помогая развеять сомнения относительно значимости кристаллических структур белков для биологических функций.

Два домена эластазы

Сериновые протеазы

[ редактировать ]

1967 - Сериновые протеазы представляют собой исторически очень важную группу ферментных структур, поскольку вместе они проливают свет на каталитический механизм (в их случае с помощью «каталитической триады» Ser-His-Asp), основу различной субстратной специфичности и механизм активации. при котором контролируемое ферментативное расщепление закапывает новый конец цепи, чтобы правильно перестроить активный сайт. [16] Ранние кристаллические структуры включали химотрипсин (файл PDB 2CHA), [17] химотрипсиноген (файл PDB 1CHG), [18] трипсин (файл PDB 1PTN), [19] и эластаза (файл PDB 1EST). [20] Они также были первыми белковыми структурами, которые имели два почти идентичных домена, предположительно связанных дупликацией генов . Одной из причин их широкого использования в качестве примеров в учебниках и классах была система нумерации кодов вставки, которая сделала Ser195 и His57 согласованными и запоминающимися, несмотря на различия в последовательностях, специфичных для белков. [ нужна ссылка ]

1968 – Папаин

Карбоксипептидаза с Zn
ингибитор CPA

Карбоксипептидаза

[ редактировать ]

1969 — Карбоксипептидаза А цинка — металлопротеаза . Его кристаллическая структура (файл PDB 1CPA) [21] продемонстрировали первую параллельную бета-структуру: большой скрученный центральный лист из 8 нитей с активным центром Zn, расположенным на С-концевом конце средних нитей, и лист, окруженный с обеих сторон альфа-спиралями. Это экзопептидаза , которая расщепляет пептиды или белки с карбокси-конца, а не внутри последовательности. Позже был обнаружен небольшой белковый ингибитор карбоксипептидазы (файл PDB 4CPA). [22] который механически останавливает катализ, представляя его С-концевой конец просто торчащим из кольца дисульфидных связей с плотной структурой позади него, не позволяя ферменту всасывать цепь мимо первого остатка.

Самая тонкая лента

Самый тонкий

[ редактировать ]

1969 – Субтилизин (PDB файл 1sbt [23] ) представляла собой второй тип сериновой протеазы с активным центром, почти идентичным ферментам семейства трипсина, но с совершенно другой общей кратностью. Это дало первое представление о конвергентной эволюции на атомном уровне. Позже интенсивное мутационное исследование субтилизина задокументировало влияние всех 19 других аминокислот в каждом отдельном положении. [24]

Лактатдегидрогеназа

[ редактировать ]

1970 – Лактатдегидрогеназа

Лента компьютерная, с 3 СС.

Ингибитор трипсина

[ редактировать ]

1970 – Основной ингибитор трипсина поджелудочной железы , или BPTI (файл PDB 2pti [25] ), представляет собой небольшой, очень стабильный белок, который стал высокопродуктивной модельной системой для изучения сверхплотного связывания, образования дисульфидных связей (SS), сворачивания белка , молекулярной стабильности за счет аминокислотных мутаций или обмена водород-дейтерий, а также быстрого локальная динамика методом ЯМР . Биологически BPTI связывает и ингибирует трипсин , пока он хранится в поджелудочной железе , позволяя активировать переваривание белка только после того, как трипсин высвобождается в желудок.

Рубредоксин с nn-гемовым железом

Рубредоксин

[ редактировать ]

1970 - Рубредоксин (файл PDB 2rxn [26] ) была первой раскрытой окислительно-восстановительной структурой: минималистичный белок, в котором железо связано 4 боковыми цепями Cys из 2 петель на вершине β-шпильок. Он дифрагировал до 1,2 Å, что позволило впервые уточнить белок в обратном пространстве (4,5rxn [27] ). (Примечание: обратите внимание, что 4rxn был выполнен без ограничений геометрии.) Архейные рубредоксины составляют многие из небольших структур с самым высоким разрешением в PDB.

SS-связанный мономер инсулина
Кристаллы инсулина, выращенные в космосе

1971 – Инсулин (PDB-файл 1INS) [28] Это гормон, играющий центральную роль в метаболизме сахара и накоплении жира и играющий важную роль при таких заболеваниях человека, как ожирение и диабет . Биофизически он примечателен своим связыванием Zn, равновесием между состояниями мономера, димера и гексамера, способностью образовывать кристаллы in vivo и синтезом в виде более длинной «про» формы, которая затем расщепляется с образованием активной 2-формы. цепь, SS-связанный мономер. Инсулин стал успешным результатом программы НАСА по выращиванию кристаллов на космическом корабле «Шаттл» , производившей массовые препараты очень однородных крошечных кристаллов для контролируемой дозировки.

Стафилококковая нуклеаза

[ редактировать ]

1971 – Стафилококковая нуклеаза .

Цитохром С

[ редактировать ]

1971 – Цитохром С

Лизоцим фага Т4

[ редактировать ]

1974 – лизоцим фага Т4.

Иммуноглобулины

[ редактировать ]

1974 – Иммуноглобулины.

Супероксиддисмутаза

[ редактировать ]

1975 – Супероксиддисмутаза Cu,Zn.

Транспортная РНК

[ редактировать ]

1976 – Транспортная РНК

Чертеж ленты ТИМ, PDB 1tim

Триозофосфатизомераза

[ редактировать ]

1976 – Триозофосфатизомераза.

Пепсиноподобные аспарагиновые протеазы

[ редактировать ]

Более поздние структуры (с 1978 г.)

[ редактировать ]
Фотосинтетический реакционный центр в мембране
  • 1985 – Фотосинтетический реакционный центр : пары бактериохлорофиллов (зеленые) внутри мембраны захватывают энергию солнечного света, затем проходят множество этапов, чтобы стать доступными для гемовых групп (красные) в модуле цитохрома-С вверху. Это была первая раскрытая кристаллическая структура мембранного белка, что стало важной вехой, отмеченной Нобелевской премией Хартмута Мишеля, Ганса Дайзенхофера и Роберта Хубера.
Димер белка CAP на ДНК, PDB 1cgp
Димер кинезина, PDB 3kin
Топоизомераза I на ДНК (Дэвид Гудселл)
  • 1998 г. – ДНК-топоизомеразы выполняют биологически важную и необходимую работу по распутыванию нитей или спиралей ДНК, которые переплетаются друг с другом или слишком сильно скручиваются во время нормальных клеточных процессов, таких как транскрипция генетической информации.
  • 1998 – тубулина . Альфа/бета-димер
  • 1998 – Калийный канал
  • 1998 – Холлидей-Джанкшн
  • 2000 г. - Рибосомы являются центральной частью биологии и биофизики, структурно они впервые стали доступны в 2000 г.
Трехступенчатое продвижение тРНК через рибосому
бета-адренергический рецептор и G-белок
Половина частицы хранилища
  • 2009 – Частица свода – это новое интригующее открытие большой полой частицы, распространенной в клетках, с несколькими различными предположениями относительно ее возможной биологической функции. Кристаллические структуры (файлы PDB 2zuo, 2zv4, 2zv5 [29] и 4хл8 [30] ) показывают, что каждая половина хранилища состоит из 39 копий длинного 12-доменного белка, которые закручиваются вместе, образуя оболочку. Беспорядок в самом верхнем и нижнем торцах предполагает наличие отверстий для возможного доступа во внутреннюю часть хранилища.
Фотосистема II
  1. ^ Ричардсон Дж. С., Ричардсон, округ Колумбия (2014). «Биофизические моменты за 54 года макромолекулярной кристаллографии» . Биофизический журнал . 106 (3): 510–525. Бибкод : 2014BpJ...106..510R . дои : 10.1016/j.bpj.2014.01.001 . ПМЦ   3945011 . ПМИД   24507592 .
  2. ^ Кендрю Дж.К., Бодо Дж., Динцис Х.М., Пэрриш Р.Г., Вайкофф Х., Филлипс, округ Колумбия (1958). «Трехмерная модель молекулы миоглобина, полученная методом рентгеновского анализа». Природа . 181 (4610): 662–666. Бибкод : 1958Natur.181..662K . дои : 10.1038/181662a0 . ПМИД   13517261 .
  3. ^ Фрауэнфельдер Х., МакМахон Б.Х., Фенимор П.В. (2003). «Миоглобин: атом водорода в биологии и парадигма сложности» . Труды Национальной академии наук США . 100 (15): 8615–8617. Бибкод : 2003PNAS..100.8615F . дои : 10.1073/pnas.1633688100 . ПМК   166357 . ПМИД   12861080 .
  4. ^ Перуц М.Ф., Россманн М.Г., Каллис А.Ф., Мюрхед Х., Норт AC (1960). «Структура гемоглобина: трехмерный синтез Фурье с разрешением 5,5 Å, полученный с помощью рентгеновского анализа». Природа . 185 (4711): 416–422. Бибкод : 1960Natur.185..416P . дои : 10.1038/185416a0 . ПМИД   18990801 . S2CID   4208282 .
  5. ^ Перуц М.Ф. (1970). «Стереохимия кооперативных эффектов в гемоглобине: взаимодействие гема-гема и проблема аллостерии». Природа . 228 (5273): 726–734. Бибкод : 1970Natur.228..726P . дои : 10.1038/228726a0 . ПМИД   5528785 . S2CID   43624891 .
  6. ^ Jump up to: а б Эдвард Тайсон Райхерт и Амос Писли Браун (1909). Дифференциация и специфичность соответствующих белков и других жизненно важных веществ в отношении биологической классификации и органической эволюции: кристаллография гемоглобинов . Вашингтон, округ Колумбия: Институт Карнеги.
  7. ^ Бернал Дж.Д., Фанкюхен И., Перуц М. (1938). «Рентгенологическое исследование химотрипсина и гемоглобина». Природа . 141 (3568): 523–524. Бибкод : 1938Natur.141..523B . дои : 10.1038/141523a0 . S2CID   4063748 .
  8. ^ Блейк CC, Кениг Д.Ф., Майр Г.А., Норт AC, Филлипс, округ Колумбия, Сарма В.Р. (1965). «Структура лизоцима куриного яичного белка: трехмерный синтез Фурье с разрешением 2 Å». Природа . 206 (4986): 757–761. Бибкод : 1965Natur.206..757B . дои : 10.1038/206757a0 . ПМИД   5891407 . S2CID   4161467 .
  9. ^ Варшел А., Левитт М. (1976). «Теоретические исследования ферментативных реакций: Диэлектрическая, электростатическая и стерическая стабилизация иона карбония в реакции лизоцима». Дж Мол Биол . 103 (2): 227–49. дои : 10.1016/0022-2836(76)90311-9 . ПМИД   985660 .
  10. ^ Даймонд Р. (1974). «Реальное уточнение структуры лизоцима куриного белка». Журнал молекулярной биологии . 82 (3): 371–374. дои : 10.1016/0022-2836(74)90598-1 . ПМИД   4856347 .
  11. ^ Буте С., Ломб Л., Уильямс Г.Дж. и др. (2012). «Определение структуры белка с высоким разрешением с помощью серийной фемтосекундной кристаллографии» (PDF) . Наука . 337 (6092): 362–364. Бибкод : 2012Sci...337..362B . дои : 10.1126/science.1217737 . ПМЦ   3788707 . ПМИД   22653729 .
  12. ^ Ши Д., Нанненга Б.Л., Яденца М.Г., Гонен Т. (2013). «Трехмерная электронная кристаллография белковых микрокристаллов» . электронная жизнь . 2 : e01345. дои : 10.7554/elife.01345 . ПМК   3831942 . ПМИД   24252878 .
  13. ^ Карта Дж., Белло Дж., Харкер Д. (1967). «Третичная структура рибонуклеазы». Природа . 213 (5079): 862–865. Бибкод : 1967Natur.213..862K . дои : 10.1038/213862a0 . ПМИД   6043657 . S2CID   4183721 .
  14. ^ Вайкофф Х.В., Хардман К.Д., Аллевелл Н.М., Инагами Т., Джонсон Л.Н., Ричардс Ф.М. (1967). «Структура рибонуклеазы-S с разрешением 3,5 Å» . Журнал биологической химии . 242 (17): 3984–3988. дои : 10.1016/S0021-9258(18)95844-8 . ПМИД   6037556 .
  15. ^ Дошер М.С., Ричардс Ф.М. (1963). «Активность фермента в кристаллическом состоянии: Рибонуклеаза-С» . Журнал биологической химии . 238 (7): 2399–2406. дои : 10.1016/S0021-9258(19)67984-6 .
  16. ^ Дикерсон Р.Э., Гейс I (1969). Структура и действие белков . Нью-Йорк: Харпер.
  17. ^ Мэтьюз Б.В., Сиглер П.Б., Хендерсон Р., Блоу Д.М. (1967). «Трехмерная структура тозил-α-химотрипсина». Природа . 214 (5089): 652–656. Бибкод : 1967Natur.214..652M . дои : 10.1038/214652a0 . ПМИД   6049071 . S2CID   4273406 .
  18. ^ Фрир С.Т., Краут Дж., Робертус Дж.Д., Тонле Х., Райт Х.Т. (1970). «Химотрипсиноген: кристаллическая структура 2,5 Å, сравнение с α-химотрипсином и значение активации зимогена». Биохимия . 9 (9): 1997–2009. дои : 10.1021/bi00811a022 . ПМИД   5442169 .
  19. ^ Фельхаммер Х., Боде В. (1975). «Уточненная кристаллическая структура бычьего бета-трипсина с разрешением 1,8 Å, II. Кристаллографическое уточнение, сайт связывания кальция и активный центр при pH 7,0». Журнал молекулярной биологии . 98 (4): 693–697. дои : 10.1016/s0022-2836(75)80005-2 . ПМИД   512 .
  20. ^ Сойер Л., Шоттон Д.М., Кэмпбелл Дж.В., Ладнер Р.К. (1978). «Атомная структура кристаллической эластазы поджелудочной железы свиньи с разрешением 2,5 Å: сравнение со структурой альфа-химотрипсина». Журнал молекулярной биологии . 118 (2): 137–208. дои : 10.1016/0022-2836(78)90412-6 . ПМИД   628010 .
  21. ^ Липскомб WN; Харцук Дж.А.; Рике Г.Н.; Киочо ФА; Бетге, PH; Людвиф=г ML; Стейц Т.А.; Мюрхед Х; Коппола Дж. К. (1969). «Структура карбоксипептидазы A, VII. Исследования фермента и его комплекса с глицилтирозином с разрешением 2,0 Å и механистические выводы». Брукхейвенские симпозиумы по биологии . 21 (1): 24–90. ПМИД   5719196 .
  22. ^ Рис, округ Колумбия, Липскомб, В.Н. (1982). «Уточненная кристаллическая структура картофельного ингибиторного комплекса карбоксипептидазы А с разрешением 2,5 А». Журнал молекулярной биологии . 160 (3): 475–498. дои : 10.1016/0022-2836(82)90309-6 . ПМИД   7154070 .
  23. ^ Олден Р.А., Бирктофт Дж.Дж., Краут Дж., Робертус Дж.Д., Райт К.С. (1971). «Атомные координаты субтилизина БПН (или ново)». Биохимия Биофиз Рес Коммьюнити . 45 (2): 337–44. дои : 10.1016/0006-291X(71)90823-0 . ПМИД   5160720 .
  24. ^ Уэллс Дж., Эстелл Д. (1988). «Субтилизин - фермент, созданный для инженерии». Тенденции биохимической науки . 13 (8): 291–297. дои : 10.1016/0968-0004(88)90121-1 . ПМИД   3154281 .
  25. ^ Хубер Р., Кукла Д., Руманн А., Эпп О., Форманек Х. (1970). «Основной ингибитор трипсина поджелудочной железы крупного рогатого скота. I. Анализ структуры и конформации полипептидной цепи». Naturwissenschaften . 57 (5304): 389–392. Бибкод : 1971Natur.231..506B . дои : 10.1038/231506a0 . ПМИД   4932997 . S2CID   4158731 .
  26. ^ Херриотт-младший, Сикер Л.К., Дженсен Л.Х., Ловенберг В. (1970). «Структура рубредоксина: рентгеновское исследование с разрешением 2,5 Å». Журнал молекулярной биологии . 50 (2): 391–402. дои : 10.1016/0022-2836(70)90200-7 . ПМИД   5476919 .
  27. ^ Уотенпо К.Д., Сикер Л.К., Дженсен Л.Х. (1980). «Кристаллографическое уточнение рубредоксина при разрешении 1,2 Å». Журнал молекулярной биологии . 138 (3): 615–633. дои : 10.1016/s0022-2836(80)80020-9 . ПМИД   7411618 .
  28. ^ Бланделл Т.Л., Катфилд Дж.Ф., Катфилд С.М., Додсон Э.Дж., Додсон Г.Г., Ходжкин Д.С., Меркола Д.А., Виджаян М. (1971). «Положения атомов в ромбоэдрических кристаллах инсулина 2-цинка». Природа . 231 (5304): 506–511. Бибкод : 1971Natur.231..506B . дои : 10.1038/231506a0 . ПМИД   4932997 . S2CID   4158731 .
  29. ^ Танака Х, Като К, Ямасита Э, Сумидзава Т, Чжоу Ю, Яу М, Ивасаки К, Ёсимура М, Цукихара Т (2009). «Структура свода печени крысы при разрешении 3,5 ангстрем». Наука . 323 (5912): 384–388. Бибкод : 2009Sci...323..384T . дои : 10.1126/science.1164975 . ПМИД   19150846 . S2CID   2072790 .
  30. ^ Касанас А., Кероль-Ауди Дж., Герра П., Поус Дж., Танака Х., Цукихара Т., Вердагер Н., Фита I (2013). «Новые особенности архитектуры и динамики хранилища, выявленные благодаря новому усовершенствованию с использованием подхода деформируемой эластичной сети» (PDF) . Акта Кристаллографика . D69 (Часть 6): 1054–1061. дои : 10.1107/S0907444913004472 . hdl : 10261/88208 . ПМИД   23695250 .
Arc.Ask3.Ru: конец переведенного документа.
Arc.Ask3.Ru
Номер скриншота №: 4603f65eb3e0dc8e07cf371e9bc26326__1718474100
URL1:https://arc.ask3.ru/arc/aa/46/26/4603f65eb3e0dc8e07cf371e9bc26326.html
Заголовок, (Title) документа по адресу, URL1:
List of biophysically important macromolecular crystal structures - Wikipedia
Данный printscreen веб страницы (снимок веб страницы, скриншот веб страницы), визуально-программная копия документа расположенного по адресу URL1 и сохраненная в файл, имеет: квалифицированную, усовершенствованную (подтверждены: метки времени, валидность сертификата), открепленную ЭЦП (приложена к данному файлу), что может быть использовано для подтверждения содержания и факта существования документа в этот момент времени. Права на данный скриншот принадлежат администрации Ask3.ru, использование в качестве доказательства только с письменного разрешения правообладателя скриншота. Администрация Ask3.ru не несет ответственности за информацию размещенную на данном скриншоте. Права на прочие зарегистрированные элементы любого права, изображенные на снимках принадлежат их владельцам. Качество перевода предоставляется как есть. Любые претензии, иски не могут быть предъявлены. Если вы не согласны с любым пунктом перечисленным выше, вы не можете использовать данный сайт и информация размещенную на нем (сайте/странице), немедленно покиньте данный сайт. В случае нарушения любого пункта перечисленного выше, штраф 55! (Пятьдесят пять факториал, Денежную единицу (имеющую самостоятельную стоимость) можете выбрать самостоятельно, выплаичвается товарами в течение 7 дней с момента нарушения.)