Третичная структура белка
 | Эта статья нуждается в дополнительных цитатах для проверки . ( декабрь 2013 г. ) |
Третичная структура белка – это трехмерная форма белка . Третичная структура будет иметь одну «основу» полипептидной цепи с одной или несколькими вторичными структурами белка , белковыми доменами . аминокислот Боковые цепи и основная цепь могут взаимодействовать и связываться разными способами. Взаимодействия и связи боковых цепей внутри конкретного белка определяют его третичную структуру. Третичная структура белка определяется координатами его атомов . Эти координаты могут относиться как к белковому домену, так и ко всей третичной структуре. [1] [2] Некоторые из этих структур могут связываться друг с другом, образуя четвертичную структуру . [3]
История
[ редактировать ]Наука о третичной структуре белков продвинулась от гипотезы к детальному определению. Хотя Эмиль Фишер предположил, что белки состоят из полипептидных цепей и боковых цепей аминокислот, именно Дороти Мод Ринч включила геометрию в предсказание белковых структур . Ринч продемонстрировал это с помощью Cyclol модели , которая стала первым предсказанием структуры глобулярного белка . [4] Современные методы способны определять без предсказания третичные структуры с точностью до 5 Å (0,5 нм) для небольших белков (<120 остатков) и, при благоприятных условиях, уверенно вторичную структуру предсказывать .
Детерминанты
[ редактировать ]Стабильность родных государств
[ редактировать ]Термостабильность
[ редактировать ]Белок, свернутый в нативное состояние или нативную конформацию, обычно имеет более низкую свободную энергию Гиббса (комбинацию энтальпии и энтропии ), чем развернутая конформация. Белок будет стремиться к низкоэнергетическим конформациям, которые будут определять его складку в клеточной среде. Поскольку многие схожие конформации имеют одинаковую энергию, белковые структуры являются динамическими и колеблются между этими сходными структурами.
Глобулярные белки имеют ядро из гидрофобных аминокислотных остатков и поверхностную область из воды остатков , подвергающихся воздействию заряженных гидрофильных . Такое расположение может стабилизировать взаимодействия внутри третичной структуры. Например, в секретируемых белках, которые не погружены в цитоплазму , дисульфидные связи между остатками цистеина помогают поддерживать третичную структуру. Существует общность стабильных третичных структур, наблюдаемая в белках с разнообразными функциями и различной эволюцией . Например, ствол ТИМ , названный в честь фермента триозофосфатизомеразы , представляет собой обычную третичную структуру, как и высокостабильная димерная спирали структура в виде спиральной . Следовательно, белки можно классифицировать по структурам, которые они содержат. Базы данных белков, использующих такую классификацию, включают SCOP и CATH .
Кинетические ловушки
[ редактировать ]сворачивания Кинетика может захватывать белок в высокоэнергетической конформации , т.е. высокоэнергетическая промежуточная конформация блокирует доступ к конформации с самой низкой энергией. Высокоэнергетическая конформация может способствовать функции белка. Например, гриппа белок гемагглютинин представляет собой одну полипептидную цепь, которая при активации протеолитически расщепляется с образованием двух полипептидных цепей. Две цепи находятся в высокоэнергетической конформации. Когда локальный pH падает, белок претерпевает энергетически выгодную конформационную перестройку, которая позволяет ему проникнуть через мембрану клетки- хозяина .
Метастабильность
[ редактировать ]Некоторые третичные белковые структуры могут существовать в долгоживущих состояниях, которые не являются ожидаемым наиболее стабильным состоянием. Например, многие серпины (ингибиторы сериновых протеаз) демонстрируют такую метастабильность . Они претерпевают конформационные изменения , когда петля белка разрезается протеазой . [5] [6] [7]
Белки-шапероны
[ редактировать ]Обычно предполагается, что нативное состояние белка также является наиболее термодинамически стабильным и что белок достигнет своего нативного состояния, учитывая его химическую кинетику , до того, как он будет транслирован . Белки- шапероны в цитоплазме клетки помогают вновь синтезированному полипептиду достичь нативного состояния. Некоторые белки-шапероны высокоспецифичны в своей функции, например протеиндисульфидизомераза ; другие имеют общие функции и могут помогать большинству глобулярных белков, например, прокариотической GroEL / GroES системе белков и гомологичным эукариотическим белкам теплового шока (система Hsp60/Hsp10).
Цитоплазматическая среда
[ редактировать ]белка Прогнозирование третичной структуры белка основано на знании первичной структуры и сравнении возможной предсказанной третичной структуры с известными третичными структурами в банках данных белков . При этом учитывается цитоплазматическая среда, присутствующая во время синтеза белка, только в той степени, в которой аналогичная цитоплазматическая среда также могла влиять на структуру белков, записанную в банке данных белков.
Связывание лиганда
[ редактировать ]Структура белка, такого как фермент , может измениться при связывании его природных лигандов, например, кофактора . В этом случае структура белка, связанного с лигандом, известна как голоструктура, а несвязанный белок имеет апо-структуру. [8]
Структура стабилизирована за счет образования слабых связей между боковыми цепями аминокислот.- Определяется сворачиванием полипептидной цепи на себя (неполярные остатки располагаютсявнутри белка, тогда как полярные остатки преимущественно расположены снаружи)- Оболочка белка сближает белок и связывает а- с расположенными в отдаленных участках последовательности- Приобретение третичной структуры приводит к образованию карманов и участков, пригодных для распознавания исвязывание специфических молекул (биоспецифичность).
Определение
[ редактировать ]Знания о третичной структуре растворимых глобулярных белков более продвинуты, чем о мембранных белках , поскольку первые легче изучать с помощью доступных технологий.
Рентгеновская кристаллография
[ редактировать ]Рентгеновская кристаллография является наиболее распространенным инструментом, используемым для определения структуры белка . Он обеспечивает высокое разрешение структуры, но не дает информации о конформационной гибкости белка .
ЯМР
[ редактировать ]ЯМР белков дает сравнительно более низкое разрешение структуры белка. Он ограничен более мелкими белками. Однако он может предоставить информацию о конформационных изменениях белка в растворе.
Криогенная электронная микроскопия
[ редактировать ]Криогенная электронная микроскопия (криоЭМ) может дать информацию как о третичной, так и о четвертичной структуре белка. Он особенно хорошо подходит для крупных белков и симметричных комплексов белковых субъединиц .
Интерферометрия двойной поляризации
[ редактировать ]Интерферометрия с двойной поляризацией предоставляет дополнительную информацию о белках, захваченных на поверхности. Это помогает определить изменения структуры и конформации с течением времени.
Проекты
[ редактировать ]Алгоритм прогнозирования
[ редактировать ]Проект Folding@home в Пенсильванском университете представляет собой исследовательскую работу в области распределенных вычислений , которая использует примерно 5 петафлопс (≈10 x86 петафлопс) доступных вычислений. Целью проекта является поиск алгоритма , который будет последовательно предсказывать третичную и четвертичную структуру белка с учетом аминокислотной последовательности белка и его клеточного состояния. [9] [10]
Список программного обеспечения для прогнозирования третичной структуры белков можно найти по адресу Список программного обеспечения для прогнозирования структуры белков .
Болезни агрегации белков
[ редактировать ]Заболевания агрегации белков , такие как болезнь Альцгеймера и болезнь Хантингтона , а также прионные заболевания, такие как губчатая энцефалопатия крупного рогатого скота, можно лучше понять путем построения (и реконструкции) моделей заболеваний . Это делается путем вызывания заболевания у лабораторных животных, например, путем введения токсина , такого как MPTP, вызывающего болезнь Паркинсона, или посредством генетических манипуляций . [11] [12] Прогнозирование структуры белка — это новый способ создания моделей заболеваний, позволяющий избежать использования животных. [13]
Проект восстановления третичной структуры белка (CoMOGrad)
[ редактировать ]Сопоставление закономерностей третичной структуры данного белка с огромным количеством известных третичных структур белков и поиск наиболее похожих из них в ранжированном порядке лежит в основе многих областей исследований, таких как предсказание функций новых белков, изучение эволюции, диагностика заболеваний, открытие лекарств и т. д. дизайн антител и т. д. Проект CoMOGrad в BUET представляет собой исследовательскую попытку разработать чрезвычайно быстрый и очень точный метод восстановления третичной структуры белка и разработать онлайн-инструмент на основе результатов исследований. [14] [15]
См. также
[ редактировать ]Ссылки
[ редактировать ]- ^ ИЮПАК , Сборник химической терминологии , 2-е изд. («Золотая книга») (1997). Исправленная онлайн-версия: (2006–) « Третичная структура ». два : 10.1351/goldbook.T06282
- ^ Брэнден К. и Туз Дж. «Введение в структуру белка», издательство Garland Publishing, Нью-Йорк. 1990 и 1991 годы.
- ^ Кайт, Дж. «Структура в химии белка». Издательство Garland Publishing, Нью-Йорк. 1995. ISBN 0-8153-1701-8
- ^ Сенечал М. «Я умер за красоту: Дороти Ринч и научная культура». Издательство Оксфордского университета, 2012. Глава 14. ISBN 0-19-991083-9 , 9780199910830. Доступно в Google Книгах с 8 декабря 2013 г.
- ^ Уиссток Дж. (2006). «Молекулярная гимнастика: змеевидная структура, складчатость и леса». Современное мнение в области структурной биологии . 16 (6): 761–68. дои : 10.1016/j.sbi.2006.10.005 . ПМИД 17079131 .
- ^ Геттинс П.Г. (2002). «Структура, механизм и функции серпина». Хим преп . 102 (12): 4751–804. дои : 10.1021/cr010170 . ПМИД 12475206 .
- ^ Уиссток Дж.К., Скиннер Р., Каррелл Р.В., Леск А.М. (2000). «Конформационные изменения серпинов: I. Нативная и расщепленная конформации альфа (1)-антитрипсина». Дж Мол Биол . 296 (2): 685–99. дои : 10.1006/jmbi.1999.3520 . ПМИД 10669617 .
- ^ Силигер, Д; Де Гроот, БЛ (2010). «Конформационные переходы при связывании лиганда: предсказание голоструктуры на основе конформаций апо» . PLOS Вычислительная биология . 6 (1): e1000634. Бибкод : 2010PLSCB...6E0634S . дои : 10.1371/journal.pcbi.1000634 . ПМК 2796265 . ПМИД 20066034 .
- ^ «Folding@home – Борьба с болезнями с помощью распределенного по всему миру суперкомпьютера» . Проверено 23 апреля 2024 г.
- ^ «Лаборатория Боумана – Пенсильванский университет» . Проверено 23 апреля 2024 г.
- ^ Шобер А. (октябрь 2004 г.). «Классические животные модели болезни Паркинсона, вызванные токсинами: 6-OHDA и MPTP». Ресурсы клеточных тканей . 318 (1): 215–24. дои : 10.1007/s00441-004-0938-y . ПМИД 15503155 . S2CID 1824912 .
- ^ «Крыса-нокаут Tp53» . Рак . Проверено 18 декабря 2010 г.
- ^ «Функция: что такое фолдинг и почему это важно?» . Архивировано из оригинала 12 декабря 2013 года . Проверено 18 декабря 2010 г.
- ^ «Комоград :: Третичное соответствие белков» .
- ^ Карим, Резаул; Азиз, Мохд Момин Аль; Шатабда, Свакхар; Рахман, М. Сохель; Миа, доктор Абул Кашем; Заман, Фархана; Ракин, Салман (21 августа 2015 г.). «CoMOGrad и PHOG: от компьютерного зрения к быстрому и точному восстановлению третичной структуры белка» . Научные отчеты . 5 (1): 13275. arXiv : 1409.0814 . Бибкод : 2015НатСР...513275К . дои : 10.1038/srep13275 . ПМК 4543952 . ПМИД 26293226 .
Внешние ссылки
[ редактировать ]- Банк данных по белкам
- Отображение, анализ и наложение трехмерных структур белков
- Алфавит белковых структур.
- Отображение, анализ и наложение трехмерных структур белков
- WWW-курс по элементарной биоинформатике белков
- Критическая оценка прогнозирования структуры (CASP)
- Структурная классификация белков (SCOP)
- Классификация структуры белков CATH
- Программное обеспечение DALI/FSSP и база данных наложенных белковых структур.
- TOPOFIT-DB Инвариантные структурные ядра между белками
- PDBWiki — Домашняя страница PDBWiki — веб-сайт сообщества для аннотаций структур PDB.