Конформационные изменения

В биохимии конформационное изменение — это изменение формы макромолекулы , часто вызываемое факторами окружающей среды.

Макромолекула обычно гибкая и динамичная. Его форма может меняться в ответ на изменения окружающей среды или других факторов; каждая возможная форма называется конформацией, а переход между ними — конформационным изменением . Факторы, которые могут вызвать такие изменения, включают температуру, , напряжение , свет в хромофоре , концентрацию ионов , pH фосфорилирование или связывание лиганда . Переходы между этими состояниями происходят в различных масштабах длины (от десятых долей Å до нм) и времени (от нс до с).и были связаны с функционально значимыми явлениями, такими как аллостерическая передача сигналов. ^[1] и ферментативный катализ . ^[2]

Лабораторный анализ [ править ]

Многие биофизические методы, такие как кристаллография , ЯМР , электронный парамагнитный резонанс (ЭПР) с использованием спиновых меток методов , круговой дихроизм (CD) , водородный обмен и FRET, могут использоваться для изучения конформационных изменений макромолекул. Двухполяризационная интерферометрия — это настольный метод, способный предоставить информацию о конформационных изменениях в биомолекулах. ^[3]

Специальный нелинейно-оптический метод, называемый генерацией второй гармоники (ГВГ), недавно был применен для изучения конформационных изменений белков. ^[4] В этом методе зонд, активный во второй гармонике, помещается в участок белка, который подвергается движению в результате мутагенеза или неспецифического прикрепления, и белок адсорбируется или специфически иммобилизуется на поверхности. Изменение конформации белка приводит к изменению чистой ориентации красителя относительно плоскости поверхности и, следовательно, интенсивности луча второй гармоники. В образце белка с четко определенной ориентацией угол наклона зонда можно определить количественно в реальном пространстве и в реальном времени. В качестве зондов также можно использовать неприродные аминокислоты, активные во второй гармонике. ^{[ нужна ссылка ]}

Другой метод использует электропереключаемые биоповерхности , где белки помещаются поверх коротких молекул ДНК, которые затем протаскиваются через буферный раствор с помощью приложения переменных электрических потенциалов. Измеряя их скорость, которая в конечном итоге зависит от их гидродинамического трения, можно визуализировать конформационные изменения. ^{[ нужна ссылка ]}

«Наноантенны», сделанные из ДНК – новый тип наноразмерной оптической антенны – могут быть прикреплены к белкам и генерировать сигнал посредством флуоресценции об их определенных конформационных изменениях. ^[5]^[6]

Компьютерный анализ [ править ]

Рентгеновская кристаллография может предоставить информацию об изменениях конформации на атомном уровне, но стоимость и сложность таких экспериментов делают вычислительные методы привлекательной альтернативой. ^[7] Анализ нормального режима с использованием моделей упругих сетей, таких как модель сети Гаусса , можно использовать для исследования траекторий молекулярной динамики , а также известных структур. ^[8]^[9] ProDy — популярный инструмент для такого анализа. ^[10]

Примеры [ править ]

Конформационные изменения важны для:

Транспортеры АВС ^[11]
катализ ^[12]
клеточная локомоция и моторные белки ^[13]
образование белковых комплексов ^[14]
ионные каналы ^[15]
Механорецепторы и механотрансдукция ^[16]
регулирующая деятельность ^[17]
транспорт метаболитов через клеточные мембраны ^[18]^[19]

См. также [ править ]

Ссылки [ править ]

^ Бу Зи, Callaway DJ (2011). «Белки движутся! Динамика белков и дальняя аллостерия в передаче сигналов в клетках». Структура белка и болезни . Том. 83. стр. 163–221. дои : 10.1016/B978-0-12-381262-9.00005-7 . ISBN 9780123812629 . ПМИД 21570668 . {{cite book}}: |journal= игнорируется ( помогите )
^ Фрейзер Дж.С., Кларксон М.В., Дегнан С.С., Эрион Р., Керн Д., Альбер Т. (декабрь 2009 г.). «Скрытые альтернативные структуры пролин-изомеразы, необходимые для катализа» . Природа . 462 (7273): 669–73. Бибкод : 2009Natur.462..669F . дои : 10.1038/nature08615 . ПМЦ 2805857 . ПМИД 19956261 .
^ Фриман Нью-Джерси, Пил Л.Л., Суонн М.Дж., Кросс Г.Х., Ривз А., Брэнд С., Лу-младший (19 июня 2004 г.). «Исследование адсорбции и структуры белка на границе раздела твердое тело и жидкость с высоким разрешением в режиме реального времени с использованием интерферометрии двойной поляризации» . Физический журнал: конденсированное вещество . 16 (26): С2493–С2496. Бибкод : 2004JPCM...16S2493F . дои : 10.1088/0953-8984/16/26/023 . ISSN 0953-8984 . S2CID 250737643 .
^ Салафский Дж.С., Коэн Б. (ноябрь 2008 г.). «Природная аминокислота, активная во второй гармонике, как структурный зонд биомолекул на поверхностях». Журнал физической химии Б. 112 (47): 15103–7. дои : 10.1021/jp803703m . ПМИД 18928314 .
^ «Химики используют ДНК, чтобы построить самую крошечную антенну в мире» . Университет Монреаля . Проверено 19 января 2022 г.
^ Харрун, Скотт Г.; Лозон, Доминик; Эберт, Максимилиан CCJC; Дерозье, Арно; Ван, Сяомэн; Валле-Белиль, Алексис (январь 2022 г.). «Мониторинг конформационных изменений белков с помощью флуоресцентных наноантенн» . Природные методы . 19 (1): 71–80. дои : 10.1038/s41592-021-01355-5 . ISSN 1548-7105 . ПМИД 34969985 . S2CID 245593311 .
^ Ким Ю., Бигелоу Л., Боровилос М., Дементьева И., Дагган Э., Эшенфельдт В. и др. (01.01.2008). «Глава 3. Высокопроизводительная очистка белков для рентгеновской кристаллографии и ЯМР» . Достижения в области химии белков и структурной биологии . 75 : 85–105. дои : 10.1016/S0065-3233(07)75003-9 . ПМЦ 3366499 . ПМИД 20731990 .
^ Тан Чью, Канеко К. (февраль 2020 г.). «Дальняя корреляция в динамике белков: подтверждение структурными данными и анализом нормального режима» . PLOS Вычислительная биология . 16 (2): e1007670. Бибкод : 2020PLSCB..16E7670T . дои : 10.1371/journal.pcbi.1007670 . ПМК 7043781 . ПМИД 32053592 .
^ Чжэн В., Дониак С. (ноябрь 2003 г.). «Сравнительное исследование движений моторных белков с использованием простой модели эластичной сети» . Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 100 (23): 13253–8. Бибкод : 2003PNAS..10013253Z . дои : 10.1073/pnas.2235686100 . ПМЦ 263771 . ПМИД 14585932 .
^ Бакан А., Мейрелеш Л.М., Бахар I (июнь 2011 г.). «ProDy: динамика белков, выведенная из теории и экспериментов» . Биоинформатика . 27 (11): 1575–7. doi : 10.1093/биоинформатика/btr168 . ПМК 3102222 . ПМИД 21471012 .
^ Понте-Сукре А, изд. (2009). ABC-транспортеры в микроорганизмах . Кайстер Академик. ISBN 978-1-904455-49-3 .
^ Камерлин С.К., Варшел А. (май 2010 г.). «На заре XXI века: является ли динамика недостающим звеном для понимания ферментативного катализа?» . Белки . 78 (6): 1339–75. дои : 10.1002/прот.22654 . ПМЦ 2841229 . ПМИД 20099310 .
^ Ховард Дж (2001). Механика моторных белков и цитоскелета (1-е изд.). Сандерленд, Массачусетс: Sinauer Associates. ISBN 9780878933334 .
^ Callaway DJ, Мацуи Т, Вайс Т, Стингачиу ЛР, Стэнли CB, Хеллер ВТ, Бу Зи (апрель 2017 г.). «Управляемая активация наномасштабной динамики в неупорядоченном белке изменяет кинетику связывания» . Журнал молекулярной биологии . 429 (7): 987–998. дои : 10.1016/j.jmb.2017.03.003 . ПМК 5399307 . ПМИД 28285124 .
^ Хилле Б. (2001) [1984]. Ионные каналы возбудимых мембран (3-е изд.). Сандерленд, Массачусетс: Sinauer Associates, Inc., с. 5. ISBN 978-0-87893-321-1 .
^ Николл И.Д., Мацуи Т., Вайс Т.М., Стэнли С.Б., Хеллер В.Т., Мартел А. и др. (август 2018 г.). «Структура α-катенина и наномасштабная динамика в растворе и в комплексе с F-актином» . Биофизический журнал . 115 (4): 642–654. Бибкод : 2018BpJ...115..642N . дои : 10.1016/j.bpj.2018.07.005 . hdl : 2436/621755 . ПМК 6104293 . ПМИД 30037495 .
^ Дональд В. (2011). Биохимия . Воэт, Джудит Г. (4-е изд.). Хобокен, Нью-Джерси: John Wiley & Sons. ISBN 9780470570951 . OCLC 690489261 .
↑ Страницы биологии Кимбалла. Архивировано 25 января 2009 г. в Wayback Machine , Клеточные мембраны.
^ Синглтон П. (1999). Бактерии в биологии, биотехнологии и медицине (5-е изд.). Нью-Йорк: Уайли. ISBN 978-0-471-98880-9 .

Внешние ссылки [ править ]

[pmid21570668-1] Бу Зи, Callaway DJ (2011). «Белки движутся! Динамика белков и дальняя аллостерия в передаче сигналов в клетках». Структура белка и болезни . Том. 83. стр. 163–221. дои : 10.1016/B978-0-12-381262-9.00005-7 . ISBN 9780123812629 . ПМИД 21570668 . {{cite book}}: |journal= игнорируется ( помогите )

[2] Фрейзер Дж.С., Кларксон М.В., Дегнан С.С., Эрион Р., Керн Д., Альбер Т. (декабрь 2009 г.). «Скрытые альтернативные структуры пролин-изомеразы, необходимые для катализа» . Природа . 462 (7273): 669–73. Бибкод : 2009Natur.462..669F . дои : 10.1038/nature08615 . ПМЦ 2805857 . ПМИД 19956261 .

[3] Фриман Нью-Джерси, Пил Л.Л., Суонн М.Дж., Кросс Г.Х., Ривз А., Брэнд С., Лу-младший (19 июня 2004 г.). «Исследование адсорбции и структуры белка на границе раздела твердое тело и жидкость с высоким разрешением в режиме реального времени с использованием интерферометрии двойной поляризации» . Физический журнал: конденсированное вещество . 16 (26): С2493–С2496. Бибкод : 2004JPCM...16S2493F . дои : 10.1088/0953-8984/16/26/023 . ISSN 0953-8984 . S2CID 250737643 .

[4] Салафский Дж.С., Коэн Б. (ноябрь 2008 г.). «Природная аминокислота, активная во второй гармонике, как структурный зонд биомолекул на поверхностях». Журнал физической химии Б. 112 (47): 15103–7. дои : 10.1021/jp803703m . ПМИД 18928314 .

[5] «Химики используют ДНК, чтобы построить самую крошечную антенну в мире» . Университет Монреаля . Проверено 19 января 2022 г.

[6] Харрун, Скотт Г.; Лозон, Доминик; Эберт, Максимилиан CCJC; Дерозье, Арно; Ван, Сяомэн; Валле-Белиль, Алексис (январь 2022 г.). «Мониторинг конформационных изменений белков с помощью флуоресцентных наноантенн» . Природные методы . 19 (1): 71–80. дои : 10.1038/s41592-021-01355-5 . ISSN 1548-7105 . ПМИД 34969985 . S2CID 245593311 .

[7] Ким Ю., Бигелоу Л., Боровилос М., Дементьева И., Дагган Э., Эшенфельдт В. и др. (01.01.2008). «Глава 3. Высокопроизводительная очистка белков для рентгеновской кристаллографии и ЯМР» . Достижения в области химии белков и структурной биологии . 75 : 85–105. дои : 10.1016/S0065-3233(07)75003-9 . ПМЦ 3366499 . ПМИД 20731990 .

[8] Тан Чью, Канеко К. (февраль 2020 г.). «Дальняя корреляция в динамике белков: подтверждение структурными данными и анализом нормального режима» . PLOS Вычислительная биология . 16 (2): e1007670. Бибкод : 2020PLSCB..16E7670T . дои : 10.1371/journal.pcbi.1007670 . ПМК 7043781 . ПМИД 32053592 .

[9] Чжэн В., Дониак С. (ноябрь 2003 г.). «Сравнительное исследование движений моторных белков с использованием простой модели эластичной сети» . Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 100 (23): 13253–8. Бибкод : 2003PNAS..10013253Z . дои : 10.1073/pnas.2235686100 . ПМЦ 263771 . ПМИД 14585932 .

[10] Бакан А., Мейрелеш Л.М., Бахар I (июнь 2011 г.). «ProDy: динамика белков, выведенная из теории и экспериментов» . Биоинформатика . 27 (11): 1575–7. doi : 10.1093/биоинформатика/btr168 . ПМК 3102222 . ПМИД 21471012 .

[Ponte-SucreA-11] Понте-Сукре А, изд. (2009). ABC-транспортеры в микроорганизмах . Кайстер Академик. ISBN 978-1-904455-49-3 .

[Kamerlin-12] Камерлин С.К., Варшел А. (май 2010 г.). «На заре XXI века: является ли динамика недостающим звеном для понимания ферментативного катализа?» . Белки . 78 (6): 1339–75. дои : 10.1002/прот.22654 . ПМЦ 2841229 . ПМИД 20099310 .

[13] Ховард Дж (2001). Механика моторных белков и цитоскелета (1-е изд.). Сандерленд, Массачусетс: Sinauer Associates. ISBN 9780878933334 .

[Assemblies-14] Callaway DJ, Мацуи Т, Вайс Т, Стингачиу ЛР, Стэнли CB, Хеллер ВТ, Бу Зи (апрель 2017 г.). «Управляемая активация наномасштабной динамики в неупорядоченном белке изменяет кинетику связывания» . Журнал молекулярной биологии . 429 (7): 987–998. дои : 10.1016/j.jmb.2017.03.003 . ПМК 5399307 . ПМИД 28285124 .

[isbn978-0-87893-321-1-15] Хилле Б. (2001) [1984]. Ионные каналы возбудимых мембран (3-е изд.). Сандерленд, Массачусетс: Sinauer Associates, Inc., с. 5. ISBN 978-0-87893-321-1 .

[pmid30037495-16] Николл И.Д., Мацуи Т., Вайс Т.М., Стэнли С.Б., Хеллер В.Т., Мартел А. и др. (август 2018 г.). «Структура α-катенина и наномасштабная динамика в растворе и в комплексе с F-актином» . Биофизический журнал . 115 (4): 642–654. Бибкод : 2018BpJ...115..642N . дои : 10.1016/j.bpj.2018.07.005 . hdl : 2436/621755 . ПМК 6104293 . ПМИД 30037495 .

[17] Дональд В. (2011). Биохимия . Воэт, Джудит Г. (4-е изд.). Хобокен, Нью-Джерси: John Wiley & Sons. ISBN 9780470570951 . OCLC 690489261 .

[18] Страницы биологии Кимбалла. Архивировано 25 января 2009 г. в Wayback Machine , Клеточные мембраны.

[19] Синглтон П. (1999). Бактерии в биологии, биотехнологии и медицине (5-е изд.). Нью-Йорк: Уайли. ISBN 978-0-471-98880-9 .

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]

[10]

[11]

[12]

[13]

[14]

[15]

[16]

[17]

[18]

[19]