Третичная структура белка - Protein tertiary structure

Первичная структура белкаВторичная структура белкаТретичная структура белкаЧетвертичная структура белка
Изображение выше содержит интерактивные ссылки
Интерактивная диаграмма из структура белка, с помощью PCNA В качестве примера. (PDB: 1AXC​)
Третичная структура белка
Третичная структура белка состоит из способа образования полипептида сложной молекулярной формы. Это вызвано взаимодействиями R-групп, такими как ионные и водородные связи, дисульфидные мостики, а также гидрофобные и гидрофильные взаимодействия.

Третичная структура белка это трехмерная форма белок. Третичная структура будет иметь единую полипептид цепь "позвоночник" с одним или несколькими вторичные структуры белков, то белковые домены. Аминокислота боковые цепи могут взаимодействовать и связываться разными способами. Взаимодействия и связи боковых цепей внутри конкретного белка определяют его третичную структуру. Третичная структура белка определяется его атомный координаты. Эти координаты могут относиться либо к белковому домену, либо ко всей третичной структуре.[1][2] Ряд третичных структур может складываться в четвертичная структура.[3]

История

Наука о третичной структуре белков выросла из одного из гипотеза к одному из подробных определений. Несмотря на то что Эмиль Фишер предположил, что белки были сделаны из полипептидные цепи и боковые цепи аминокислот, это было Дороти Мод Ринч кто включил геометрия в предсказание белковые структуры. Ринч продемонстрировал это с помощью Циклол модель, первое предсказание структуры глобулярный белок.[4] Современные методы позволяют без прогнозирования определять третичные структуры с точностью до 5 Å (0,5 нм) для небольших белков (<120 остатков) и, при благоприятных условиях, уверенный вторичная структура предсказания.

Детерминанты

Основная статья: Сворачивание белков

Стабильность родных состояний

Термостойкость

Смотрите также: Равновесие разворачивается

Белок, свернутый в его родное государство или же родное телосложение обычно имеет более низкий Свободная энергия Гиббса (сочетание энтальпия и энтропия ), чем развернутая конформация. Белок будет иметь тенденцию к низкоэнергетической конформации, которая будет определять укладку белка в сотовый среда. Поскольку многие похожие конформации будут иметь одинаковую энергию, белковые структуры динамичный, колеблясь между большими этими подобными структурами.

Глобулярные белки иметь ядро гидрофобный аминокислотные остатки и участок поверхности воды - выставлен, заряжен, гидрофильный остатки. Такое расположение может стабилизировать взаимодействия внутри третичной структуры. Например, в секретный белки, которые не купаются в цитоплазма, дисульфидные связи между цистеин остатки помогают поддерживать третичную структуру. Существует сходство стабильных третичных структур, наблюдаемых в белках с разнообразными функциями и разнообразием. эволюция. Например, ТИМ ствол, названный в честь фермента триозофосфатизомераза, является обычной третичной структурой, как и высокостабильная, димерный, спиральная катушка структура. Следовательно, белки можно классифицировать по структурам, которые они содержат. Базы данных белков, в которых используется такая классификация, включают: SCOP и CATH.

Кинетические ловушки

Складной кинетика может задерживать белок вэнергия конформация, то есть промежуточная конформация с высокой энергией блокирует доступ к конформации с самой низкой энергией. Конформация с высокой энергией может способствовать функции белка. Например, грипп гемагглютинин белок представляет собой единую полипептидную цепь, которая при активации протеолитически расщепляется с образованием двух полипептидных цепей. Две цепи находятся в высокоэнергетической конформации. Когда местные pH падает, белок претерпевает энергетически выгодную конформационную перестройку, которая позволяет ему проникать в хозяина клеточная мембрана.

Метастабильность

Некоторые третичные белковые структуры могут существовать в долгоживущих состояниях, которые не являются ожидаемым наиболее стабильным состоянием. Например, многие змеи (ингибиторы сериновой протеазы) показывают это метастабильность. Они проходят конформационное изменение когда петля белка разрезана протеаза.[5][6][7]

Белки-шапероны

Обычно предполагается, что нативное состояние белка также является наиболее термодинамически стабильным и что белок достигнет своего нативного состояния, учитывая его химическая кинетика, прежде чем это будет переведено. Протеин шапероны внутри цитоплазмы клетки помогают вновь синтезированному полипептиду достичь его нативного состояния. Некоторые белки-шапероны обладают высокой специфичностью по своей функции, например, протеин дисульфид изомераза; другие являются общими по своей функции и могут помочь большинству глобулярных белков, например, прокариотический GroEL /GroES система белков и гомологичный эукариотический белки теплового шока (система Hsp60 / Hsp10).

Цитоплазматическая среда

Прогнозирование третичной структуры белка основывается на знании первичная структура и сравнение возможной предсказанной третичной структуры с известными третичными структурами в банки данных белков. При этом учитывается только цитоплазматическая среда, присутствующая во время синтез белка в той степени, в которой аналогичная цитоплазматическая среда также могла повлиять на структуру белков, записанных в банке данных по белкам.

Связывание лиганда

Структура белка, например фермент, может измениться при связывании своих природных лигандов, например, кофактор. В этом случае структура белка, связанного с лигандом, известна как голоструктура, а несвязанного белка - как структура апо.[8]

Определение

Знание третичной структуры растворимых глобулярные белки более продвинутый, чем у мембранные белки потому что первых легче изучать с помощью имеющихся технологий.

Рентгеновская кристаллография

Рентгеновская кристаллография это наиболее распространенный инструмент, используемый для определения структура белка. Он обеспечивает высокое разрешение структуры, но не дает информации о белках. конформационная гибкость.

ЯМР

ЯМР белков дает сравнительно меньшее разрешение структуры белка. Он ограничивается более мелкими белками. Однако он может предоставить информацию о конформационных изменениях белка в растворе.

Криогенная электронная микроскопия

Криогенная электронная микроскопия (крио-ЭМ) может дать информацию как о третичной, так и о четвертичной структуре белка. Он особенно хорошо подходит для больших белков и симметричные комплексы из белковые субъединицы.

Двойная поляризационная интерферометрия

Двойная поляризационная интерферометрия предоставляет дополнительную информацию о белках, захваченных на поверхности. Это помогает в определении изменений структуры и внешнего вида с течением времени.

Проекты

Алгоритм предсказания

В Складной @ дома проект в Стэндфордский Университет это распределенных вычислений исследовательские усилия, в которых используется примерно 5 петафлопс (≈10 x86 петафлопс) доступных вычислений. Он направлен на поиск алгоритм который будет последовательно предсказывать третичные и четвертичные структуры белка с учетом аминокислотной последовательности белка и его клеточных условий.[9][10][11]

Список программ для предсказания третичной структуры белков можно найти наСписок программ для предсказания структуры белков.

Заболевания агрегации белков

Агрегация белков болезни, такие как Болезнь Альцгеймера и болезнь Хантингтона и прион болезни, такие как губчатая энцефалопатия можно лучше понять, построив (и реконструировав) модели болезней. Это делается, вызывая болезнь у лабораторных животных, например, путем введения токсин, Такие как MPTP вызвать болезнь Паркинсона или через генетическая манипуляция.[12][13]Прогноз структуры белка это новый способ создания моделей болезней, позволяющий избежать использования животных.[14]

Проект по поиску третичной структуры белка (CoMOGrad)

Сопоставление паттернов в третичной структуре данного белка с огромным количеством известных третичных структур белка и извлечение наиболее похожих из них в ранжированном порядке лежит в основе многих областей исследований, таких как прогнозирование функций новых белков, изучение эволюции, диагностика заболеваний, открытие лекарств, дизайн антител и т. д. Проект CoMOGrad в BUET - это исследовательская работа по созданию чрезвычайно быстрого и очень точного метода извлечения третичной структуры белка и разработки онлайн-инструмента на основе результатов исследования.[15][16]

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ ИЮПАК, Сборник химической терминологии, 2-е изд. («Золотая книга») (1997). Исправленная онлайн-версия: (2006–) "третичная структура ". Дои:10.1351 / goldbook.T06282
  2. ^ Бранден К. и Туз Дж. "Введение в структуру белка", издательство Garland Publishing, Нью-Йорк. 1990 и 1991 гг.
  3. ^ Кайт, Дж. "Структура в химии белков". Издательство Гарленд, Нью-Йорк. 1995 г. ISBN  0-8153-1701-8
  4. ^ Сенешаль М. «Я умерла за красоту: Дороти Ринч и наука». Oxford University Press, 2012. Глава 14. ISBN  0-19-991083-9, 9780199910830. Проверено в Google Книгах 8 декабря 2013 г.
  5. ^ Whisstock J (2006). «Молекулярная гимнастика: серпигинозная структура, складывание и строительные леса». Текущее мнение в структурной биологии. 16 (6): 761–68. Дои:10.1016 / j.sbi.2006.10.005. PMID  17079131.
  6. ^ Геттинс П.Г. (2002). «Строение, механизм и функции Серпина». Chem Rev. 102 (12): 4751–804. Дои:10.1021 / cr010170. PMID  12475206.
  7. ^ Whisstock JC, Скиннер R, Каррелл RW, Леск AM (2000). «Конформационные изменения в серпинах: I. Нативные и расщепленные конформации альфа (1) -анти-трипсина». Дж Мол Биол. 296 (2): 685–99. Дои:10.1006 / jmbi.1999.3520. PMID  10669617.
  8. ^ Силигер, Д; Де Гроот, Б. Л. (2010). «Конформационные переходы при связывании лиганда: предсказание голоструктуры на основе конформаций апо». PLOS вычислительная биология. 6 (1): e1000634. Bibcode:2010PLSCB ... 6E0634S. Дои:10.1371 / journal.pcbi.1000634. ЧВК  2796265. PMID  20066034.
  9. ^ "Складной @ дома". Стэндфордский Университет. По состоянию на 18 декабря 2013 г.
  10. ^ «Folding @ home - FAQ» Стэндфордский Университет. По состоянию на 18 декабря 2013 г.
  11. ^ «Folding @ home - Наука». Стэндфордский Университет.
  12. ^ Шобер А. (октябрь 2004 г.). «Классические токсин-индуцированные животные модели болезни Паркинсона: 6-OHDA и MPTP». Клеточная ткань Res. 318 (1): 215–24. Дои:10.1007 / s00441-004-0938-у. PMID  15503155.
  13. ^ "Крыса-нокаут TP53". Рак. Получено 2010-12-18.
  14. ^ «Особенность - что такое складывание и почему это важно?». Архивировано из оригинал 12 декабря 2013 г.. Получено 18 декабря, 2010.
  15. ^ "Комоград :: Третичное соответствие белков".
  16. ^ Карим, Резаул; Азиз, Мохд Момин Аль; Шатабда, Свакхар; Рахман, М. Сохель; Mia, Md Abul Kashem; Заман, Фархана; Ракин, Салман (21 августа 2015 г.). «CoMOGrad и PHOG: от компьютерного зрения к быстрому и точному поиску третичной структуры белка». Научные отчеты. 5 (1): 13275. arXiv:1409.0814. Bibcode:2015НатСР ... 513275K. Дои:10.1038 / srep13275. ЧВК  4543952. PMID  26293226.

внешняя ссылка

третичная структура