Сворачивание белков

Сворачивание белка - это физический процесс, с помощью которого белковая цепь транслируется в ее естественную трехмерную структуру , обычно «свернутую» конформацию, благодаря которой белок становится биологически функциональным. Посредством быстрого и воспроизводимого процесса полипептид сворачивается в свою характерную трехмерную структуру из случайного клубка . [1] Каждый белок сначала существует в виде развернутого полипептида или случайной спирали после трансляции из последовательности мРНК в линейную цепочку аминокислот.. На этом этапе полипептид лишен какой-либо стабильной (долговечной) трехмерной структуры (левая часть первого рисунка). Поскольку полипептидная цепь синтезируется рибосомой , линейная цепь начинает складываться в свою трехмерную структуру.

Белок до и после сворачивания
Результаты сворачивания белка

Сворачивание многих белков начинается еще во время трансляции полипептидной цепи. Аминокислоты взаимодействуют друг с другом, образуя четко определенную трехмерную структуру, свернутый белок (правая часть рисунка), известный как нативное состояние . Результирующая трехмерная структура определяется аминокислотной последовательностью или первичной структурой ( догма Анфинсена ). [2]

Правильная трехмерная структура имеет важное значение для функции, хотя некоторые части функциональных белков может оставаться развернутом , [3] , так что динамики белка имеет важное значение. Неспособность свернуться в нативную структуру обычно приводит к образованию неактивных белков, но в некоторых случаях неправильно свернутые белки имеют модифицированную или токсичную функциональность. Считается, что некоторые нейродегенеративные и другие заболевания возникают в результате накопления амилоидных фибрилл, образованных неправильно свернутыми белками. [4] Многие аллергии вызваны неправильной укладкой некоторых белков, поскольку иммунная система не вырабатывает антитела к определенным структурам белков. [5]

Денатурация белков - это процесс перехода из свернутого состояния в развернутое . Это случается при кулинарии , ожогах , протеинопатиях и в других ситуациях.

Продолжительность процесса сворачивания сильно варьируется в зависимости от интересующего белка. При изучении вне клетки самым медленным сворачивающимся белкам требуется много минут или часов, чтобы сворачиваться в основном из-за изомеризации пролина , и они должны пройти через ряд промежуточных состояний, таких как контрольные точки, прежде чем процесс завершится. [6] С другой стороны, очень маленькие однодоменные белки длиной до сотни аминокислот обычно складываются за одну стадию. [7] Время в миллисекунды является нормой, и самые быстрые из известных реакций сворачивания белка завершаются в течение нескольких микросекунд. [8]

Понимание и моделирование процесса сворачивания белков было важной задачей вычислительной биологии с конца 1960-х годов.

Первичная структура

Первичная структура белка , его линейной аминокислотной последовательности, определяет свою нативную конформацию. [9] Конкретные аминокислотные остатки и их положение в полипептидной цепи являются определяющими факторами, для которых части белка плотно складываются вместе и образуют его трехмерную конформацию. Аминокислотный состав не так важен, как последовательность. [10] Существенным фактом фолдинга, однако, остается то, что аминокислотная последовательность каждого белка содержит информацию, которая определяет как нативную структуру, так и путь достижения этого состояния. Это не означает, что почти идентичные аминокислотные последовательности всегда складываются одинаково. [11] Конформации различаются также в зависимости от факторов окружающей среды; похожие белки складываются по-разному в зависимости от того, где они находятся.

Вторичная структура

Альфа - спирали образование спиральной
Антипараллельный бета-гофрированный лист, демонстрирующий водородные связи в основной цепи

Формирование вторичной структуры - это первый шаг в процессе сворачивания белка, который принимает свою нативную структуру. Для вторичной структуры характерны структуры, известные как альфа-спирали и бета-листы, которые быстро складываются, потому что они стабилизируются внутримолекулярными водородными связями , как впервые охарактеризовал Линус Полинг . Образование внутримолекулярных водородных связей вносит еще один важный вклад в стабильность белка. [12] α-Спирали образованы водородными связями основной цепи и образуют спиральную форму (см. Рисунок справа). [10] β-гофрированный лист - это структура, которая формируется, когда основная цепь изгибается над собой, образуя водородные связи (как показано на рисунке слева). Водородные связи находятся между амидным водородом и карбонильным кислородом пептидной связи . Существуют антипараллельные β-складчатые листы и параллельные β-складчатые листы, где стабильность водородных связей более сильна в антипараллельном β-листе, поскольку он связывает водородные связи с идеальным углом 180 градусов по сравнению с наклонными водородными связями, образованными параллельными листами. [10]

Третичная структура

Альфа-спирали и бета-складчатые листы могут быть амфипатическими по своей природе или содержать гидрофильную часть и гидрофобную часть. Это свойство вторичных структур помогает в третичной структуре белка, в которой происходит сворачивание, так что гидрофильные стороны обращены к водной среде, окружающей белок, а гидрофобные стороны обращены к гидрофобному ядру белка. [13] Вторичная структура иерархически уступает место образованию третичной структуры. После того, как третичная структура белка сформирована и стабилизируется за счет гидрофобных взаимодействий, может также возникнуть ковалентное связывание в форме дисульфидных мостиков, образованных между двумя остатками цистеина. Третичная структура белка включает одну полипептидную цепь; однако дополнительные взаимодействия свернутых полипептидных цепей приводят к образованию четвертичной структуры. [14]

Четвертичная структура

Третичная структура может уступать место образованию четвертичной структуры в некоторых белках, которая обычно включает «сборку» или «совместную сборку» субъединиц, которые уже свернуты; другими словами, несколько полипептидных цепей могут взаимодействовать с образованием полностью функционального четвертичного белка. [10]

Движущие силы сворачивания белка

Обобщены все формы структуры белка.

Сворачивание - это спонтанный процесс, который в основном управляется гидрофобными взаимодействиями, образованием внутримолекулярных водородных связей , силами Ван-дер-Ваальса , и ему противостоит конформационная энтропия . [15] Процесс складывания часто начинается со-поступательно , так что N-конец белка начинает складывать в то время как С-концевой части белка все еще синтезируется на рибосоме ; однако молекула белка может самопроизвольно складываться во время или после биосинтеза . [16] Хотя эти макромолекулы можно рассматривать как « сворачивающиеся сами по себе », процесс также зависит от растворителя ( вода или липидный бислой ), [17] концентрации солей , pH , температуры , возможного присутствия кофакторов и молекулярные шапероны .

Белки будут иметь ограничения на их способность к складыванию из-за ограниченных углов изгиба или возможных конформаций. Эти допустимые углы сворачивания белка описываются двумерным графиком, известным как график Рамачандрана , изображенным с углами допустимого вращения в фунтах на квадратный дюйм и фи. [18]

Гидрофобный эффект

Гидрофобный коллапс . В компактной складке (справа) гидрофобные аминокислоты (показаны черными сферами) схлопываются к центру, чтобы защитить себя от водной среды.

Сворачивание белка должно быть термодинамически благоприятным внутри клетки, чтобы реакция была спонтанной. Поскольку известно, что сворачивание белка является спонтанной реакцией, оно должно принимать отрицательное значение свободной энергии Гиббса . Свободная энергия Гиббса при сворачивании белка напрямую связана с энтальпией и энтропией . [10] Для возникновения отрицательной дельта G и для того, чтобы сворачивание белка стало термодинамически выгодным, тогда либо энтальпия, либо энтропия, либо оба условия должны быть благоприятными.

"> Воспроизвести медиа
Энтропия уменьшается по мере того, как молекулы воды становятся более упорядоченными рядом с гидрофобным растворенным веществом.

Сведение к минимуму количества гидрофобных боковых цепей, подверженных воздействию воды, является важной движущей силой процесса складывания. [19] Гидрофобный эффект - это явление, при котором гидрофобные цепи белка схлопываются в ядро ​​белка (вдали от гидрофильной среды). [10] В водной среде молекулы воды имеют тенденцию к агрегированию вокруг гидрофобных областей или боковых цепей белка, создавая водные оболочки из упорядоченных молекул воды. [20] Упорядочение молекул воды вокруг гидрофобной области увеличивает порядок в системе и, следовательно, способствует отрицательному изменению энтропии (меньшая энтропия в системе). Молекулы воды фиксируются в этих водных клетках, что приводит к гидрофобному коллапсу или сворачиванию внутрь гидрофобных групп. Гидрофобный коллапс возвращает энтропию в систему за счет разрушения водяных клеток, что освобождает упорядоченные молекулы воды. [10] Множество гидрофобных групп, взаимодействующих внутри ядра глобулярного свернутого белка, вносит значительный вклад в стабильность белка после сворачивания из-за сильно накопленных сил Ван-дер-Ваальса (в частности, сил Лондонской дисперсии ). [10] гидрофобный эффект существует как движущая сила в термодинамике , только если есть наличие водной среды с амфифильной молекулой , содержащей большую гидрофобной областью. [21] Прочность водородных связей зависит от их окружения; таким образом, водородные связи, заключенные в гидрофобное ядро, вносят больший вклад, чем водородные связи, находящиеся в водной среде, для стабильности нативного состояния. [22]

В белках с глобулярными складками гидрофобные аминокислоты имеют тенденцию быть вкрапленными вдоль первичной последовательности, а не случайным образом распределены или сгруппированы вместе. [23] [24] Однако белки, которые недавно родились de novo , которые, как правило, изначально неупорядочены , [25] [26] демонстрируют противоположный паттерн кластеризации гидрофобных аминокислот вдоль первичной последовательности. [27]

Шапероны

Пример небольшого эукариотического белка теплового шока

Молекулярные шапероны - это класс белков, которые помогают в правильной укладке других белков in vivo . Шапероны существуют во всех клеточных компартментах и ​​взаимодействуют с полипептидной цепью, чтобы позволить сформироваться нативной трехмерной конформации белка; однако сами шапероны не включены в окончательную структуру белка, которому они помогают. [28] Шапероны могут способствовать сворачиванию, даже когда возникающий полипептид синтезируется рибосомой. [29] Молекулярные шапероны действуют путем связывания для стабилизации нестабильной в других отношениях структуры белка в его пути фолдинга, но шапероны не содержат необходимой информации для определения правильной нативной структуры белка, которому они помогают; скорее, шапероны работают, предотвращая неправильные складчатые конформации. [29] Таким образом, шапероны на самом деле не увеличивают частоту отдельных шагов, участвующих в пути сворачивания к нативной структуре; вместо этого они работают, уменьшая возможные нежелательные агрегации полипептидной цепи, которые в противном случае могли бы замедлить поиск подходящего промежуточного соединения, и они обеспечивают более эффективный путь для полипептидной цепи, чтобы принять правильные конформации. [28] Шапероны не следует путать с белками- катализаторами сворачивания , которые катализируют химические реакции, ответственные за медленные шаги в путях сворачивания. Примерами катализаторов фолдинга являются протеин- дисульфидные изомеразы и пептидил-пролилизомеразы, которые могут участвовать в образовании дисульфидных связей или взаимном превращении цис- и транс-стереоизомеров пептидной группы. [29] Показано, что шапероны имеют решающее значение в процессе сворачивания белка in vivo, потому что они предоставляют белку помощь, необходимую для принятия его правильных выравниваний и конформаций, достаточно эффективно, чтобы стать «биологически релевантными». [30] Это означает, что полипептидная цепь теоретически может складываться в свою нативную структуру без помощи шаперонов, как показали эксперименты по укладке белков, проведенные in vitro ; [30] однако этот процесс оказывается слишком неэффективным или слишком медленным, чтобы существовать в биологических системах; следовательно, шапероны необходимы для сворачивания белка in vivo. Наряду со своей ролью в содействии формированию нативной структуры, шапероны, как было показано, участвуют в различных ролях, таких как транспорт белков, деградация, и даже позволяют денатурированным протеинам, подвергающимся воздействию определенных внешних денатурирующих факторов, возможность преобразоваться в их правильные нативные структуры. [31]

Полностью денатурированный белок не имеет ни третичной, ни вторичной структуры и существует в виде так называемой случайной спирали . При определенных условиях некоторые белки могут складываться заново; однако во многих случаях денатурация необратима. [32] Клетки иногда защищают свои белки от денатурирующего воздействия тепла с помощью ферментов, известных как белки теплового шока (типа шаперонов), которые помогают другим белкам как в сворачивании, так и в том, чтобы оставаться свернутыми. Белки теплового шока были обнаружены у всех исследованных видов, от бактерий до людей, что позволяет предположить, что они эволюционировали очень рано и выполняли важную функцию. Некоторые белки вообще никогда не сворачиваются в клетках, кроме как с помощью шаперонов, которые либо изолируют отдельные белки, чтобы их укладка не прерывалась взаимодействиями с другими белками, либо помогают разворачивать неправильно свернутые белки, позволяя им повторно складываться в правильную нативную структуру. [33] Эта функция имеет решающее значение для предотвращения риска осаждения в нерастворимые аморфные агрегаты. К внешним факторам, участвующим в денатурации белка или нарушении нативного состояния, относятся температура, внешние поля (электрические, магнитные), [34] молекулярное скопление, [35] и даже ограничение пространства (т.е. лишение свободы), которые могут иметь большое влияние. на сворачивание белков. [36] Высокие концентрации растворенных веществ , экстремальные значения pH , механические силы и присутствие химических денатурирующих веществ также могут способствовать денатурации белка. Эти отдельные факторы вместе классифицируются как стрессы. Показано, что шапероны существуют в возрастающих концентрациях во время клеточного стресса и помогают правильному сворачиванию возникающих белков, а также денатурированных или неправильно свернутых. [28]

При некоторых условиях белки не сворачиваются в свои биохимически функциональные формы. Температуры выше или ниже диапазона, в котором обычно живут клетки, вызывают разворачивание или денатурирование термически нестабильных белков (вот почему кипячение делает яичный белок непрозрачным). Однако термостабильность белков далеко не постоянна; например, были обнаружены гипертермофильные бактерии , которые растут при температурах до 122 ° C [37], что, конечно, требует, чтобы их полный набор жизненно важных белков и белковых ансамблей был стабильным при этой температуре или выше.

Бактерия E. coli является хозяином для бактериофага T4 , а кодируемый фагом белок gp31 ( P17313 ), по-видимому, структурно и функционально гомологичен белку- шаперону E. coli GroES и способен замещать его при сборке вирусных частиц бактериофага T4 во время инфекционное заболевание. [38] Подобно GroES, gp31 образует стабильный комплекс с шаперонином GroEL, который абсолютно необходим для сворачивания и сборки in vivo основного капсидного белка бактериофага Т4 gp23. [38]

Сложите переключение

Некоторые белки имеют несколько нативных структур и меняют свою складку в зависимости от некоторых внешних факторов. Например, переключатели белка KaiB складываются в течение дня , действуя как часы для цианобактерий. Было подсчитано, что около 0,5–4% белков PDB ( Protein Data Bank ) переключают складки. [39]

Считается, что белок неправильно свернут, если он не может достичь своего нормального нативного состояния. Это может быть связано с мутациями в аминокислотной последовательности или нарушением нормального процесса фолдинга внешними факторами. [40] Неправильно свернутый белок обычно содержит β-листы , которые организованы в надмолекулярную структуру, известную как перекрестная β-структура. Эти богатые β-слоями сборки очень стабильны, очень нерастворимы и, как правило, устойчивы к протеолизу. [41] Структурная стабильность этих фибриллярных ансамблей обусловлена ​​обширными взаимодействиями между мономерами белка, образованными водородными связями основной цепи между их β-цепями. [41] Неправильная укладка белков может вызвать дальнейшую неправильную укладку и накопление других белков в агрегаты или олигомеры. Повышенный уровень агрегированных белков в клетке приводит к образованию амилоидоподобных структур, которые могут вызывать дегенеративные нарушения и гибель клеток. [40] Амилоиды представляют собой фибриллярные структуры, которые содержат межмолекулярные водородные связи, которые очень нерастворимы и образованы из преобразованных белковых агрегатов. [40] Следовательно, протеасомный путь может быть недостаточно эффективным для разрушения неправильно свернутых белков до агрегации. Неправильно свернутые белки могут взаимодействовать друг с другом и образовывать структурированные агрегаты и приобретать токсичность за счет межмолекулярных взаимодействий. [40]

Агрегированные белки связаны с заболеваниями, связанными с прионами, такими как болезнь Крейтцфельдта – Якоба , губчатой ​​энцефалопатией крупного рогатого скота (коровье бешенство), заболеваниями, связанными с амилоидом, такими как болезнь Альцгеймера и семейная амилоидная кардиомиопатия или полинейропатия , [42], а также такими заболеваниями внутриклеточной агрегации. как болезнь Хантингтона и Паркинсона . [4] [43] Эти возрастные дегенеративные заболевания связаны с агрегацией неправильно свернутых белков в нерастворимые внеклеточные агрегаты и / или внутриклеточные включения, включая поперечно-β- амилоидные фибриллы . Не совсем ясно, являются ли агрегаты причиной или просто отражением потери гомеостаза белка, баланса между синтезом, сворачиванием, агрегацией и обменом белка. Недавно Европейское агентство по лекарственным средствам одобрило использование Tafamidis или Vyndaqel (кинетический стабилизатор тетрамерного транстиретина) для лечения заболеваний, связанных с амилоидом транстиретина. Это говорит о том, что процесс образования амилоидных фибрилл (а не самих фибрилл) вызывает дегенерацию постмитотической ткани при амилоидных заболеваниях человека. [44] неправильное сворачивание и чрезмерная деградация вместо складывания и функция приводит к ряду протеинопатии заболеваний , таким как антитрипсин -associated эмфиземы , кистозный фиброз и болезни накопления лизосомных , где потеря функции является источником расстройства. В то время как заместительная протеиновая терапия исторически использовалась для коррекции последних нарушений, новый подход заключается в использовании фармацевтических шаперонов для сворачивания мутантных белков, чтобы сделать их функциональными.

В то время как выводы о сворачивании белков можно сделать с помощью исследований мутаций , обычно экспериментальные методы изучения сворачивания белков основаны на постепенном разворачивании или сворачивании белков и наблюдении конформационных изменений с использованием стандартных некристаллографических методов.

Рентгеновская кристаллография

Этапы рентгеновской кристаллографии

Рентгеновская кристаллография - один из наиболее эффективных и важных методов попытки расшифровать трехмерную конфигурацию свернутого белка. [45] Для проведения рентгеновской кристаллографии исследуемый белок должен находиться внутри кристаллической решетки. Чтобы поместить белок в кристаллическую решетку, необходимо иметь подходящий растворитель для кристаллизации, получить чистый белок на перенасыщенных уровнях в растворе и осаждать кристаллы в растворе. [46] После того, как белок кристаллизован, рентгеновские лучи могут быть сконцентрированы через кристаллическую решетку, которая будет дифракционировать лучи или направлять их наружу в различных направлениях. Эти выходящие лучи соотносятся с конкретной трехмерной конфигурацией белка, заключенного внутри. Рентгеновские лучи специфически взаимодействуют с электронными облаками, окружающими отдельные атомы в кристаллической решетке белка, и создают различимую дифракционную картину. [13] Только связав облака электронной плотности с амплитудой рентгеновских лучей, можно прочитать эту картину и сделать предположения о фазах или фазовых углах, которые усложняют этот метод. [47] Без связи, установленной с помощью математической основы, известной как преобразование Фурье , « фазовая проблема » сделала бы предсказание дифракционной картины очень трудным. [13] Новые методы, такие как множественное изоморфное замещение, используют присутствие иона тяжелого металла для более предсказуемой дифракции рентгеновских лучей, уменьшения количества задействованных переменных и решения фазовой проблемы. [45]

Флуоресцентная спектроскопия

Флуоресцентная спектроскопия - это высокочувствительный метод изучения состояния сворачивания белков. Три аминокислоты, фенилаланин (Phe), тирозин (Tyr) и триптофан (Trp), обладают собственными флуоресцентными свойствами, но экспериментально используются только Tyr и Trp, поскольку их квантовые выходы достаточно высоки, чтобы давать хорошие сигналы флуоресценции. И Trp, и Tyr возбуждаются на длине волны 280 нм, тогда как только Trp возбуждается на длине волны 295 нм. Из-за их ароматического характера остатки Trp и Tyr часто обнаруживаются полностью или частично погруженными в гидрофобное ядро ​​белков, на границе раздела между двумя доменами белка или на границе раздела между субъединицами олигомерных белков. В этой аполярной среде они имеют высокий квантовый выход и, следовательно, высокую интенсивность флуоресценции. При нарушении третичной или четвертичной структуры белка эти боковые цепи становятся более подверженными гидрофильному окружению растворителя, и их квантовые выходы снижаются, что приводит к низкой интенсивности флуоресценции. Для остатков Trp длина волны их максимального излучения флуоресценции также зависит от их окружения.

Флуоресцентная спектроскопия может использоваться для характеристики равновесного разворачивания белков путем измерения изменения интенсивности флуоресцентного излучения или длины волны максимального излучения в зависимости от значения денатуранта. [48] [49] Денатурант может представлять собой химическую молекулу (мочевину, гидрохлорид гуанидиния), температуру, pH, давление и т. Д. Равновесие между различными, но дискретными состояниями белка, т.е. нативным состоянием, промежуточными состояниями, развернутым состоянием, зависит от денатурирующая ценность; следовательно, глобальный сигнал флуоресценции их равновесной смеси также зависит от этого значения. Таким образом, получают профиль, связывающий глобальный белковый сигнал со значением денатуранта. Профиль равновесного развертывания может позволить обнаруживать и идентифицировать промежуточные звенья развертывания. [50] [51] Общие уравнения были разработаны Hugues Bedouelle для получения термодинамических параметров, которые характеризуют развертывающиеся равновесия для гомомерных или гетеромерных белков, вплоть до тримеров и потенциально тетрамеров, из таких профилей. [48] Флуоресцентную спектроскопию можно комбинировать с устройствами для быстрого смешивания, такими как остановленный поток , для измерения кинетики сворачивания белка, [52] построения шевронного графика и анализа значения Phi .

Круговой дихроизм

Круговой дихроизм - один из самых общих и основных инструментов для изучения сворачивания белков. Спектроскопия кругового дихроизма измеряет поглощение света с круговой поляризацией . В белках такие структуры, как альфа-спирали и бета-листы, являются хиральными и поэтому поглощают такой свет. Поглощение этого света действует как маркер степени свернутости белкового ансамбля. Этот метод был использован для измерения равновесного развертывания белка путем измерения изменения этого поглощения в зависимости от концентрации денатуранта или температуры . Расплав денатуранта измеряет свободную энергию разворачивания, а также значение m белка или зависимость от денатуранта. Температура расплава измеряет температуру денатурации (Tm) белка. [48] Что касается флуоресцентной спектроскопии, спектроскопию кругового дихроизма можно комбинировать с устройствами быстрого перемешивания, такими как остановленный поток, для измерения кинетики сворачивания белка и создания шевронных графиков .

Колебательный круговой дихроизм белков

Более поздние разработки методов колебательного кругового дихроизма (VCD) для белков, в которых в настоящее время используются инструменты преобразования Фурье (FT), предоставляют мощные средства для определения конформаций белков в растворе даже для очень больших молекул белка. Такие исследования белков с помощью VCD можно комбинировать с данными дифракции рентгеновских лучей для кристаллов белка, данными FT-IR для растворов белков в тяжелой воде (D 2 O) или квантовыми вычислениями .

Спектроскопия ядерного магнитного резонанса белков

Ядерно-магнитный резонанс белков (ЯМР) позволяет собирать структурные данные белка, создавая магнитное поле через образцы концентрированного белка. В ЯМР , в зависимости от химической среды, определенные ядра будут поглощать определенные радиочастоты. [53] [54] Поскольку структурные изменения белка происходят во временном масштабе от нс до мс, ЯМР особенно приспособлен для изучения промежуточных структур во временных масштабах от пс до с. [55] Некоторые из основных методов изучения структуры белков и структурных изменений нефолдинговых белков включают COSY , TOCSY ,  HSQC , временную релаксацию (T1 и T2) и NOE . [53] NOE особенно полезен, потому что наблюдается перенос намагниченности между пространственно проксимальными атомами водорода. [53] Различные эксперименты ЯМР имеют разную степень чувствительности шкалы времени, которая подходит для различных структурных изменений белка. NOE может улавливать колебания связей или повороты боковых цепей, однако NOE слишком чувствителен, чтобы улавливать сворачивание белка, потому что оно происходит в более крупном масштабе времени. [55]

Шкала времени структурных изменений белка соответствует экспериментам ЯМР. Для сворачивания белка, CPMG Relaxation Dispersion (CPMG RD) и переноса насыщения химического обмена (CEST) собирают данные в соответствующем временном масштабе.

Поскольку сворачивание белка происходит примерно за 50-3000 с -1, CPMG-релаксационная дисперсия и химический обмен перенасыщение стали одними из основных методов ЯМР-анализа сворачивания. [54] Кроме того, оба метода используются для обнаружения возбужденных промежуточных состояний в ландшафте сворачивания белков. [56] Для этого CPMG Relaxation дисперсия использует явление спинового эха . Этот метод подвергает ядра-мишени воздействию импульса 90, за которым следуют один или несколько импульсов 180. [57] Поскольку ядра перефокусируются, широкое распределение указывает на то, что ядра-мишени находятся в промежуточном возбужденном состоянии. Посмотрев на графики дисперсии релаксации, данные собирают информацию о термодинамике и кинетике между возбужденным и заземленным. [57] [56] Saturation Transfer измеряет изменения сигнала из основного состояния, когда возбужденные состояния становятся возмущенными. Он использует слабое радиочастотное излучение для насыщения возбужденного состояния определенного ядра, которое переводит его насыщение в основное состояние. [54] Этот сигнал усиливается за счет уменьшения намагниченности (и сигнала) основного состояния. [54] [56]

Основное ограничение ЯМР заключается в том, что его разрешение снижается с белками, размер которых превышает 25 кДа, и не так детализирован, как рентгеновская кристаллография . [54] Кроме того, ЯМР-анализ белков довольно сложен и может предложить несколько решений из одного и того же ЯМР-спектра. [53]

В исследовании, посвященном сворачиванию бокового амиотрофического склероза с участием белка SOD1 , возбужденные промежуточные соединения изучались с помощью релаксационной дисперсии и переноса насыщения. [58] SOD1 ранее был связан со многими мутантами, вызывающими заболевание, которые, как предполагалось, участвовали в агрегации белков, однако механизм до сих пор был неизвестен. С помощью экспериментов по релаксационной дисперсии и переносу насыщения многие возбужденные промежуточные состояния были обнаружены неправильной упаковкой у мутантов SOD1. [58]

Двухполяризационная интерферометрия

Интерферометрия с двойной поляризацией - это поверхностный метод измерения оптических свойств молекулярных слоев. При использовании для характеристики сворачивания белка он измеряет конформацию , определяя общий размер монослоя белка и его плотность в реальном времени с разрешением ниже Ангстрема [59], хотя измерение кинетики сворачивания белка в реальном времени ограничено. процессам, которые происходят медленнее ~ 10 Гц. Как и в случае с круговым дихроизмом , стимулом к ​​сворачиванию может быть денатурирующий агент или температура .

Исследования складчатости с высоким временным разрешением

В последние годы изучение сворачивания белков значительно продвинулось вперед благодаря развитию быстрых методов с временным разрешением. Экспериментаторы быстро запускают сворачивание образца развернутого белка и наблюдают за полученной динамикой . Используемые быстрые методы включают рассеяние нейтронов , [60] сверхбыстрое перемешивание растворов, фотохимические методы и лазерную спектроскопию скачков температуры . Среди многих ученых, которые внесли свой вклад в разработку этих методов, - Джереми Кук, Генрих Родер, Гарри Грей , Мартин Грюбеле , Брайан Дайер, Уильям Итон, Шина Рэдфорд , Крис Добсон , Алан Фершт , Бенгт Нелтинг и Ларс Конерманн.

Протеолиз

Протеолиз обычно используется для исследования фракции, развернутой в широком диапазоне условий раствора (например, быстрый параллельный протеолиз (FASTpp) . [61] [62]

Одномолекулярная силовая спектроскопия

Методы одиночных молекул, такие как оптический пинцет и АСМ, использовались для понимания механизмов сворачивания белков как изолированных белков, так и белков с шаперонами. [63] Оптический пинцет использовался для вытягивания отдельных белковых молекул с их C- и N-концов и их разворачивания, чтобы можно было изучить последующую рефолдинг. [64] Метод позволяет измерять скорость сворачивания на уровне одной молекулы; например, оптический пинцет недавно был применен для изучения сворачивания и разворачивания белков, участвующих в свертывании крови. Фактор фон Виллебранда (vWF) - это белок, играющий важную роль в процессе образования тромба. С помощью оптического пинцета для измерения отдельных молекул было обнаружено, что связанный с кальцием vWF действует как датчик силы сдвига в крови. Сдвигающая сила приводит к разворачиванию домена A2 vWF, скорость рефолдинга которого резко увеличивается в присутствии кальция. [65] Недавно было также показано, что простой домен src SH3 получает доступ к множеству путей развёртывания под действием силы. [66]

Биотиновая окраска

Биотиновая окраска позволяет делать снимки (не) свернутых белков в зависимости от состояния клеток. «Картина» биотина демонстрирует предвзятость по отношению к предсказанным внутренне неупорядоченным белкам . [67]

Вычислительные исследования сворачивания белка включают три основных аспекта, связанных с предсказанием стабильности, кинетики и структуры белка. В недавнем обзоре обобщены доступные вычислительные методы фолдинга белков. [68]

Парадокс Левинталя

В 1969 году Сайрус Левинталь отметил, что из-за очень большого количества степеней свободы в развернутой полипептидной цепи молекула имеет астрономическое количество возможных конформаций. В одной из его статей была сделана оценка в 3 300 или 10 143 человека . [69] Парадокс Левинталя - это мысленный эксперимент, основанный на наблюдении, что если бы белок был свернут путем последовательной выборки всех возможных конформаций, это заняло бы астрономическое количество времени, даже если бы конформации брались с большой скоростью ( в наносекундном или пикосекундном масштабе). [70] Основываясь на наблюдении, что белки складываются намного быстрее, чем это, Левинталь затем предположил, что случайного конформационного поиска не происходит, и, следовательно, белок должен складываться через серию метастабильных промежуточных состояний .

Энергетический ландшафт сворачивания белков

Энергетическая воронка, по которой развернутая полипептидная цепь принимает свою нативную структуру.

Конфигурационное пространство белка во время складывания можно визуализировать как энергетический ландшафт . Согласно Джозефу Брингельсону и Питеру Волинсу , белки следуют принципу минимального разочарования, что означает, что естественным образом эволюционировавшие белки оптимизировали свои энергетические ландшафты сворачивания [71], и что природа выбрала аминокислотные последовательности так, чтобы сложенное состояние белка было достаточно стабильным. К тому же приобретение сложенного состояния должно было стать достаточно быстрым процессом. Несмотря на то, что природа снизила уровень расстройства белков, некоторая его степень сохраняется до сих пор, что можно наблюдать при наличии локальных минимумов в энергетическом ландшафте белков.

Следствием этих эволюционно выбранных последовательностей является то, что обычно считается, что белки имеют глобальные «направляемые энергетические ландшафты» (придуманные Хосе Онучичем ) [72] , которые в значительной степени направлены на нативное состояние. Этот ландшафт « складывающейся воронки » позволяет белку сворачиваться до нативного состояния посредством любого из большого количества путей и промежуточных продуктов, а не ограничиваться одним механизмом. Теория подтверждается как компьютерным моделированием модельных белков, так и экспериментальными исследованиями [71], и она использовалась для улучшения методов предсказания и дизайна структуры белков . [71] Описание сворачивания белков с помощью выравнивающего ландшафта свободной энергии также согласуется со 2-м законом термодинамики. [73] С физической точки зрения представление о ландшафтах с точки зрения визуализируемого потенциала или поверхностей полной энергии просто с максимумами, седловыми точками, минимумами и воронками, как географические ландшафты, возможно, немного вводит в заблуждение. Соответствующее описание - действительно многомерное фазовое пространство, в котором многообразия могут принимать множество более сложных топологических форм. [74]

Развернутая полипептидная цепь начинается на вершине воронки, где она может принимать наибольшее количество развернутых вариаций и находится в своем наивысшем энергетическом состоянии. Подобные энергетические ландшафты указывают на то, что существует большое количество начальных возможностей, но возможно только одно естественное состояние; однако он не раскрывает многочисленных возможных путей сворачивания. Другая молекула одного и того же конкретного белка может быть способна следовать незначительно разным путям сворачивания в поисках разных более низкоэнергетических промежуточных продуктов, пока достигается одна и та же нативная структура. [75] Различные пути могут иметь разную частоту использования в зависимости от термодинамической благоприятности каждого пути. Это означает, что если один путь окажется более термодинамически более благоприятным, чем другой, он, вероятно, будет чаще использоваться в поисках нативной структуры. [75] Поскольку белок начинает сворачиваться и принимать различные формы, он всегда ищет более термодинамически благоприятную структуру, чем раньше, и, таким образом, продолжает движение по энергетической воронке. Образование вторичных структур является убедительным признаком повышенной стабильности в белке, и только одна комбинация вторичных структур, предполагаемая основной цепью полипептида, будет иметь самую низкую энергию и, следовательно, будет присутствовать в нативном состоянии белка. [75] Среди первых структур, которые образуются, когда полипептид начинает складываться, являются альфа-спирали и бета-витки, где альфа-спирали могут формироваться всего за 100 наносекунд, а бета-витки - за 1 микросекунду. [28]

В ландшафте энергетической воронки существует седловая точка, где находится переходное состояние для конкретного белка. [28] Переходное состояние на диаграмме энергетической воронки - это конформация, которая должна быть принята каждой молекулой этого белка, если белок желает, наконец, принять нативную структуру. Ни один белок не может принять нативную структуру, не пройдя сначала через переходное состояние. [28] Переходное состояние можно рассматривать как вариант или преждевременную форму нативного состояния, а не просто как еще один промежуточный этап. [76] Показано, что сворачивание переходного состояния определяет скорость, и даже несмотря на то, что оно существует в более высоком энергетическом состоянии, чем естественное сворачивание, оно очень напоминает естественную структуру. Внутри переходного состояния существует ядро, вокруг которого белок может сворачиваться, образованное процессом, называемым «зародышевая конденсация», когда структура начинает схлопываться на ядро. [76]

Моделирование сворачивания белков

Folding @ home использует модели состояния Маркова , подобные изображенной на схеме, чтобы смоделировать возможные формы и пути сворачивания, которые белок может принять, когда он конденсируется из своего начального случайно свернутого состояния (слева) в свою естественную трехмерную структуру (справа).

Методы de novo или ab initio для компьютерного предсказания структуры белка могут использоваться для моделирования различных аспектов сворачивания белка. Молекулярная динамика (MD) использовалась при моделировании сворачивания и динамики белков in silico . [77] Первые симуляции равновесного складывания были выполнены с использованием неявной модели растворителя и зонтичной выборки . [78] Из-за вычислительных затрат, неэмпирическое моделирование сворачивания MD с явной водой ограничено пептидами и очень маленькими белками. [79] [80] МД-моделирование более крупных белков остается ограниченным динамикой экспериментальной структуры или ее высокотемпературным развертыванием. К долгосрочным процессам сворачивания (более 1 миллисекунды), таким как сворачивание белков небольшого размера (около 50 остатков) или больше, можно получить доступ с помощью крупнозернистых моделей . [81] [82] [83]

Несколько крупномасштабных вычислительных проектов, таких как Rosetta @ home , [84] Folding @ home [85] и Foldit , [86], сворачивают целевой белок.

Моделирование длинных непрерывных траекторий было выполнено на Anton , суперкомпьютере с массовым параллелизмом, спроектированном и построенном на базе специализированных ASIC и межсоединений DE Shaw Research . Самый длинный опубликованный результат моделирования, выполненного с использованием Антона, - это моделирование NTL9 за 2,936 миллисекунды при 355 К. [87]

  • Шеврон сюжет
  • Средняя точка денатурации
  • Складывание под гору
  • Складывание (химия)
  • Анализ значения Phi
  • Потенциальная энергия белка
  • Белковая динамика
  • Циклическая амплификация с неправильным сворачиванием белков
  • Программное обеспечение для предсказания структуры белка
  • Протеопатия
  • Масс-спектрометрия с временным разрешением

  1. Перейти ↑ Alberts B , Johnson A, Lewis J, Raff M, Roberts K, Walters P (2002). «Форма и структура белков» . Молекулярная биология клетки; Четвертое издание . Нью-Йорк и Лондон: Наука о гирляндах. ISBN 978-0-8153-3218-3.
  2. ^ Анфинсен CB (июль 1972 г.). «Формирование и стабилизация структуры белка» . Биохимический журнал . 128 (4): 737–49. DOI : 10.1042 / bj1280737 . PMC  1173893 . PMID  4565129 .
  3. ^ Берг Дж. М., Тимочко Дж. Л., Страйер Л. (2002). «3. Структура и функции белка» . Биохимия . Сан-Франциско: WH Freeman. ISBN 978-0-7167-4684-3.
  4. ^ а б Selkoe DJ (декабрь 2003 г.). «Смертельное сворачивание белков». Природа . 426 (6968): 900–4. Bibcode : 2003Natur.426..900S . DOI : 10,1038 / природа02264 . PMID  14685251 . S2CID  6451881 .
  5. ^ Альбертс Б., Брей Д., Хопкин К., Джонсон А., Льюис Дж., Рафф М., Робертс К., Уолтер П. (2010). «Структура и функции белка». Существенная клеточная биология (Третье изд.). Нью-Йорк, штат Нью-Йорк: Наука о гирляндах. С. 120–70. ISBN 978-0-8153-4454-4.
  6. ^ Ким PS, Болдуин RL (1990). «Промежуточные продукты в реакциях сворачивания малых белков». Ежегодный обзор биохимии . 59 : 631–60. DOI : 10.1146 / annurev.bi.59.070190.003215 . PMID  2197986 .
  7. ^ Джексон С.Е. (1998). «Как складываются небольшие однодоменные белки?» . Складывание и дизайн . 3 (4): Р81-91. DOI : 10.1016 / S1359-0278 (98) 00033-9 . PMID  9710577 .
  8. ^ Кубелка Дж., Хофрихтер Дж., Итон В.А. (февраль 2004 г.). «Белок Folding„ограничение скорости “ » . Текущее мнение в структурной биологии . 14 (1): 76–88. DOI : 10.1016 / j.sbi.2004.01.013 . PMID  15102453 .
  9. ^ Анфинсен CB (июль 1973 г.). «Принципы, регулирующие складывание белковых цепей». Наука . 181 (4096): 223–30. Bibcode : 1973Sci ... 181..223A . DOI : 10.1126 / science.181.4096.223 . PMID  4124164 .
  10. ^ Б с д е е г ч Воет Д., Воет Дж. Г., Пратт С. В. (2016). Принципы биохимии (Пятое изд.). Вайли. ISBN 978-1-118-91840-1.
  11. ^ Александр PA, He Y, Chen Y, Orban J, Bryan PN (июль 2007 г.). «Дизайн и характеристика двух белков с 88% идентичностью последовательностей, но различной структурой и функцией» . Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 104 (29): 11963–8. Bibcode : 2007PNAS..10411963A . DOI : 10.1073 / pnas.0700922104 . PMC  1906725 . PMID  17609385 .
  12. ^ Роуз Дж. Д., Флеминг П. Дж., Банавар Дж. Р., Маритан А. (ноябрь 2006 г.). «Основанная на позвоночнике теория сворачивания белка» . Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 103 (45): 16623–33. Bibcode : 2006PNAS..10316623R . CiteSeerX  10.1.1.630.5487 . DOI : 10.1073 / pnas.0606843103 . PMC  1636505 . PMID  17075053 .
  13. ^ а б в Фершт А (1999). Структура и механизм в науке о белках: руководство по ферментативному катализу и сворачиванию белков . Макмиллан. ISBN 978-0-7167-3268-6.
  14. ^ «Структура белка» . Scitable . Природное образование . Проверено 26 ноября 2016 .
  15. ^ Пратт К., Корнели К. (2004). «Термодинамика» . Основная биохимия . Вайли. ISBN 978-0-471-39387-0. Проверено 26 ноября 2016 .
  16. ^ Чжан Г., Игнатова З. (февраль 2011 г.). «Сворачивание при рождении зарождающейся цепи: координирующий перевод с ко-трансляционным сворачиванием». Текущее мнение в структурной биологии . 21 (1): 25–31. DOI : 10.1016 / j.sbi.2010.10.008 . PMID  21111607 .
  17. ^ ван ден Берг Б., Уэйн Р., Добсон С. М., Эллис Р. Дж. (август 2000 г.). «Макромолекулярное скопление нарушает кинетику рефолдинга белка: последствия для складывания внутри клетки» . Журнал EMBO . 19 (15): 3870–5. DOI : 10.1093 / emboj / 19.15.3870 . PMC  306593 . PMID  10921869 .
  18. ^ Аль-Карадаги С. "Торсионные углы и график Рамачнадрана в белковых структурах" . www.proteinstructures.com . Проверено 26 ноября 2016 .
  19. ^ Пейс К.Н., Ширли Б.А., Макнатт М., Гадживала К. (январь 1996 г.). «Силы, способствующие конформационной стабильности белков». Журнал FASEB . 10 (1): 75–83. DOI : 10.1096 / fasebj.10.1.8566551 . PMID  8566551 . S2CID  20021399 .
  20. ^ Цуй Д., Оу С., Патель С. (декабрь 2014 г.). «Белковые водные сети и значение для предсказания белок-белковых взаимодействий, опосредованных гидрофобными эффектами». Белки . 82 (12): 3312–26. DOI : 10.1002 / prot.24683 . PMID  25204743 . S2CID  27113763 .
  21. ^ Танфорд С. (июнь 1978 г.). «Гидрофобный эффект и организация живого вещества». Наука . 200 (4345): 1012–8. Bibcode : 1978Sci ... 200.1012T . DOI : 10.1126 / science.653353 . PMID  653353 .
  22. ^ Дичонгкит С., Нгуен Х., Пауэрс Е.Т., Доусон П.Е., Грюбеле М., Келли Дж. В. (июль 2004 г.). «Контекстно-зависимые вклады водородной связи основной цепи в энергетику складывания бета-листов». Природа . 430 (6995): 101–5. Bibcode : 2004Natur.430..101D . DOI : 10.1038 / природа02611 . PMID  15229605 . S2CID  4315026 .
  23. ^ Ирбек А., Санделин Е. (ноябрь 2000 г.). «О соотношении гидрофобности в белковых цепях» . Биофизический журнал . 79 (5): 2252–8. arXiv : cond-mat / 0010390 . Bibcode : 2000BpJ .... 79.2252I . DOI : 10.1016 / S0006-3495 (00) 76472-1 . PMC  1301114 . PMID  11053106 .
  24. ^ Ирбек А., Петерсон С., Поттхаст Ф. (сентябрь 1996 г.). «Доказательства неслучайной гидрофобности структур в белковых цепях» . Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 93 (18): 9533–8. arXiv : chem-ph / 9512004 . Bibcode : 1996PNAS ... 93.9533I . DOI : 10.1073 / pnas.93.18.9533 . PMC  38463 . PMID  8790365 .
  25. ^ Уилсон Б.А., Фой С.Г., Неме Р., Масел Дж. (Июнь 2017 г.). «Рождение De Novo Gene» . Природа, экология и эволюция . 1 (6): 0146–146. DOI : 10.1038 / s41559-017-0146 . PMC  5476217 . PMID  28642936 .
  26. ^ Уиллис С., Масел Дж. (Сентябрь 2018 г.). «Рождение гена способствует структурному нарушению, кодируемому перекрывающимися генами» . Генетика . 210 (1): 303–313. DOI : 10.1534 / genetics.118.301249 . PMC  6116962 . PMID  30026186 .
  27. ^ Фой С.Г., Уилсон Б.А., Бертрам Дж., Кордес М.Х., Масел Дж. (Апрель 2019 г.). «Сдвиг в стратегии предотвращения агрегации отмечает долгосрочное направление эволюции белков» . Генетика . 211 (4): 1345–1355. DOI : 10.1534 / genetics.118.301719 . PMC  6456324 . PMID  30692195 .
  28. ^ а б в г д е Добсон CM (декабрь 2003 г.). «Сворачивание и неправильная сворачивание белков». Природа . 426 (6968): 884–90. Bibcode : 2003Natur.426..884D . DOI : 10,1038 / природа02261 . PMID  14685248 . S2CID  1036192 .
  29. ^ а б в Hartl FU (июнь 1996 г.). «Молекулярные шапероны в сворачивании клеточного белка». Природа . 381 (6583): 571–9. Bibcode : 1996Natur.381..571H . DOI : 10.1038 / 381571a0 . PMID  8637592 . S2CID  4347271 .
  30. ^ а б Hartl FU, Bracher A, Hayer-Hartl M (июль 2011 г.). «Молекулярные шапероны в сворачивании белков и протеостазе». Природа . 475 (7356): 324–32. DOI : 10,1038 / природа10317 . PMID  21776078 . S2CID  4337671 .
  31. ^ Ким Й.Е., Хипп М.С., Бракер А., Хейер-Хартл М., Хартл Ф.У. (2013). «Молекулярные функции шаперона в сворачивании белков и протеостазе». Ежегодный обзор биохимии . 82 : 323–55. DOI : 10.1146 / annurev-biochem-060208-092442 . PMID  23746257 .
  32. ^ Shortle D (январь 1996 г.). «Денатурированное состояние (другая половина уравнения сворачивания) и его роль в стабильности белка». Журнал FASEB . 10 (1): 27–34. DOI : 10.1096 / fasebj.10.1.8566543 . PMID  8566543 . S2CID  24066207 .
  33. ^ Ли С., Цай FT (2005). «Молекулярные шапероны в контроле качества белков» . Журнал биохимии и молекулярной биологии . 38 (3): 259–65. DOI : 10.5483 / BMBRep.2005.38.3.259 . PMID  15943899 .
  34. ^ Охеда-Май П., Гарсия М.Э. (июль 2010 г.). «Нарушение электрического поля нативной конформации белка бета-листа и создание спиральной структуры» . Биофизический журнал . 99 (2): 595–9. Bibcode : 2010BpJ .... 99..595O . DOI : 10.1016 / j.bpj.2010.04.040 . PMC  2905109 . PMID  20643079 .
  35. ^ ван ден Берг Б., Эллис Р. Дж., Добсон К. М. (декабрь 1999 г.). «Влияние макромолекулярного краудинга на сворачивание и агрегацию белков» . Журнал EMBO . 18 (24): 6927–33. DOI : 10.1093 / emboj / 18.24.6927 . PMC  1171756 . PMID  10601015 .
  36. ^ Эллис Р.Дж. (июль 2006 г.). «Молекулярные шапероны: помощь в сборке в дополнение к фолдингу». Направления биохимических наук . 31 (7): 395–401. DOI : 10.1016 / j.tibs.2006.05.001 . PMID  16716593 .
  37. ^ Такай К., Накамура К., Токи Т., Цуногай У, Миядзаки М., Миядзаки Дж., Хираяма Х., Накагава С., Нуноура Т., Хорикоши К. (август 2008 г.). «Клеточная пролиферация при 122 градусах Цельсия и производство изотопно тяжелого CH4 гипертермофильным метаногеном при культивировании под высоким давлением» . Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 105 (31): 10949–54. Bibcode : 2008PNAS..10510949T . DOI : 10.1073 / pnas.0712334105 . PMC  2490668 . PMID  18664583 .
  38. ^ a b Марусич Е.И., Курочкина Л.П., Месянжинов В.В. Шапероны в сборке бактериофага Т4. Биохимия (Моск.). 1998; 63 (4): 399-406.
  39. ^ Портер, Лорен Л .; Лугер, Лорен Л. (5 июня 2018 г.). «Существующие белки с переключением складок широко распространены» . Труды Национальной академии наук . 115 (23): 5968–5973. DOI : 10.1073 / pnas.1800168115 .
  40. ^ а б в г Чаудхури Т.К., Пол С. (апрель 2006 г.). «Заболевания, связанные с неправильной упаковкой белков, и терапевтические подходы на основе шаперонов» . Журнал FEBS . 273 (7): 1331–49. DOI : 10.1111 / j.1742-4658.2006.05181.x . PMID  16689923 . S2CID  23370420 .
  41. ^ а б Soto C, Estrada L, Castilla J (март 2006 г.). «Амилоиды, прионы и природная инфекционная природа неправильно свернутых белковых агрегатов». Направления биохимических наук . 31 (3): 150–5. DOI : 10.1016 / j.tibs.2006.01.002 . PMID  16473510 .
  42. ^ Хаммарстрём П., Вайзман Р.Л., Пауэрс Э.Т., Келли Д.В. (январь 2003 г.). «Профилактика транстиретин-амилоидной болезни путем изменения энергетики неправильного свертывания белков». Наука . 299 (5607): 713–6. Bibcode : 2003Sci ... 299..713H . DOI : 10.1126 / science.1079589 . PMID  12560553 . S2CID  30829998 .
  43. ^ Чити Ф, Добсон CM (2006). «Неправильная упаковка белка, функциональный амилоид и болезнь человека». Ежегодный обзор биохимии . 75 : 333–66. DOI : 10.1146 / annurev.biochem.75.101304.123901 . PMID  16756495 .
  44. ^ Джонсон С.М., Вайзман Р.Л., Секидзима Ю., Грин Н.С., Адамски-Вернер С.Л., Келли Дж. В. (декабрь 2005 г.). «Кинетическая стабилизация в естественном состоянии как стратегия улучшения заболеваний, связанных с неправильной упаковкой белка: основное внимание уделяется транстиретиновым амилоидозам». Счета химических исследований . 38 (12): 911–21. DOI : 10.1021 / ar020073i . PMID  16359163 .
  45. ^ а б Каутан К. (2001). «Фазовая проблема в рентгеновской кристаллографии и ее решение» (PDF) . Энциклопедия наук о жизни . Macmillan Publishers Ltd, издательская группа Nature . Проверено 3 ноября 2016 года .
  46. ^ Дрент Дж (2007-04-05). Принципы рентгеновской кристаллографии белков . Springer Science & Business Media. ISBN 978-0-387-33746-3.
  47. ^ Тейлор Г (2003). «Фазовая проблема» . Acta Crystallographica Раздел D . 59 (11): 1881–90. DOI : 10.1107 / S0907444903017815 . PMID  14573942 .
  48. ^ а б в Bedouelle H (февраль 2016 г.). «Принципы и уравнения для измерения и интерпретации стабильности белка: от мономера до тетрамера». Биохимия . 121 : 29–37. DOI : 10.1016 / j.biochi.2015.11.013 . PMID  26607240 .
  49. ^ Monsellier E, Bedouelle H (сентябрь 2005 г.). «Количественное измерение стабильности белка из разворачивающегося равновесия, контролируемого с максимальной длиной волны флуоресценции» . Белковая инженерия, дизайн и отбор . 18 (9): 445–56. DOI : 10,1093 / белок / gzi046 . PMID  16087653 .
  50. ^ Park YC, Bedouelle H (июль 1998 г.). «Димерная тирозил-тРНК синтетаза из Bacillus stearothermophilus разворачивается через мономерный промежуточный продукт. Количественный анализ в условиях равновесия» . Журнал биологической химии . 273 (29): 18052–9. DOI : 10.1074 / jbc.273.29.18052 . PMID  9660761 .
  51. ^ Ульд-Абей М.Б., Пети-Топен I, Зидан Н., Барон Б., Бедуель Н. (июнь 2012 г.). «Множественные состояния сворачивания и нарушение рибосомного белка SA, мембранного рецептора ламинина, антиканцерогенов и патогенов». Биохимия . 51 (24): 4807–21. DOI : 10.1021 / bi300335r . PMID  22640394 .
  52. ^ Royer CA (май 2006 г.). «Исследование сворачивания белков и конформационных переходов с помощью флуоресценции». Химические обзоры . 106 (5): 1769–84. DOI : 10.1021 / cr0404390 . PMID  16683754 .
  53. ^ а б в г Вютрих К. (декабрь 1990 г.). «Определение структуры белка в растворе методом ЯМР-спектроскопии» . Журнал биологической химии . 265 (36): 22059–62. PMID  2266107 .
  54. ^ а б в г д Журавлева А, Коржнев Д.М. (май 2017 г.). «Фолдинг белка с помощью ЯМР» . Прогресс в спектроскопии ядерного магнитного резонанса . 100 : 52–77. DOI : 10.1016 / j.pnmrs.2016.10.002 . PMID  28552172 .
  55. ^ а б Ортега Г., Понс М., Миллет О. (01.01.2013). Карабенчева-Христова Т (ред.). «Функциональная динамика белков в различных временных масштабах, как изучено с помощью ЯМР-спектроскопии». Достижения в химии белков и структурной биологии . Динамика белков и нуклеиновых кислот. Академическая пресса. 92 : 219–51. DOI : 10.1016 / b978-0-12-411636-8.00006-7 . ISBN 9780124116368. PMID  23954103 .
  56. ^ а б в Валлурупалли П., Бувиньи Г., Кей Л. Е. (май 2012 г.). «Изучение« невидимых »возбужденных состояний белка при медленном обмене с конформацией основного состояния». Журнал Американского химического общества . 134 (19): 8148–61. DOI : 10.1021 / ja3001419 . PMID  22554188 .
  57. ^ а б Neudecker P, Lundström P, Kay LE (март 2009 г.). «Релаксационная дисперсионная ЯМР-спектроскопия как инструмент детального изучения сворачивания белков» . Биофизический журнал . 96 (6): 2045–54. Bibcode : 2009BpJ .... 96.2045N . DOI : 10.1016 / j.bpj.2008.12.3907 . PMC  2717354 . PMID  19289032 .
  58. ^ а б Сехар А., Рамфельдт Дж. А., Broom HR, Дойл С. М., Sobering RE, Meiering EM, Kay LE (ноябрь 2016 г.). «Исследование свободных энергетических ландшафтов мутантов болезни ALS SOD1 с помощью ЯМР-спектроскопии» . Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 113 (45): E6939 – E6945. DOI : 10.1073 / pnas.1611418113 . PMC  5111666 . PMID  27791136 .
  59. ^ Кросс Г. Х., Фриман, штат Нью-Джерси, Суонн, М. Дж. (2008). "Двойная поляризационная интерферометрия: оптический метод в реальном времени для измерения (био) молекулярной ориентации, структуры и функций на границе твердое тело / жидкость". Справочник по биосенсорам и биочипам . DOI : 10.1002 / 9780470061565.hbb055 . ISBN 978-0-470-01905-4.
  60. ^ Bu Z, Cook J, Callaway DJ (сентябрь 2001 г.). «Динамические режимы и коррелированная структурная динамика в нативном и денатурированном альфа-лактальбумине». Журнал молекулярной биологии . 312 (4): 865–73. DOI : 10.1006 / jmbi.2001.5006 . PMID  11575938 .
  61. ^ Минде Д.П., Морис М.М., Рюдигер С.Г. (2012). «Определение биофизической стабильности белков в лизатах с помощью анализа быстрого протеолиза, FASTpp» . PLOS ONE . 7 (10): e46147. Bibcode : 2012PLoSO ... 746147M . DOI : 10.1371 / journal.pone.0046147 . PMC  3463568 . PMID  23056252 .
  62. ^ Парк C, Marqusee S (март 2005 г.). «Импульсный протеолиз: простой метод количественного определения стабильности белка и связывания лиганда». Природные методы . 2 (3): 207–12. DOI : 10.1038 / nmeth740 . PMID  15782190 . S2CID  21364478 .
  63. ^ Машаги А., Крамер Дж., Лэмб, округ Колумбия, депутат Майер, Танс С.Дж. (январь 2014 г.). «Действие шаперона на уровне одной молекулы». Химические обзоры . 114 (1): 660–76. DOI : 10.1021 / cr400326k . PMID  24001118 .
  64. ^ Джаганнатан Б., Маркиз С. (ноябрь 2013 г.). «Сворачивание и разворачивание белка под действием силы» . Биополимеры . 99 (11): 860–9. DOI : 10.1002 / bip.22321 . PMC  4065244 . PMID  23784721 .
  65. ^ Якоби А.Дж., Машаги А., Танс С.Дж., Хейзинга Е.Г. (июль 2011 г.). «Кальций модулирует восприятие силы доменом фактора фон Виллебранда А2» . Nature Communications . 2 : 385. Bibcode : 2011NatCo ... 2..385J . DOI : 10.1038 / ncomms1385 . PMC  3144584 . PMID  21750539 .
  66. ^ Джаганнатан Б., Элмс П.Дж., Бустаманте С., Марки С. (октябрь 2012 г.). «Прямое наблюдение индуцированного силой переключения в анизотропном механическом пути разворачивания белка» . Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 109 (44): 17820–5. Bibcode : 2012PNAS..10917820J . DOI : 10.1073 / pnas.1201800109 . PMC  3497811 . PMID  22949695 .
  67. ^ Минде Д.П., Рамакришна М, Лилли К.С. (2018). «Биотинилирование с помощью метки близости способствует развёртыванию белков» . bioRxiv . DOI : 10.1101 / 274761 .
  68. ^ Compiani M, Capriotti E (декабрь 2013 г.). «Вычислительные и теоретические методы фолдинга белков». Биохимия . 52 (48): 8601–24. DOI : 10.1021 / bi4001529 . PMID  24187909 .
  69. ^ «Структурная биохимия / Белки / Сворачивание белков - Викиучебники, открытые книги для открытого мира» . en.wikibooks.org . Проверено 5 ноября 2016 .
  70. ^ Левинталь C (1968). "Есть ли пути для сворачивания белков?" (PDF) . Journal de Chimie Physique et de Physico-Chimie Biologique . 65 : 44–45. Bibcode : 1968JCP .... 65 ... 44L . DOI : 10.1051 / JCP / 1968650044 . Архивировано из оригинального (PDF) 02.09.2009.
  71. ^ а б в Брингельсон Дж. Д., Онучич Дж. Н., Соччи Н. Д., Волинс П. Г. (март 1995 г.). «Воронки, пути и энергетический ландшафт сворачивания белка: синтез». Белки . 21 (3): 167–95. arXiv : chem-ph / 9411008 . DOI : 10.1002 / prot.340210302 . PMID  7784423 . S2CID  13838095 .
  72. ^ Леопольд П.Е., Монталь М., Онучич Дж. Н. (сентябрь 1992 г.). «Белковые воронки сворачивания: кинетический подход к взаимосвязи структуры и последовательности» . Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 89 (18): 8721–5. Bibcode : 1992PNAS ... 89.8721L . DOI : 10.1073 / pnas.89.18.8721 . PMC  49992 . PMID  1528885 .
  73. ^ Шарма В., Кайла В.Р., Аннила А. (2009). «Сворачивание белков как эволюционный процесс». Physica A: Статистическая механика и ее приложения . 388 (6): 851–62. Bibcode : 2009PhyA..388..851S . DOI : 10.1016 / j.physa.2008.12.004 .
  74. ^ Робсон Б., Вайтилингам А. (2008). «Возвращение к сворачиванию белков». Молекулярная биология сворачивания белка, часть B . Прогресс в молекулярной биологии и трансляционной науке. 84 . С. 161–202. DOI : 10.1016 / S0079-6603 (08) 00405-4 . ISBN 978-0-12-374595-8. PMID  19121702 .
  75. ^ а б в Дилл К.А., МакКаллум Дж.Л. (ноябрь 2012 г.). «Проблема сворачивания белка, 50 лет спустя». Наука . 338 (6110): 1042–6. Bibcode : 2012Sci ... 338.1042D . DOI : 10.1126 / science.1219021 . PMID  23180855 . S2CID  5756068 .
  76. ^ а б Фершт А.Р. (февраль 2000 г.). «Структура переходного состояния как объединяющая основа в механизмах сворачивания белков: порядок контактов, топология цепи, стабильность и механизм расширенного ядра» . Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 97 (4): 1525–9. Bibcode : 2000PNAS ... 97.1525F . DOI : 10.1073 / pnas.97.4.1525 . PMC  26468 . PMID  10677494 .
  77. ^ Риццути Б., Даггетт В. (март 2013 г.). «Использование моделирования для обеспечения основы для экспериментальных исследований сворачивания белков» . Архивы биохимии и биофизики . 531 (1-2): 128–35. DOI : 10.1016 / j.abb.2012.12.015 . PMC  4084838 . PMID  23266569 .
  78. ^ Шефер М., Бартельс С., Карплюс М. (декабрь 1998 г.). «Конформации раствора и термодинамика структурированных пептидов: моделирование молекулярной динамики с неявной моделью сольватации». Журнал молекулярной биологии . 284 (3): 835–48. DOI : 10.1006 / jmbi.1998.2172 . PMID  9826519 .
  79. ^ Джонс Д. "Моделирование сворачивания белков на основе фрагментов" . Университетский колледж Лондона.
  80. ^ «Сворачивание белка» (по Molecular Dynamics) .
  81. ^ Kmiecik S, Gront D, Kolinski M, Wieteska L, Dawid AE, Kolinski A (июль 2016 г.). «Крупнозернистые модели белков и их применение» . Химические обзоры . 116 (14): 7898–936. DOI : 10.1021 / acs.chemrev.6b00163 . PMID  27333362 .
  82. ^ Kmiecik S, Kolinski A (июль 2007 г.). «Характеристика путей сворачивания белков с помощью моделирования в ограниченном пространстве» . Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 104 (30): 12330–5. Bibcode : 2007PNAS..10412330K . DOI : 10.1073 / pnas.0702265104 . PMC  1941469 . PMID  17636132 .
  83. ^ Адхикари А.Н., Фрид К.Ф., Сосник Т.Р. (октябрь 2012 г.). «De novo предсказание путей и структуры сворачивания белков с использованием принципа последовательной стабилизации» . Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 109 (43): 17442–7. Bibcode : 2012PNAS..10917442A . DOI : 10.1073 / pnas.1209000109 . PMC  3491489 . PMID  23045636 .
  84. ^ Розетта @ Дом
  85. ^ Складной @ Home
  86. ^ FoldIt - Складная белковая игра
  87. ^ Линдорф-Ларсен К., Пиана С., Дрор Р.О., Шоу Д.Е. (октябрь 2011 г.). «Как складываются быстро сворачиваемые белки». Наука . 334 (6055): 517–20. Bibcode : 2011Sci ... 334..517L . DOI : 10.1126 / science.1208351 . PMID  22034434 . S2CID  27988268 .

  • Проект сворачивания протеома человека