Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Белок до и после сворачивания
Результаты сворачивания белка

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 случайной спирали . [1] Каждый белок сначала существует в виде развернутого полипептида или случайной спирали после того, как он транслируется из последовательности мРНК в линейную цепь аминокислот.. На этом этапе полипептид лишен какой-либо стабильной (долговечной) трехмерной структуры (левая часть первого рисунка). Когда полипептидная цепь синтезируется рибосомой , линейная цепь начинает складываться в свою трехмерную структуру.

Сворачивание многих белков начинается еще при трансляции полипептидной цепи. Аминокислоты взаимодействуют друг с другом с образованием четко определенной трехмерной структуры, свернутого белка (правая часть рисунка), известного как нативное состояние . Полученная 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 дает неактивные белки, 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 неправильным сворачиванием некоторых белков, поскольку иммунная система не вырабатывает антитела.для определенных белковых структур. [5]

Денатурация белков - это процесс перехода из свернутого состояния в развернутое . Это случается при приготовлении пищи , при ожогах , при 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 для сворачивания, в первую очередь 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] Временные шкалы в миллисекунды являются нормой, и самые быстрые из известных реакций сворачивания белков завершаются в течение нескольких микросекунд. [8]

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

Процесс сворачивания белка [ править ]

Первичная структура [ править ]

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 [ править ]

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 водородные связи образуются под идеальным углом 180 градусов по сравнению со наклонными водородными связями, образованными параллельными листами. [10]

Третичная структура [ править ]

Альфа-спирали и бета-складчатые листы могут иметь амфипатическую природу 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 ковалентная связь в виде дисульфидных мостиков, образованных между двумя цистеинами.остатки. Третичная структура белка включает одну полипептидную цепь; однако дополнительные взаимодействия свернутых полипептидных цепей приводят к образованию четвертичной структуры. [14]

Четвертичная структура [ править ]

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

Движущие силы сворачивания белков [ править ]

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 спонтанно складываться во время или после биосинтеза . [16] Хотя эти макромолекулымогут рассматриваться как « сворачивание самих себя », процесс также зависит от растворителя ( вода или липидный бислой ) [17], концентрации солей , pH , температуры , возможного присутствия кофакторов и молекулярных шаперонов .

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 [ править ]

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 вблизи гидрофобного растворенного вещества.

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 собираться 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 (уменьшению энтропии в системе). Молекулы воды фиксируются в этих водяных клетках, что приводит к гидрофобному коллапсу.или сворачивание 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 имеют тенденцию быть внутренне неупорядоченными , [25] [26] демонстрируют противоположный паттерн кластеризации гидрофобных аминокислот вдоль первичной последовательности. [27]

Шапероны [ править ]

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 складывания, но шапероны не содержат необходимой информации, чтобы знать правильную нативную структуру 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] Шаперонов не следует путать со сворачиванием.белки- катализаторы , 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 между цис- и транс-стереоизомерами 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 надлежащих 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 продемонстрировали 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. Показано, что наряду со своей ролью в содействии формированию нативной структуры, шапероны участвуют в различных ролях, таких как транспорт белков, деградация, и даже позволяют денатурированным белкам, подвергшимся воздействию определенных внешних денатурирующих факторов, возможность перекомплектироваться 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 (тип шаперона), 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.для людей, предполагая, что они развились очень рано и выполняют важную функцию. Некоторые белки вообще никогда не сворачиваются в клетках, кроме как с помощью шаперонов, которые либо изолируют отдельные белки, так что их сворачивание не прерывается 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. Внешние факторы, участвующие в денатурации белка или нарушении нативного состояния, включают температуру, внешние поля (электрические, магнитные), [34] молекулярное скопление, [35]и даже ограничение пространства (т.е. замкнутость), которое может 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 правильной укладке возникающих белков, а также денатурированных или неправильно свернутых. [28]

При некоторых условиях белки не будут сворачиваться 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 термостойкость 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]

Фолд-переключение [ править ]

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 сворачиваются. [39]

Неправильная упаковка белков и нейродегенеративные заболевания [ править ]

Основная статья: Протеопатия

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 сворачивания внешними факторами. [40] Неправильно свернутый белок обычно содержит β-листы , которые организованы в супрамолекулярную 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, содержащие межмолекулярные водородные связи, которые очень нерастворимы и образованы из преобразованных агрегатов белка. [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 оборотом белка. Недавно Европейское агентство по лекарственным средствам одобрило использование Tafamidis или Vyndaqel (кинетический стабилизатор тетрамерного транстиретина) для лечения заболеваний, связанных с амилоидом транстиретина. Это свидетельствует 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 заболеванийтаким 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 мутированных белков, чтобы сделать их функциональными.

Экспериментальные методы изучения сворачивания белков [ править ]

В то время как выводы о сворачивании белков могут быть сделаны 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 [ править ]

Этапы рентгеновской кристаллографии

Рентгеновская кристаллография - один из наиболее эффективных и важных методов попытки расшифровать трехмерную конфигурацию свернутого белка. [45] Чтобы провести рентгеновскую кристаллографию, исследуемый белок должен находиться внутри кристаллической решетки. Чтобы поместить белок внутри кристаллической решетки, необходимо иметь подходящий растворитель для кристаллизации, получить чистый белок в перенасыщенном состоянии 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 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 »сделает прогнозирование дифракционных картин 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 разрешения проблемы фазовая задача. [45]

Флуоресцентная спектроскопия [ править ]

Флуоресцентная спектроскопия - это высокочувствительный метод изучения состояния сворачивания белков. Три аминокислоты, фенилаланин (Phe), тирозин (Tyr) и триптофан (Trp), обладают собственными флуоресцентными свойствами, но только Tyr и Trp используются экспериментально, поскольку их квантовые выходыдостаточно высоки, чтобы давать хорошие сигналы флуоресценции. И Trp, и Tyr возбуждаются длиной волны 280 нм, тогда как только Trp возбуждается длиной 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 неполярной среде они имеют высокий квантовый выход и, следовательно, высокую интенсивность флуоресценции. При разрушении третичной или четвертичной структуры белка эти боковые цепи становятся более подверженными воздействию гидрофильной среды растворителя, и их квантовые выходы уменьшаются, что приводит к низкой интенсивности флуоресценции. Для остатков Trp длина волны их максимальной флуоресцентной эмиссии также зависит от их окружения.

Флуоресцентная спектроскопия может быть использована для характеристики равновесного развертывания белков путем измерения изменения интенсивности флуоресцентного излучения или длины волны максимального излучения в зависимости от значения денатуранта. [48] [49]Денатурирующий агент может представлять собой химическую молекулу (мочевину, гидрохлорид гуанидиния), температуру, pH, давление и т.д. Равновесие между различными, но дискретными состояниями белка, то есть нативным состоянием, промежуточными состояниями, развернутым состоянием, зависит от значения денатурирующего агента; 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 разворачивающееся равновесие для гомомерных или гетеромерных белков, вплоть до тримеров и потенциально тетрамеров, из таких профилей.[48] Флуоресцентную спектроскопию можно комбинировать с устройствами для быстрого перемешивания, такими как остановленный поток , для измерения кинетики сворачивания белка, [52] построения шевронного графика и анализа значения Phi .

Круговой дихроизм [ править ]

Основная статья: 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 структуры, такие 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 энергиюразворачивания, а также значение m белка или денатурирующая зависимость. 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 [ править ]

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

Спектроскопия ядерного магнитного резонанса белков [ править ]

Основная статья: ЯМР белков

Ядерно-магнитный резонанс (ЯМР) белков 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 в масштабе времени 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, поскольку 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 крупных временных масштабах. [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 следует один или несколько импульсов 180. [57]Когда 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] Перенос насыщения 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 состоит 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 на основе 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 [ править ]

Основная статья: 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. Подобно круговому дихроизму , стимулом к ​​сворачиванию может быть денатурирующий агент или температура .

Исследования складывания с высоким временным разрешением [ править ]

В последние годы изучение сворачивания белков значительно продвинулось благодаря разработке 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 Нёльтинг и Ларс Конерманн.

Протеолиз [ править ]

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

Силовая спектроскопия одиночных молекул [ править ]

Методы одиночных молекул, такие как оптический пинцет и АСМ, были использованы 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 исследовать 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 тромбов. С помощью оптического пинцета для измерения одиночных 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 множественным путям развертывания под действием силы. [66]

Биотиновая окраска [ править ]

Биотиновая окраска позволяет делать снимки (не) свернутых белков в зависимости от состояния клеток. «Картина» биотина показывает предвзятость в отношении предсказанных белков с внутренней неупорядоченностью . [67]

Вычислительные исследования сворачивания белков[ редактировать ]

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 [ править ]

В 1969 году Сайрус Левинталь заметил, 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, для этого потребовалось 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 сворачиваться через серию метастабильных промежуточных состояний .

Энергетический ландшафт сворачивания белков [ править ]

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 естественно развитые белки оптимизировали свои энергетические ландшафты сворачивания [71], и что природа выбрала аминокислотные последовательности так, чтобы сложенное состояние белка было достаточно стабильным. Кроме того, 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 Онучиком ) [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 прогнозирования и проектирования 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 пейзажи, возможно, немного вводит в заблуждение. Соответствующее описание - это 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 показывает многочисленных возможных путей сворачивания. Другая молекула одного и того же конкретного белка может быть способна следовать незначительно разным путям сворачивания в поисках различных промежуточных продуктов с более низкой энергией, пока достигается та же самая 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 для поиска нативной структуры. [75] Поскольку белок начинает складываться и принимать различные конформации, 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 после того, как полипептид начинает складываться, являются альфа-спирали и бета-витки, где альфа-спирали могут формироваться всего за 100 наносекунд, а бета-повороты - 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, которую должна принять каждая молекула этого белка, если белок желает, наконец, принять нативную структуру. Ни один белок не может принимать 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 состоянии с более высокой энергией, чем естественная складка, оно очень похоже на естественную структуру. В переходном состоянии существует ядро, вокруг которого белок может сворачиваться, образованное процессом, называемым «конденсация зародышей», когда структура начинает схлопываться на ядро. [76]

Моделирование сворачивания белков [ править ]

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 случайным образом 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) была использована 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 длительным 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]

См. Также [ править ]

  • Шеврон сюжет
  • Средняя точка денатурации
  • Складной спуск
  • 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

Ссылки [ править ]

  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). «Формирование и стабилизация структуры белка» . Биохимический журнал . 128 (4): 737–49. DOI : 10.1042 / bj1280737 . PMC 1173893 . PMID 4565129 .  
  3. ^ Берг JM, Tymoczko JL, Stryer L (2002). «3. Структура и функции белка» . Биохимия . Сан-Франциско: WH Freeman. ISBN 978-0-7167-4684-3.
  4. ^ a b Selkoe DJ (декабрь 2003 г.). «Фатальное сворачивание белков». Природа . 426 (6968): 900–4. Bibcode : 2003Natur.426..900S . DOI : 10,1038 / природа02264 . PMID 14685251 . S2CID 6451881 .  
  5. Перейти ↑ Alberts B, Bray D, Hopkin K, Johnson A, Lewis J, Raff M, Roberts K, Walter P (2010). «Структура и функции белка». Основная клеточная биология (Третье изд.). Нью-Йорк, Нью-Йорк: Наука о гирляндах. С. 120–70. ISBN 978-0-8153-4454-4.
  6. Перейти ↑ Kim PS, Baldwin 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. Перейти ↑ Jackson SE (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 J, J Hofrichter, Eaton WA (февраль 2004). «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). «Принципы складывания 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 Voet D, Voet JG, Pratt CW (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. ^ Rose GD, Fleming PJ, Banavar JR, Maritan A (ноябрь 2006). «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 ферментному катализу и сворачиванию белков . Макмиллан. ISBN 978-0-7167-3268-6.
  14. ^ «Структура белка» . Scitable . Природное образование . Проверено 26 ноября 2016 .
  15. ^ Pratt C, Cornely K (2004). «Термодинамика» . Основная биохимия . Вайли. ISBN 978-0-471-39387-0. Проверено 26 ноября 2016 .
  16. ↑ Zhang G, Игнатова Z (февраль 2011 г.). «Сворачивание при рождении зарождающейся цепи: координирующий перевод с совместным трансляционным сворачиванием». Текущее мнение в структурной биологии . 21 (1): 25–31. DOI : 10.1016 / j.sbi.2010.10.008 . PMID 21111607 . 
  17. ↑ van den Berg B, Wain R, Dobson CM, Ellis RJ (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 CN, Ширли Б.А., Макнатты М, Gajiwala К (январь 1996 года). «Силы, способствующие конформационной стабильности белков». Журнал FASEB . 10 (1): 75–83. DOI : 10.1096 / fasebj.10.1.8566551 . PMID 8566551 . S2CID 20021399 .  
  20. Перейти ↑ Cui D, Ou S, Patel S (декабрь 2014 г.). «Водные сети, покрывающие белок, 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. ^ Танфорду C (июнь 1978). «Гидрофобный эффект и организация живого вещества». Наука . 200 (4345): 1012–8. Bibcode : 1978Sci ... 200.1012T . DOI : 10.1126 / science.653353 . PMID 653353 . 
  22. ^ Deechongkit S, Нгуен Н, Пауэрс ЕТ, Доусон ПЭ, Gruebele М, Келли JW (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. ^ Irbäck A, E Sandelin (ноябрь 2000). «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. ^ Irbäck A, C Петерсон, Potthast F (сентябрь 1996). «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. Перейти ↑ Wilson BA, Foy SG, Neme R, Masel J (июнь 2017). «Рождение De Novo Gene» . Природа, экология и эволюция . 1 (6): 0146–146. DOI : 10.1038 / s41559-017-0146 . PMC 5476217 . PMID 28642936 .  
  26. ↑ Willis S, Masel J (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. Перейти ↑ Foy SG, Wilson BA, Bertram J, Cordes MH, Masel J (апрель 2019). «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. ^ Б с д е е Добсон CM (декабрь 2003). «Сворачивание и неправильная укладка белков». Природа . 426 (6968): 884–90. Bibcode : 2003Natur.426..884D . DOI : 10,1038 / природа02261 . PMID 14685248 . S2CID 1036192 .  
  29. ^ a b c 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. ^ a b 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 Ю.Е., Hipp М.С., Брахер А, Хайер-Hartl М, Hartl ФУ (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). «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. Перейти ↑ Lee S, Tsai 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. Перейти ↑ Ojeda-May P, Garcia ME (июль 2010 г.). «Нарушение электрического поля конформации нативного 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. ↑ van den Berg B, Ellis RJ, Dobson CM (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 RJ (июль 2006 г.). «Молекулярные шапероны: помощь сборке в дополнение к складыванию». Направления биохимических наук . 31 (7): 395–401. DOI : 10.1016 / j.tibs.2006.05.001 . PMID 16716593 . 
  37. ^ Такай К, Накамура К, Т Токи, Tsunogai U, Миядзаки М, Миядзаки Дж, Хираяма Н, Накагава S, Nunoura Т, Хорикоси 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. ^ а б Марусич Е.И., Курочкина Л.П., Месянжинов В.В. Шапероны в сборке бактериофага Т4. Биохимия (Москва). 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. ^ a b c d 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. ^ a b Soto C, Estrada L, Castilla J (март 2006 г.). «Амилоиды, прионы и присущая им инфекционная природа неправильно свернутых белковых агрегатов». Направления биохимических наук . 31 (3): 150–5. DOI : 10.1016 / j.tibs.2006.01.002 . PMID 16473510 . 
  42. ^ Hammarström P, Wiseman RL, Пауэрс ET, Келли JW (январь 2003). «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. ^ Chiti F, 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 SM, Wiseman RL, Sekijima Y, Грин Н., Adamski-Вернер SL, Келли JW (декабрь 2005). «Кинетическая стабилизация в естественном состоянии как стратегия улучшения заболеваний, связанных с неправильной упаковкой белка: основное внимание уделяется транстиретин-амилоидозам». Счета химических исследований . 38 (12): 911–21. DOI : 10.1021 / ar020073i . PMID 16359163 . 
  45. ^ a b Cowtan K (2001). «Фазовая проблема в рентгеновской кристаллографии и ее решение» (PDF) . Энциклопедия наук о жизни . Macmillan Publishers Ltd, Nature Publishing Group . 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. Перейти ↑ Taylor G (2003). «Фазовая проблема» . Acta Crystallographica Раздел D . 59 (11): 1881–90. DOI : 10.1107 / S0907444903017815 . PMID 14573942 . 
  48. ^ a b c 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). «Количественное измерение стабильности белка из разворачивающегося равновесия, контролируемого с максимальной длиной волны флуоресценции» . Белковая инженерия, дизайн и выбор . 18 (9): 445–56. DOI : 10,1093 / белок / gzi046 . PMID 16087653 . 
  50. ^ Парк YC, Bedouelle H (июль 1998). «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. ^ Уальд-Abeih MB, Petit-Topin я, Зидан N, барон B, Bedouelle H (июнь 2012). «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. ^ a b c d Wüthrich K (декабрь 1990 г.). «Определение структуры белка в растворе методом ЯМР-спектроскопии» . Журнал биологической химии . 265 (36): 22059–62. PMID 2266107 . 
  54. ^ a b c d e 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. ^ a b c 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. ^ a b 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. ^ a b Sekhar A, Рамфельдт JA, Broom HR, Doyle CM, Sobering RE, Meiering EM, Kay LE (ноябрь 2016 г.). «Исследование ландшафтов свободной энергии 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. Перейти ↑ Cross GH, Freeman NJ, Swann MJ (2008). "Двойная поляризационная интерферометрия: оптический метод в реальном времени для измерения (био) молекулярной ориентации, структуры и функций на границе твердое тело / жидкость". Справочник биосенсоров и биочипов . 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. ^ Minde DP, Maurice MM, Рюдигер SG (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). «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. ^ Mashaghi A, Kramer G, Lamb DC, Mayer MP, Tans SJ (январь 2014). «Действие шаперона на уровне одной молекулы». Химические обзоры . 114 (1): 660–76. DOI : 10.1021 / cr400326k . PMID 24001118 . 
  64. ^ Jagannathan B, Marqusee S (ноябрь 2013). «Сворачивание и разворачивание белка под действием силы» . Биополимеры . 99 (11): 860–9. DOI : 10.1002 / bip.22321 . PMC 4065244 . PMID 23784721 .  
  65. ^ Jakobi AJ, Mashaghi A, Tans SJ, Хейзинга EG (июль 2011). «Кальций модулирует чувствительность к силе в области фактора А2 фон Виллебранда» . Nature Communications . 2 : 385. Bibcode : 2011NatCo ... 2..385J . DOI : 10.1038 / ncomms1385 . PMC 3144584 . PMID 21750539 .  
  66. ^ Jagannathan B, вязы PJ, Бустаманте C, Marqusee S (октябрь 2012). «Прямое наблюдение вызванного 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. ^ Minde DP, Рамакришна M, Лилли KS (2018). «Биотинилирование с помощью метки близости способствует развёртыванию белков» . bioRxiv . DOI : 10.1101 / 274761 .
  68. ^ Compiani M, Capriotti E (декабрь 2013). «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. ^ a b c Брингельсон Дж. Д., Онучич Дж. Н., Соци 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. ^ Leopold PE, Montal M, Onuchic JN (сентябрь 1992). «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. Перейти ↑ Sharma V, Kaila VR, Annila A (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. ^ Robson B, Vaithilingam A (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. ^ a b c 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 AR (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. ^ Rizzuti B, Дэггет V (март 2013). «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. Перейти ↑ Schaefer M, Bartels C, Karplus M (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). «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., Freed KF, Sosnick TR (октябрь 2012). «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. ^ Складывание @ Home
  86. ^ FoldIt - Складная белковая игра
  87. ^ Lindorff-Larsen K, S Piana, Дрор RO, Шоу DE (октябрь 2011). «Как складываются быстро сворачивающиеся белки». Наука . 334 (6055): 517–20. Bibcode : 2011Sci ... 334..517L . DOI : 10.1126 / science.1208351 . PMID 22034434 . S2CID 27988268 .  

Внешние ссылки [ править ]

  • Проект сворачивания протеома человека