Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Protein primary structureProtein secondary structureProtein tertiary structureProtein quaternary structure
Изображение выше содержит интерактивные ссылки
Интерактивная схема , по структуре белка , используя PCNA в качестве примера. ( PDB : 1AXC )
Третичная структура белка
Третичная структура белка состоит из способа образования полипептида сложной молекулярной формы. Это вызвано взаимодействиями R-групп, такими как ионные и водородные связи, дисульфидные мостики, а также гидрофобные и гидрофильные взаимодействия.

Третичная структура белка - это трехмерная форма белка . Третичная структура будет иметь одиночный полипептид , цепь «позвоночник» с одним или более белковыми вторичными структурами , в белковых доменах . Боковые цепи аминокислот могут взаимодействовать и связываться разными способами. Взаимодействия и связи боковых цепей внутри конкретного белка определяют его третичную структуру. Третичная структура белка определяется координатами его атомов . Эти координаты могут относиться либо к белковому домену, либо ко всей третичной структуре. [1] [2] Ряд третичных структур могут складываться вчетвертичная структура . [3]

История [ править ]

Наука о третичной структуре белков продвинулась от гипотезы до детального определения. Хотя Эмиль Фишер предположил, что белки состоят из полипептидных цепей и боковых цепей аминокислот, именно Дороти Мод Ринч включила геометрию в предсказание белковых структур . Ринч продемонстрировал это с помощью модели Cyclol , первого предсказания структуры глобулярного белка . [4] Современные методы позволяют определять, без прогноза, третичные структуры с точностью до 5 Å.(0,5 нм) для небольших белков (<120 остатков) и, при благоприятных условиях, надежные предсказания вторичной структуры .

Детерминанты [ править ]

Основная статья: Сворачивание белка

Стабильность родных состояний [ править ]

Термостабильность [ править ]

Смотрите также: Раскладывание равновесия

Белок, свернутый в свое нативное состояние или нативную конформацию, обычно имеет более низкую свободную энергию Гиббса (комбинацию энтальпии и энтропии ), чем развернутая конформация. Белок будет иметь тенденцию к низкоэнергетической конформации, которая будет определять укладку белка в клеточной среде. Поскольку многие похожие конформации будут иметь сходные энергии, белковые структуры динамичны , колеблясь между большими этими подобными структурами.

Глобулярные белки имеют ядро ​​из гидрофобных аминокислотных остатков и поверхностную область из открытых для воды заряженных гидрофильных остатков. Такое расположение может стабилизировать взаимодействия внутри третичной структуры. Например, в секретируемых белках, которые не находятся в цитоплазме , дисульфидные связи между остатками цистеина помогают поддерживать третичную структуру. Существует общность стабильных третичных структур, наблюдаемых в белках с различными функциями и различной эволюцией . Например, цилиндр TIM , названный в честь фермента триозофосфатизомеразы, Является общей третичной структурой , как это высокостабильная, димерной , спиральный змеевик структура. Следовательно, белки можно классифицировать по структурам, которые они содержат. Базы данных белков, в которых используется такая классификация, включают SCOP и CATH .

Кинетические ловушки [ править ]

Складные кинетика может ловушкой белок в высокой энергии конформации, т.е. высокой энергии промежуточного доступа к конформации блоков к наименьшей энергии конформации. Конформация с высокой энергией может способствовать функции белка. Например, белок гемагглютинин гриппа представляет собой одну полипептидную цепь, которая при активации протеолитически расщепляется с образованием двух полипептидных цепей. Две цепи находятся в высокоэнергетической конформации. Когда местный pH падает, белок подвергается энергетически выгодной конформационной перестройке, которая позволяет ему проникать через мембрану клетки- хозяина .

Метастабильность [ править ]

Некоторые третичные белковые структуры могут существовать в долгоживущих состояниях, которые не являются ожидаемым наиболее стабильным состоянием. Например, многие серпины (ингибиторы сериновой протеазы) демонстрируют эту метастабильность . Они претерпевают конформационные изменения, когда петля белка разрезается протеазой . [5] [6] [7]

Белки-шапероны [ править ]

Обычно считается, что нативное состояние белка также является наиболее термодинамически стабильным и что белок достигнет своего нативного состояния, учитывая его химическую кинетику , до того, как он будет транслироваться . Белковые шапероны в цитоплазме клетки помогают вновь синтезированному полипептиду достичь его нативного состояния. Некоторые белки-шапероны обладают высокой специфичностью по своей функции, например, протеиндисульфидизомераза ; другие являются общими по своей функции и могут помочь большинству глобулярных белков, например, прокариотическая система белков GroEL / GroES и гомологичные эукариотические белки теплового шока. (система Hsp60 / Hsp10).

Цитоплазматическая среда [ править ]

Прогнозирование третичной структуры белка основывается на знании первичной структуры белка и сравнении возможной предсказанной третичной структуры с известными третичными структурами в банках данных белков . Это учитывает только цитоплазматическую среду, присутствующую во время синтеза белка, в той степени, в которой аналогичная цитоплазматическая среда также могла влиять на структуру белков, записанных в банке данных по белкам.

Связывание лиганда [ править ]

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

Определение [ править ]

Знания о третичной структуре растворимых глобулярных белков более развиты, чем у мембранных белков, потому что первые легче изучать с помощью имеющихся технологий.

Рентгеновская кристаллография [ править ]

Рентгеновская кристаллография - наиболее распространенный инструмент, используемый для определения структуры белка . Он обеспечивает высокое разрешение структуры, но не дает информации о конформационной гибкости белка .

ЯМР [ править ]

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

Криогенная электронная микроскопия [ править ]

Криогенная электронная микроскопия (крио-ЭМ) может дать информацию как о третичной, так и о четвертичной структуре белка. Он особенно хорошо подходит для крупных белков и симметричных комплексов из белковых субъединиц .

Двойная поляризационная интерферометрия [ править ]

Интерферометрия с двойной поляризацией обеспечивает дополнительную информацию о белках, захваченных на поверхности. Это помогает в определении изменений структуры и внешнего вида с течением времени.

Проекты [ править ]

Алгоритм предсказания [ править ]

Дома Folding @ проект в Стэнфордском университете является распределенной вычислительной научно - исследовательская работа , которая использует около 5 петафлопс (≈10 x86 петафлопс) доступной вычислительной техники. Его цель - найти алгоритм, который будет последовательно предсказывать третичные и четвертичные структуры белка с учетом аминокислотной последовательности белка и его клеточных условий. [9] [10] [11]

Список программ для предсказания третичной структуры белков можно найти в разделе Список программ для предсказания структуры белков .

Заболевания агрегации белков [ править ]

Агрегация белка заболеваний , таких как болезнь Альцгеймера и болезнь Хантингтона и прионные заболевания , такие как коровьей губчатой энцефалопатии могут быть лучше поняты при строительстве (реконструкции и) модели заболеваний . Это делается путем вызова болезни у лабораторных животных, например, путем введения токсина , такого как МФТП, чтобы вызвать болезнь Паркинсона, или путем генетических манипуляций . [12] [13] Прогнозирование структуры белка - это новый способ создания моделей заболеваний, позволяющий избежать использования животных. [14]

Проект по поиску третичной структуры белка (CoMOGrad) [ править ]

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

См. Также [ править ]

  • Складывание (химия)
  • И-ТАССЕР
  • Третичная структура нуклеиновой кислоты
  • Карта контактов белка
  • Протеопедия
  • Структурная биология
  • Структурный мотив
  • Белковые тандемные повторы

Ссылки [ править ]

  1. ^ IUPAC , Сборник химической терминологии , 2-е изд. («Золотая книга») (1997). Онлайн-исправленная версия: (2006–) « третичная структура ». DOI : 10,1351 / goldbook.T06282
  2. ^ Бранден К. и Туз Дж. «Введение в структуру белка» издательство Garland Publishing, Нью-Йорк. 1990 и 1991 гг.
  3. ^ Кайт, Дж. "Структура в химии белков". Издательство Гарленд, Нью-Йорк. 1995. ISBN  0-8153-1701-8.
  4. ^ Сенешаль М. «Я умер за красоту: Дороти Wrinch и культуры науки». Oxford University Press, 2012. Глава 14. ISBN 0-19-991083-9 , 9780199910830. Доступно в Google Книгах, 8 декабря 2013 г. 
  5. ^ Whisstock J (2006). «Молекулярная гимнастика: серпигинозная структура, складывание и строительные леса». Текущее мнение в структурной биологии . 16 (6): 761–68. DOI : 10.1016 / j.sbi.2006.10.005 . PMID 17079131 . 
  6. ^ Gettins PG (2002). «Строение, механизм и функции Серпина». Chem Ред . 102 (12): 4751–804. DOI : 10.1021 / cr010170 . PMID 12475206 . 
  7. ^ Whisstock JC, Скиннер R, Carrell RW, Lesk AM (2000). «Конформационные изменения в серпинах: I. Нативные и расщепленные конформации альфа (1) -анти-трипсина». J Mol Biol . 296 (2): 685–99. DOI : 10.1006 / jmbi.1999.3520 . PMID 10669617 . 
  8. ^ Силигер, D; Де Гроот, Б.Л. (2010). «Конформационные переходы при связывании лиганда: предсказание голоструктуры по конформациям апо» . PLOS Вычислительная биология . 6 (1): e1000634. Bibcode : 2010PLSCB ... 6E0634S . DOI : 10.1371 / journal.pcbi.1000634 . PMC 2796265 . PMID 20066034 .  
  9. ^ "Складной @ дома". Стэндфордский Университет. По состоянию на 18 декабря 2013 г.
  10. ^ "Folding @ home - FAQ" Стэнфордский университет. По состоянию на 18 декабря 2013 г.
  11. ^ "Folding @ home - Наука". Стэндфордский Университет.
  12. ↑ Schober A (октябрь 2004 г.). «Классические токсин-индуцированные животные модели болезни Паркинсона: 6-OHDA и MPTP». Cell Tissue Res . 318 (1): 215–24. DOI : 10.1007 / s00441-004-0938-у . PMID 15503155 . 
  13. ^ "Tp53 Knockout Rat" . Рак . Проверено 18 декабря 2010 .
  14. ^ «Особенность - Что такое складывание и почему это важно?» . Архивировано из оригинального 12 декабря 2013 года . Проверено 18 декабря 2010 года .
  15. ^ "Комоград :: Третичное соответствие белков" .
  16. ^ Karim, Rezaul; Азиз, Мохд Момин Аль; Шатабда, Свакхар; Рахман, М. Сохель; Mia, Md Abul Kashem; Заман, Фархана; Ракин, Салман (21 августа 2015 г.). «CoMOGrad и PHOG: от компьютерного зрения к быстрому и точному поиску третичной структуры белка» . Научные отчеты . 5 (1): 13275. arXiv : 1409.0814 . Bibcode : 2015NatSR ... 513275K . DOI : 10.1038 / srep13275 . PMC 4543952 . PMID 26293226 .  

Внешние ссылки [ править ]

  • Банк данных белков
  • Отображение, анализ и наложение трехмерных структур белков
  • Алфавит белковых структур.
  • Отображение, анализ и наложение трехмерных структур белков
  • Интернет-курс обучения элементарной биоинформатике белка
  • Критическая оценка предсказания конструкции (CASP)
  • Структурная классификация белков (SCOP)
  • Классификация структуры белка CATH
  • Программное обеспечение DALI / FSSP и база данных наложенных белковых структур
  • Инвариантные структурные ядра TOPOFIT-DB между белками
  • PDBWiki - Домашняя страница PDBWiki - веб-сайт для комментирования структур PDB сообществом.

третичная структура