Это хорошая статья. Для получения дополнительной информации нажмите здесь.
Страница полузащищенная
Из Википедии, свободной энциклопедии
  (Перенаправлено с Proteins )
Перейти к навигации Перейти к поиску
Эта статья о классе молекул. Информацию о белке как питательном веществе см. В разделе Белок (питательное вещество) . Для использования в других целях, см Белок (значения) .

Изображение трехмерной структуры белка миоглобина с бирюзовыми α-спиралями . Этот белок был первым, структура которого была определена с помощью рентгеновской кристаллографии . Ближе к правому центру среди катушек протезная группа, называемая гемовой группой (показана серым), со связанной молекулой кислорода (красная).

Белки - это большие биомолекулы или макромолекулы , которые состоят из одной или нескольких длинных цепочек аминокислотных остатков . Белки выполняют широкий спектр функций внутри организмов, включая катализатор метаболических реакций , репликацию ДНК , реагирование на стимулы , обеспечение структуры клеток и организмов и транспортировку молекул из одного места в другое. Белки отличаются друг от друга прежде всего своей аминокислотной последовательностью, которая определяется нуклеотидной последовательностью их генов и обычно приводит ксворачивание белка в определенную трехмерную структуру, которая определяет его активность.

Линейная цепочка аминокислотных остатков называется полипептидом . Белок содержит по крайней мере один длинный полипептид. Короткие полипептиды, содержащие менее 20–30 остатков, редко считаются белками и обычно называются пептидами или иногда олигопептидами . Отдельные аминокислотные остатки связаны пептидными связями и соседними аминокислотными остатками. Последовательность из аминокислотных остатков в белке определяется последовательностью о наличии гена , который закодирован в генетическом коде . В общем, генетический код определяет 20 стандартных аминокислот; но у некоторых организмов генетический код может включатьселеноцистеин и - у некоторых архей - пирролизин . Вскоре после или даже во время синтеза остатки в белке часто химически модифицируются посттрансляционной модификацией , которая изменяет физические и химические свойства, укладку, стабильность, активность и, в конечном итоге, функцию белков. К некоторым белкам присоединены непептидные группы, которые можно назвать простетическими группами или кофакторами . Белки также могут работать вместе для достижения определенной функции, и они часто объединяются, образуя стабильные белковые комплексы .

После образования белки существуют только в течение определенного периода, а затем разрушаются и рециркулируются механизмами клетки в процессе обмена белков . Продолжительность жизни белка измеряется периодом его полураспада и охватывает широкий диапазон. Они могут существовать в течение нескольких минут или лет со средней продолжительностью жизни 1-2 дня в клетках млекопитающих. Аномальные или неправильно свернутые белки разлагаются быстрее либо из-за того, что они нацелены на разрушение, либо из-за нестабильности.

Как и другие биологические макромолекулы, такие как полисахариды и нуклеиновые кислоты , белки являются важными частями организмов и участвуют практически во всех процессах внутри клеток . Многие белки представляют собой ферменты , катализирующие биохимические реакции и жизненно важные для метаболизма . Белки также выполняют структурные или механические функции, такие как актин и миозин в мышцах и белки в цитоскелете , которые образуют систему каркаса , поддерживающего форму клетки. Другие белки важны для передачи сигналов клеток , иммунных ответов ,клеточная адгезия и клеточный цикл . В рационе животных белки необходимы для обеспечения незаменимых аминокислот, которые невозможно синтезировать . Пищеварение расщепляет белки для использования в метаболизме.

Белки могут быть очищены от других клеточных компонентов с использованием различных методов, таких как ультрацентрифугирование , осаждение , электрофорез и хроматография ; Появление генной инженерии сделало возможным ряд методов, облегчающих очистку. Методы, обычно используемые для изучения структуры и функции белков, включают иммуногистохимию , сайт-направленный мутагенез , рентгеновскую кристаллографию , ядерный магнитный резонанс и масс-спектрометрию .

История и этимология

Дополнительная информация: История молекулярной биологии.

Белки были признаны отдельным классом биологических молекул в восемнадцатом веке Антуаном Фуркроем и другими, отличавшимися способностью молекул коагулировать или флокулировать под воздействием тепла или кислоты. [1] Известные примеры в то время включали альбумин из яичных белков , альбумин сыворотки крови , фибрин и пшеничный глютен .

Белки были впервые описаны голландским химиком Герардусом Йоханнесом Малдером и названы шведским химиком Йенсом Якобом Берцелиусом в 1838 году. [2] [3] Малдер провел элементный анализ обычных белков и обнаружил, что почти все белки имеют одинаковую эмпирическую формулу C 400 H 620 N 100 O 120 P 1 S 1 . [4] Он пришел к ошибочному выводу, что они могут состоять из одного типа (очень больших) молекул. Термин «белок» для описания этих молекул был предложен сотрудником Малдера Берцелиусом; белок получен изГреческое слово πρώτειος ( протейос ), означающее «первичный», [5] «впереди» или «стоящий впереди», [6] + -в . Малдер продолжил идентифицировать продукты распада белка, такие как аминокислота лейцин, для которой он обнаружил (почти правильную) молекулярную массу 131 Да . [4] До слова «белок» использовались другие названия, например, «альбумины» или «белковые вещества» ( Eiweisskörper на немецком языке). [7]

Ранние ученые-диетологи, такие как немец Карл фон Фойт, считали, что белок является наиболее важным питательным веществом для поддержания структуры тела, потому что обычно считалось, что «плоть создает плоть». [8] Карл Генрих Риттхаузен расширил известные формы белка с помощью идентификации глутаминовой кислоты . На сельскохозяйственной экспериментальной станции Коннектикута Томас Берр Осборн составил подробный обзор растительных белков . Работая с Лафайетом Менделем и применяя закон минимума Либиха при кормлении лабораторных крыс , незаменимые в питательном отношении аминокислотыбыли созданы. Работа была продолжена и сообщена Уильямом Каммингом Роузом . Понимание белков как полипептидов пришло в результате работы Франца Хофмайстера и Германа Эмиля Фишера в 1902 году. [9] [10] Центральная роль белков как ферментов в живых организмах не была полностью оценена до 1926 года, когда Джеймс Б. Самнер показал, что фермент уреаза на самом деле был белком. [11]

Из-за сложности очистки белков в больших количествах их изучение было очень трудным для ранних биохимиков. Следовательно, ранние исследования были сосредоточены на белках, которые можно было очищать в больших количествах, например, белков крови, яичного белка, различных токсинов и пищеварительных / метаболических ферментов, полученных на бойнях. В 1950-х годах компания Armor Hot Dog Co. очистила 1 кг чистой бычьей панкреатической рибонуклеазы А и сделала ее свободно доступной для ученых; этот жест помог рибонуклеазе А стать главной целью биохимических исследований на следующие десятилетия. [4]

Джон Кендрю с моделью миоглобина в процессе

Лайнусу Полингу приписывают успешное предсказание регулярных вторичных структур белков на основе водородных связей , идея, впервые выдвинутая Уильямом Эстбери в 1933 году. [12] Более поздняя работа Вальтера Каузмана о денатурации , [13] [14] частично основана на предыдущих исследования Kaj Linderstrøm-Lang , [15] внесли вклад в понимание укладки и структуры белков, опосредованных гидрофобными взаимодействиями .

Первый белок , чтобы быть секвенированы был инсулин , с помощью Фредерика Sanger , в 1949 году Sanger правильно определил аминокислотную последовательность инсулина, таким образом , убедительно демонстрирует , что белки состояли из линейных полимеров аминокислот , а не разветвленных цепей, коллоидов или cyclols . [16] Он получил Нобелевскую премию за это достижение в 1958 году. [17]

Первые белковые структуры , которые должны быть решены были гемоглобина и миоглобина , от Макса Перуцем и сэр Джон Каудери Кендрю , соответственно, в 1958 году [18] [19] По состоянию на 2017 год , то Protein Data Bank имеет более 126060 структур с атомным разрешением белков. [20] В последнее время криоэлектронная микроскопия больших макромолекулярных ансамблей [21] и компьютерное предсказание белковой структуры небольших белковых доменов [22] стали двумя методами, приближающимися к атомному разрешению.

Количество белков, закодированных в геномах

Количество белков, кодируемых в геноме, примерно соответствует количеству генов (хотя может существовать значительное количество генов, которые кодируют РНК белка, например рибосомные РНК ). Вирусы обычно кодируют от нескольких до нескольких сотен белков, археи и бактерии от нескольких сотен до нескольких тысяч, в то время как эукариоты обычно кодируют от нескольких тысяч до десятков тысяч белков (см. Размер генома для списка примеров).

Биохимия

Химическая структура пептидной связи (внизу) и трехмерная структура пептидной связи между аланином и соседней аминокислотой (вверху / вставка). Сама связка состоит из элементов CHON .
Резонансные структуры пептидной связи, которая связывает отдельные аминокислоты с образованием белкового полимера.
Основные статьи: Биохимия , аминокислоты и пептидная связь

Большинство белков состоят из линейных полимеров, состоящих из 20 различных L- α- аминокислот. Все протеиногенные аминокислоты обладают общими структурными признаками, в то числе альфа-углерод , к которому амино группу, карбоксильная группа, и вариабельная боковая цепь являются кабальными . Только пролин отличается от этой основной структуры, поскольку он содержит необычное кольцо для N-концевой аминогруппы, которое заставляет амидный фрагмент CO – NH принимать фиксированную конформацию. [23] Боковые цепи стандартных аминокислот, подробно описанные в списке стандартных аминокислот., имеют большое разнообразие химических структур и свойств; это комбинированное действие всех боковых цепей аминокислот в белке, которое в конечном итоге определяет его трехмерную структуру и его химическую реактивность. [24] Аминокислоты в полипептидной цепи связаны пептидными связями . Однажды связанная в белковой цепи отдельная аминокислота называется остатком, а связанный ряд атомов углерода, азота и кислорода известен как основная цепь или остов белка. [25] : 19

Пептидная связь имеет две резонансные формы, которые вносят некоторый характер двойной связи и препятствуют вращению вокруг ее оси, так что альфа-атомы углерода находятся примерно в одной плоскости . Два других двугранных угла в пептидной связи определяют локальную форму, принимаемую остовом белка. [25] : 31 Конец со свободной аминогруппой известен как N-конец или N-конец , тогда как конец белка со свободной карбоксильной группой известен как C-конец или карбокси-конец (последовательность белка пишется от N-конца к C-концу слева направо).

Слова « белок» , « полипептид» и « пептид» несколько неоднозначны и могут частично совпадать по значению. Белок обычно используется для обозначения полной биологической молекулы в стабильной конформации , тогда как пептид обычно зарезервирован для коротких аминокислотных олигомеров, часто не имеющих стабильной трехмерной структуры. Но граница между ними четко не определена и обычно проходит около 20–30 остатков. [26] Полипептид может относиться к любой одиночной линейной цепи аминокислот, обычно независимо от длины, но часто подразумевает отсутствие определенной конформации .

Взаимодействия

Белки могут взаимодействовать со многими типами молекул, включая другие белки , липиды , углеводы и ДНК . [27] [28] [25] [29]

Изобилие в клетках

Было подсчитано, что бактерии среднего размера содержат около 2 миллионов белков на клетку (например, E. coli и Staphylococcus aureus ). Более мелкие бактерии, такие как Mycoplasma или спирохеты, содержат меньше молекул, от 50 000 до 1 миллиона. Напротив, эукариотические клетки больше и, следовательно, содержат гораздо больше белка. Например, дрожжевые клетки, по оценкам, содержат около 50 миллионов белков, а клетки человека - от 1 до 3 миллиардов. [30] Концентрация отдельных белковых копий колеблется от нескольких молекул на клетку до 20 миллионов. [31]Не все гены, кодирующие белки, экспрессируются в большинстве клеток, и их количество зависит, например, от типа клетки и внешних стимулов. Например, из примерно 20 000 белков, кодируемых геномом человека, только 6000 обнаруживаются в лимфобластоидных клетках. [32]

Синтез

Биосинтез

Рибосома производит белок, используя мРНК в качестве матрицы
Последовательность ДНК гена кодирует аминокислотную последовательность белка.
Основная статья: Биосинтез белков

Белки собираются из аминокислот с использованием информации, закодированной в генах. Каждый белок имеет свою собственную уникальную аминокислотную последовательность, которая определяется нуклеотидной последовательностью гена, кодирующего этот белок. Генетический код представляет собой набор из трех наборов нуклеотидов , называемых кодонами , и каждый из трех нуклеотид комбинации обозначает аминокислоту, например , AUG ( аденин - урацил - гуанин ) код для метионина . Поскольку ДНК содержит четыре нуклеотида, общее количество возможных кодонов составляет 64; следовательно, в генетическом коде есть некоторая избыточность, при этом некоторые аминокислоты определяются более чем одним кодоном. [29] :1002–42 Гены, закодированные в ДНК, сначала транскрибируются в пре- мессенджерскую РНК (мРНК) такими белками, как РНК-полимераза . Большинство организмов затем обрабатывают пре-мРНК (также известную как первичный транскрипт ), используя различные формы посттранскрипционной модификации, чтобы сформировать зрелую мРНК, которая затем используется в качестве матрицы для синтеза белка рибосомой . У прокариот мРНК может либо использоваться, как только она вырабатывается, либо связываться с рибосомой после того, как она отошла от нуклеоида . Напротив, эукариоты производят мРНК в ядре клетки, а затемперемещают его через ядерную мембрану в цитоплазму , где происходит синтез белка . Скорость синтеза белка у прокариот выше, чем у эукариот, и может достигать до 20 аминокислот в секунду. [33]

Процесс синтеза белка из матрицы мРНК известен как трансляция . МРНК загружается на рибосому и считывается с трех нуклеотидов за раз путем сопоставления каждого кодона с его антикодоном спаривания оснований, расположенным на молекуле РНК- переносчика, которая несет аминокислоту, соответствующую кодону, который она распознает. Фермент аминоацил тРНК синтетаза «заряжает» молекулы тРНК правильными аминокислотами. Растущий полипептид часто называют зарождающейся цепью . Белки всегда биосинтезируются от N-конца до C-конца . [29] : 1002–42

Размер синтезированного белка можно измерить по количеству содержащихся в нем аминокислот и по его общей молекулярной массе , которая обычно выражается в единицах дальтон (синоним единиц атомной массы ) или производной единице килодальтона (кДа). Средний размер белка увеличивается от архей к бактериям и эукариотам (283, 311, 438 остатков и 31, 34, 49 кДа соответственно) из-за большего числа белковых доменов, составляющих белки у высших организмов. [34] Например, дрожжевые белки состоят в среднем из 466 аминокислот в длину и 53 кДа по массе. [26] Самыми крупными известными белками являются тайтины , составляющиемышечный саркомер с молекулярной массой почти 3000 кДа и общей длиной почти 27000 аминокислот. [35]

Химический синтез

Основная статья: Синтез пептидов

Короткие белки также можно синтезировать химическим путем с помощью семейства методов, известных как синтез пептидов , которые основаны на методах органического синтеза , таких как химическое лигирование, для получения пептидов с высоким выходом. [36] Химический синтез позволяет вводить неприродные аминокислоты в полипептидные цепи, например, прикреплять флуоресцентные зонды к боковым цепям аминокислот. [37] Эти методы полезны в лабораторной биохимии и клеточной биологии., хотя, как правило, не для коммерческих приложений. Химический синтез неэффективен для полипептидов, длина которых превышает примерно 300 аминокислот, и синтезированные белки не могут легко принять свою природную третичную структуру . Большинство методов химического синтеза идут от С-конца к N-концу, в противоположность биологической реакции. [38]

Состав

Кристаллическая структура шаперонина, огромного белкового комплекса. Выделена отдельная белковая субъединица. Шаперонины способствуют сворачиванию белков.
Три возможных представления трехмерной структуры протеинтриозофосфатизомеразы . Слева : представление всего атома, окрашенное в зависимости от типа атома. В центре: упрощенное изображение, иллюстрирующее строение позвоночника, окрашенное вторичной структурой. Справа : доступное для растворителя изображение поверхности, окрашенное в зависимости от типа остатка (кислотные остатки - красный, основные - синий, полярные - зеленые, неполярные - белые).
Основная статья: Белковая структура
Дополнительная информация: Прогноз структуры белка

Большинство белков складываются в уникальные трехмерные структуры. Форма, в которую естественным образом складывается белок, называется его нативной конформацией . [25] : 36 Хотя многие белки могут сворачиваться без посторонней помощи, просто благодаря химическим свойствам их аминокислот, другим требуется помощь молекулярных шаперонов, чтобы сворачиваться в их нативное состояние. [25] : 37 Биохимики часто ссылаются на четыре различных аспекта структуры белка: [25] : 30–34

  • Первичная структура : аминокислотная последовательность . Белок - это полиамид .
  • Вторичная структура : регулярно повторяющиеся локальные структуры, стабилизированные водородными связями . Наиболее распространенные примеры - α-спираль , β-лист и повороты . Поскольку вторичные структуры являются локальными, в одной и той же молекуле белка может присутствовать множество областей с разной вторичной структурой.
  • Третичная структура : общая форма отдельной белковой молекулы; пространственное отношение вторичных структур друг к другу. Третичная структура обычно стабилизируется нелокальными взаимодействиями, чаще всего образованием гидрофобного ядра , но также посредством солевых мостиков , водородных связей, дисульфидных связей и даже посттрансляционных модификаций . Термин «третичная структура» часто используется как синоним термина « складка» . Третичная структура - это то, что контролирует основную функцию белка.
  • Четвертичная структура : структура, образованная несколькими белковыми молекулами (полипептидными цепями), обычно называемымив данном контексте белковыми субъединицами , которые функционируют как единый белковый комплекс .
  • Пятеричная структура : признаки белковой поверхности, которые организуют переполненный клеточный интерьер. Пятеричная структура зависит от временных, но важных макромолекулярных взаимодействий, которые происходят внутри живых клеток.

Белки - это не совсем жесткие молекулы. В дополнение к этим уровням структуры белки могут переключаться между несколькими родственными структурами, пока они выполняют свои функции. В контексте этих функциональных перестроек эти третичные или четвертичные структуры обычно называют « конформациями », а переходы между ними называют конформационными изменениями. Такие изменения часто вызываются связыванием молекулы субстрата с активным сайтом фермента или физической областью белка, которая участвует в химическом катализе. В растворах белки также претерпевают изменения в структуре из-за тепловых колебаний и столкновений с другими молекулами. [29] : 368–75

Молекулярная поверхность нескольких белков с указанием их сравнительных размеров. Слева направо: иммуноглобулин G (IgG, антитело ), гемоглобин , инсулин (гормон), аденилаткиназа (фермент) и глутаминсинтетаза (фермент).

Белки можно неформально разделить на три основных класса, которые коррелируют с типичными третичными структурами: глобулярные белки , волокнистые белки и мембранные белки . Почти все глобулярные белки растворимы, и многие из них являются ферментами. Волокнистые белки часто бывают структурными, такими как коллаген , основной компонент соединительной ткани, или кератин , белковый компонент волос и ногтей. Мембранные белки часто служат рецепторами или обеспечивают каналы для полярных или заряженных молекул, проходящих через клеточную мембрану . [29] : 165–85

Особый случай внутримолекулярных водородных связей в белках, плохо защищенных от атаки воды и, следовательно, способствующих их собственному обезвоживанию , называется дегидронами . [39]

Белковые домены

Основная статья: Белковый домен

Многие белки состоят из нескольких белковых доменов , то есть сегментов белка, которые складываются в отдельные структурные единицы. Домены обычно также имеют специфические функции, такие как ферментативная активность (например, киназа ), или они служат в качестве связывающих модулей (например, домен SH3 связывается с богатыми пролином последовательностями других белков).

Мотив последовательности

Короткие аминокислотные последовательности в белках часто действуют как сайты узнавания для других белков. [40] Например, домены SH3 обычно связываются с короткими мотивами PxxP (т.е. 2 пролина [P], разделенных двумя неопределенными аминокислотами [x], хотя окружающие аминокислоты могут определять точную специфичность связывания). Многие такие мотивы собраны в базе данных Eukaryotic Linear Motif (ELM).

Клеточные функции

Белки - главные действующие лица клетки, которые, как говорят, выполняют функции, определенные информацией, закодированной в генах. [26] За исключением некоторых типов РНК , большинство других биологических молекул являются относительно инертными элементами, на которые действуют белки. Белки составляют половину сухой массы клетки Escherichia coli , тогда как другие макромолекулы, такие как ДНК и РНК, составляют только 3% и 20% соответственно. [41] Набор белков, экспрессируемых в определенных клетках или типах клеток, известен как их протеом .

Фермент гексокиназа показан в виде обычной молекулярной модели в виде шарика и ручки. Для масштабирования в правом верхнем углу показаны два его субстрата, АТФ и глюкоза .

Основная характеристика белков, которая также обеспечивает их разнообразный набор функций, - это их способность специфически и прочно связывать другие молекулы. Область белка, отвечающая за связывание другой молекулы, известна как сайт связывания и часто представляет собой углубление или «карман» на поверхности молекулы. Эта связывающая способность опосредуется третичной структурой белка, которая определяет карман сайта связывания, и химическими свойствами боковых цепей окружающих аминокислот. Связывание с белками может быть чрезвычайно прочным и специфичным; например, белок ингибитора рибонуклеазы связывается с ангиогенином человека с субфемтомолярной константой диссоциации (<10 -15M), но совсем не связывается со своим гомологом амфибий онконазой (> 1 M). Чрезвычайно незначительные химические изменения, такие как добавление одной метильной группы к связывающему партнеру, иногда могут быть достаточными, чтобы почти полностью устранить связывание; например, аминоацил тРНК синтетаза, специфичная для аминокислоты валина, дискриминирует очень похожую боковую цепь аминокислоты изолейцина . [42]

Белки могут связываться с другими белками, а также с низкомолекулярными субстратами. Когда белки специфически связываются с другими копиями той же молекулы, они могут олигомеризоваться с образованием фибрилл; этот процесс часто происходит в структурных белках, которые состоят из глобулярных мономеров, которые самоассоциируются с образованием жестких волокон. Белковые взаимодействия также регулируют ферментативную активность, контролируют прохождение клеточного цикла и позволяют собирать большие белковые комплексы.которые осуществляют множество тесно связанных реакций с общей биологической функцией. Белки также могут связываться с клеточными мембранами или даже интегрироваться в них. Способность партнеров по связыванию вызывать конформационные изменения в белках позволяет создавать чрезвычайно сложные сигнальные сети. [29] : 830–49 Поскольку взаимодействия между белками обратимы и сильно зависят от доступности различных групп белков-партнеров для образования агрегатов, способных выполнять дискретные наборы функций, изучение взаимодействий между конкретными белками является ключевым моментом. чтобы понять важные аспекты клеточной функции и, в конечном итоге, свойства, которые различают определенные типы клеток. [43] [44]

Ферменты

Основная статья: Фермент

Наиболее известная роль белков в клетке - это ферменты , катализирующие химические реакции. Ферменты обычно очень специфичны и ускоряют только одну или несколько химических реакций. Ферменты выполняют большинство реакций , участвующих в обмене веществ , а также манипулируя ДНК в таких процессах, как репликация ДНК , репарации ДНК и транскрипции . Некоторые ферменты воздействуют на другие белки, добавляя или удаляя химические группы в процессе, известном как посттрансляционная модификация. Известно, что ферменты катализируют около 4000 реакций. [45] Ускорение скорости, обеспечиваемое ферментативным катализом, часто бывает огромным - до 10 17- кратное увеличение скорости по сравнению с некаталитической реакцией в случае оротатдекарбоксилазы (78 миллионов лет без фермента, 18 миллисекунд с ферментом). [46]

Молекулы, связанные с ферментами и на которые действуют ферменты, называются субстратами . Хотя ферменты могут состоять из сотен аминокислот, обычно только небольшая часть остатков контактирует с субстратом, а еще меньшая часть - в среднем от трех до четырех остатков - непосредственно участвует в катализе. [47] Область фермента, которая связывает субстрат и содержит каталитические остатки, известна как активный центр .

Диригентные белки являются членами класса белков, которые определяют стереохимию соединения, синтезируемого другими ферментами. [48]

Передача клеточных сигналов и связывание лиганда

См. Также: Взаимодействие гликанов и белков.
Ленточная диаграмма мышиного антитела против холеры, которое связывает углеводный антиген

Многие белки участвуют в процессе передачи клеточных сигналов и передачи сигналов . Некоторые белки, такие как инсулин , являются внеклеточными белками, которые передают сигнал от клетки, в которой они были синтезированы, другим клеткам в отдаленных тканях . Другие представляют собой мембранные белки, которые действуют как рецепторы , основная функция которых - связывать сигнальную молекулу и вызывать биохимический ответ в клетке. Многие рецепторы имеют сайт связывания, открытый на поверхности клетки, и эффекторный домен внутри клетки, который может обладать ферментативной активностью или может претерпевать конформационные изменения, обнаруживаемые другими белками внутри клетки. [28] :251–81

Антитела - это белковые компоненты адаптивной иммунной системы , основная функция которых - связывать антигены или чужеродные вещества в организме и нацеливать их на разрушение. Антитела могут секретироваться во внеклеточную среду или закрепляться в мембранах специализированных В-клеток, известных как плазматические клетки . В то время как ферменты ограничены в их аффинности связывания со своими субстратами из-за необходимости проведения их реакции, антитела не имеют таких ограничений. Аффинность связывания антитела со своей мишенью чрезвычайно высока. [29] : 275–50

Многие белки-транспортеры лигандов связывают определенные небольшие биомолекулы и транспортируют их в другие места в организме многоклеточного организма. Эти белки должны обладать высокой аффинностью связывания, когда их лиганд присутствует в высоких концентрациях, но также должны высвобождать лиганд, когда он присутствует в низких концентрациях в тканях-мишенях. Каноническим примером лиганд-связывающего белка является гемоглобин , который переносит кислород из легких в другие органы и ткани у всех позвоночных и имеет близких гомологов в каждом биологическом царстве . [29] : 222-29 лектины являютсясвязывающие сахар белки, которые очень специфичны для своих сахарных фрагментов. Лектины обычно играют роль в феномене биологического распознавания с участием клеток и белков. [49] Рецепторы и гормоны - это высокоспецифичные связывающие белки.

Трансмембранные белки также могут служить белками-переносчиками лигандов, которые изменяют проницаемость клеточной мембраны для малых молекул и ионов. Сама по себе мембрана имеет гидрофобное ядро, через которое полярные или заряженные молекулы не могут диффундировать . Мембранные белки содержат внутренние каналы, которые позволяют таким молекулам входить и выходить из клетки. Многие белки ионных каналов специализируются на выборе только определенного иона; например, калиевые и натриевые каналы часто различают только один из двух ионов. [28] : 232–34

Структурные белки

Структурные белки придают жесткость и жесткость биологическим компонентам, которые иначе текли. Большинство структурных белков представляют собой волокнистые белки ; например, коллаген и эластин являются важными компонентами соединительной ткани, такой как хрящ , а кератин содержится в твердых или нитчатых структурах, таких как волосы , ногти , перья , копыта и панцирь некоторых животных . [29] : 178–81 Некоторые глобулярные белки также могут выполнять структурные функции, например, актин итубулин являются глобулярными и растворимыми как мономеры, но полимеризуются с образованием длинных жестких волокон, составляющих цитоскелет , что позволяет клетке сохранять свою форму и размер.

Другими белками, которые выполняют структурные функции, являются моторные белки, такие как миозин , кинезин и динеин , которые способны генерировать механические силы. Эти белки имеют решающее значение для клеточной подвижности одноклеточных организмов и сперматозоидов многих многоклеточных организмов, которые размножаются половым путем . Они также генерируют силы, возникающие при сокращении мышц [29] : 258–64, 272, и играют важную роль во внутриклеточном транспорте.

Эволюция белка

Основная статья: Молекулярная эволюция

Ключевой вопрос молекулярной биологии - как эволюционируют белки, т.е. как мутации (или, скорее, изменения в аминокислотной последовательности) могут приводить к новым структурам и функциям? Большинство аминокислот в белке можно изменить без нарушения активности или функции, как видно из множества гомологичных белков у разных видов (как это собрано в специализированных базах данных для семейств белков, например, PFAM ). [50] Чтобы предотвратить драматические последствия мутаций, ген может быть продублирован, прежде чем он сможет свободно мутировать. Однако это также может привести к полной потере функции генов и, следовательно, псевдогенов . [51]Чаще всего изменения одной аминокислоты имеют ограниченные последствия, хотя некоторые из них могут существенно изменить функцию белка, особенно ферментов . Например, многие ферменты могут изменять свою субстратную специфичность посредством одной или нескольких мутаций. [52] Изменениям в субстратной специфичности способствует неразборчивость субстратов , то есть способность многих ферментов связывать и обрабатывать несколько субстратов . Когда происходят мутации, специфичность фермента может увеличиваться (или уменьшаться) и, следовательно, его ферментативная активность. [52] Таким образом, бактерии (или другие организмы) могут адаптироваться к различным источникам пищи, включая неестественные субстраты, такие как пластик. [53]

Методы исследования

Основная статья: Белковые методы

Активность и структуру белков можно исследовать in vitro , in vivo и in silico . Исследования очищенных белков in vitro в контролируемой среде полезны для изучения того, как белок выполняет свою функцию: например, исследования кинетики ферментов исследуют химический механизм каталитической активности фермента и его относительное сродство к различным возможным молекулам субстрата. Напротив, эксперименты in vivo могут предоставить информацию о физиологической роли белка в контексте клетки или даже всего организма . In silico исследования используют вычислительные методы для изучения белков.

Очистка белков

Основная статья: Очистка белка

Чтобы выполнить анализ in vitro , белок необходимо очистить от других клеточных компонентов. Этот процесс обычно начинается с лизиса клеток , при котором мембрана клетки разрушается и ее внутреннее содержимое превращается в раствор, известный как неочищенный лизат . Полученную смесь можно очистить с помощью ультрацентрифугирования , которое фракционирует различные клеточные компоненты на фракции, содержащие растворимые белки; мембранные липиды и белки; клеточные органеллы и нуклеиновые кислоты . Осаждение методом, известным как высаливание, может концентрировать белки из этого лизата. Различные видыЗатем хроматография используется для выделения интересующего белка или белков на основе таких свойств, как молекулярная масса, чистый заряд и сродство связывания. [25] : 21–24 Уровень очистки можно контролировать с помощью различных типов гель-электрофореза, если известны желаемый молекулярный вес и изоэлектрическая точка белка , с помощью спектроскопии, если белок имеет различимые спектральные характеристики, или с помощью ферментных анализов, если белок имеет ферментативная активность. Кроме того, белки можно выделить в соответствии с их зарядом с помощью электрофокусировки . [54]

Для натуральных белков может потребоваться серия стадий очистки, чтобы получить белок, достаточно чистый для лабораторных применений. Чтобы упростить этот процесс, генная инженерия часто используется для добавления к белкам химических свойств, которые упрощают их очистку, не влияя на их структуру или активность. Здесь «метка», состоящая из определенной аминокислотной последовательности, часто из ряда остатков гистидина (« His-метка »), прикреплена к одному концу белка. В результате, когда лизат пропускают через хроматографическую колонку, содержащую никельостатки гистидина связывают никель и прикрепляются к колонке, в то время как немаркированные компоненты лизата проходят беспрепятственно. Был разработан ряд различных тегов, чтобы помочь исследователям очистить определенные белки от сложных смесей. [55]

Сотовая локализация

Белки в различных клеточных компартментах и структурах, помеченные зеленым флуоресцентным белком (здесь белый)

Изучение белков in vivo часто связано с синтезом и локализацией белка внутри клетки. Хотя многие внутриклеточные белки синтезируются в цитоплазме, а связанные с мембраной или секретируемые белки в эндоплазматическом ретикулуме , особенности того, как белки нацелены на конкретные органеллы или клеточные структуры, часто неясны. Полезный метод оценки клеточной локализации использует генную инженерию для экспрессии в клетке слитого белка или химеры, состоящей из интересующего природного белка, связанного с « репортером », таким как зеленый флуоресцентный белок (GFP). [56]Положение слитого белка в пределах ячейки может быть чисто и эффективно визуализированы с помощью микроскопии , [57] , как показано на рисунке справа.

Другие методы выяснения клеточного местоположения белков требуют использования известных компартментных маркеров для таких областей, как ER, Гольджи, лизосомы или вакуоли, митохондрии, хлоропласты, плазматическая мембрана и т. Д. С использованием флуоресцентно меченных версий этих маркеров или антител к известным маркерам становится намного проще определить локализацию интересующего белка. Например, непрямая иммунофлуоресценция позволит колокализацию флуоресценции и демонстрацию местоположения. Флуоресцентные красители используются для маркировки клеточных компартментов с аналогичной целью. [58]

Существуют и другие возможности. Например, в иммуногистохимии обычно используются антитела к одному или нескольким интересующим белкам, которые конъюгированы с ферментами, дающими люминесцентные или хромогенные сигналы, которые можно сравнивать между образцами, что позволяет получить информацию о локализации. Другой применимый метод - это совместное фракционирование в градиентах сахарозы (или другого материала) с использованием изопикнического центрифугирования . [59] Хотя этот метод не доказывает совместную локализацию компартмента известной плотности и интересующего белка, он увеличивает вероятность и более пригоден для крупномасштабных исследований.

Наконец, золотым стандартом клеточной локализации является иммуноэлектронная микроскопия . В этом методе также используются антитела к интересующему белку, наряду с классическими методами электронной микроскопии. Образец готовят для обычного электронного микроскопического исследования, а затем обрабатывают антителом к ​​интересующему белку, который конъюгирован с чрезвычайно электроплотным материалом, обычно золотом. Это позволяет локализовать как детали ультраструктуры, так и интересующий белок. [60]

С помощью другого приложения генной инженерии, известного как сайт-направленный мутагенез , исследователи могут изменять последовательность белка и, следовательно, его структуру, клеточную локализацию и восприимчивость к регуляции. Этот метод позволяет даже включать неприродные аминокислоты в белки с использованием модифицированных тРНК [61] и может позволить рациональный дизайн новых белков с новыми свойствами. [62]

Протеомика

Основная статья: Протеомика

Полный набор белков, присутствующих в определенный момент в клетке или типе клеток, известен как их протеом , и изучение таких крупномасштабных наборов данных определяет область протеомики , названную по аналогии с родственной областью геномики . Основные экспериментальные методы в протеомики включают 2D - электрофореза , [63] , который позволяет разделение многих белков, масс - спектрометрии , [64] , которая позволяет быстро высокой пропускной способности идентификации белков и последовательности пептидов (чаще всего после того, как в геле пищеварения ), белок микрочипы, которые позволяют обнаруживать относительные уровни различных белков, присутствующих в клетке, и двухгибридный скрининг , который позволяет систематически исследовать межбелковые взаимодействия . [65] Полный набор биологически возможных таких взаимодействий известен как интерактом . [66] Систематическая попытка определить структуры белков, представляющих все возможные складки, известна как структурная геномика . [67]

Определение структуры

Обнаружение третичной структуры белка или четвертичной структуры его комплексов может дать важные подсказки о том, как белок выполняет свою функцию и как на нее можно повлиять, например, при разработке лекарств . Поскольку белки слишком малы, чтобы их можно было увидеть под световым микроскопом , необходимо использовать другие методы для определения их структуры. Общие экспериментальные методы включают рентгеновскую кристаллографию и ЯМР-спектроскопию , оба из которых могут дать структурную информацию об атомах.разрешающая способность. Однако эксперименты ЯМР могут предоставить информацию, на основе которой можно оценить подмножество расстояний между парами атомов, а окончательные возможные конформации для белка определяются путем решения задачи геометрии расстояния . Интерферометрия с двойной поляризацией - это количественный аналитический метод для измерения общей конформации белка и конформационных изменений из-за взаимодействий или других стимулов. Круговой дихроизм - еще один лабораторный метод определения внутреннего β-листового / α-спирального состава белков. Криоэлектронная микроскопияиспользуется для получения структурной информации с низким разрешением об очень больших белковых комплексах, включая собранные вирусы ; [28] : 340–41 вариант, известный как электронная кристаллография, в некоторых случаях также может давать информацию с высоким разрешением, особенно для двумерных кристаллов мембранных белков. [68] Решенные структуры обычно хранятся в Protein Data Bank (PDB), свободно доступном ресурсе, из которого можно получить структурные данные о тысячах белков в форме декартовых координат для каждого атома в белке. [69]

Известно гораздо больше генных последовательностей, чем белковых структур. Кроме того, набор решенных структур смещен в сторону белков, которые можно легко подвергнуть условиям, требуемым в рентгеновской кристаллографии , одном из основных методов определения структуры. В частности, глобулярные белки сравнительно легко кристаллизовать при подготовке к рентгеновской кристаллографии. Мембранные белки и крупные белковые комплексы, напротив, трудно кристаллизовать и недостаточно представлены в PDB. [70] Инициативы структурной геномики пытались исправить эти недостатки путем систематического решения репрезентативных структур основных классов складок. Прогноз структуры белкаМетоды пытаются предоставить средства создания правдоподобной структуры для белков, структуры которых не были определены экспериментально. [71]

Прогнозирование структуры

Составляющие аминокислоты могут быть проанализированы для прогнозирования вторичной, третичной и четвертичной белковой структуры, в данном случае гемоглобина, содержащего гемовые звенья.
Основные статьи: Прогнозирование структуры белка и Список программного обеспечения для предсказания структуры белка.

В дополнение к области структурной геномики, прогнозирование структуры белков разрабатывает эффективные математические модели белков для теоретического предсказания молекулярных образований с помощью вычислений вместо обнаружения структур с помощью лабораторных наблюдений. [72] Наиболее успешный тип предсказания структуры, известный как моделирование гомологии , основан на существовании «шаблонной» структуры с последовательностью, подобной моделируемому белку; Цель структурной геномики - обеспечить достаточное представление в решенных структурах, чтобы смоделировать большинство из оставшихся. [73] Хотя создание точных моделей остается проблемой, когда доступны только отдаленно связанные структуры шаблонов, было высказано предположение, чтоВыравнивание последовательностей является узким местом в этом процессе, поскольку можно получить довольно точные модели, если известно «идеальное» выравнивание последовательностей. [74] Многие методы предсказания структуры послужили источником информации для развивающейся области белковой инженерии , в которой уже созданы новые белковые складки. [75] Также белки (у эукариот ~ 33%) содержат большие неструктурированные, но биологически функциональные сегменты и могут быть классифицированы как внутренне неупорядоченные белки . [76] Таким образом, прогнозирование и анализ нарушения белков является важной частью характеристики структуры белка. [77]

Биоинформатика

Основная статья: Биоинформатика

Был разработан широкий спектр вычислительных методов для анализа структуры, функции и эволюции белков. Разработка таких инструментов была вызвана большим количеством геномных и протеомных данных, доступных для различных организмов, включая геном человека . Экспериментально изучить все белки просто невозможно, поэтому только некоторые из них подвергаются лабораторным экспериментам, в то время как вычислительные инструменты используются для экстраполяции на аналогичные белки. Такие гомологичные белки можно эффективно идентифицировать у отдаленно родственных организмов путем выравнивания последовательностей . Геном и последовательности генов можно искать с помощью различных инструментов на предмет определенных свойств. Инструменты профилирования последовательности могут найти фермент рестрикциисайтов, открывают рамки считывания в нуклеотидных последовательностях и предсказывают вторичные структуры . С помощью специального программного обеспечения, такого как ClustalW, можно построить филогенетические деревья и разработать эволюционные гипотезы относительно происхождения современных организмов и генов, которые они выражают. Поле биоинформатики теперь незаменимое для анализа генов и белков.

In silico моделирование динамических процессов

Более сложная вычислительная задача является предсказанием межмолекулярных взаимодействий, например, в молекулярной стыковке , [78] белки складной , белок-белковые взаимодействия и химическая реактивность. Математические модели для моделирования этих динамических процессов включают молекулярную механику , в частности, молекулярную динамику . В связи с этим, в Silico моделирования обнаружили складывание малых альфа-спиральных белковых доменов , таких как виллин заставкой, [79] ВИЧ аксессуаром белка [80] и гибридные методы комбинирования стандартных молекулярной динамики сквантово-механическая математика исследовала электронные состояния родопсинов . [81]

Помимо классической молекулярной динамики, методы квантовой динамики позволяют моделировать белки в атомистических деталях с точным описанием квантово-механических эффектов. Примеры включают в себя многослойный многоуровневый метод Хартри, зависящий от времени (MCTDH) и подход иерархических уравнений движения (HEOM), которые были применены к криптохромам растений [82] и светособирающим комплексам бактерий [83] соответственно. Квантовой и классической механики моделирования биолого-масштабных систем чрезвычайно вычислительно требовательный, так распределенные вычислительные инициативы (например, Folding @ дом проект [84]) упрощают молекулярное моделирование , используя достижения в области параллельной обработки данных на графическом процессоре и методов Монте-Карло .

Химический анализ

Общее содержание азота в органическом веществе в основном формируется аминогруппами белков. Общий азот по Кьельдалю ( TKN ) - это показатель азота, широко используемый при анализе (сточных) воды, почвы, пищевых продуктов, кормов и органических веществ в целом. Как следует из названия, применяется метод Кьельдаля . Доступны более чувствительные методы. [85] [86]

Питание

Дополнительная информация: белок (питательное вещество) и качество белка

Большинство микроорганизмов и растений могут биосинтезировать все 20 стандартных аминокислот , в то время как животные (включая человека) должны получать некоторые аминокислоты с пищей . [41] Аминокислоты, которые организм не может синтезировать самостоятельно, называются незаменимыми аминокислотами . Ключевые ферменты, которые синтезируют определенные аминокислоты, отсутствуют у животных, такие как аспартокиназа , которая катализирует первую стадию синтеза лизина , метионина и треонина из аспартата.. Если в окружающей среде присутствуют аминокислоты, микроорганизмы могут сохранять энергию, поглощая аминокислоты из окружающей среды и подавляя свои биосинтетические пути.

У животных аминокислоты получают в результате употребления продуктов, содержащих белок. Затем проглоченные белки расщепляются на аминокислоты в процессе пищеварения , которое обычно включает денатурацию белка из-за воздействия кислоты и гидролиза ферментами, называемыми протеазами . Некоторые поступившие в организм аминокислоты используются для биосинтеза белка, в то время как другие превращаются в глюкозу в результате глюконеогенеза или попадают в цикл лимонной кислоты . Использование белка в качестве топлива особенно важно при голодании.условий, поскольку он позволяет собственным белкам организма использоваться для поддержания жизни, особенно тем, которые содержатся в мышцах . [87]

У животных, таких как собаки и кошки, белок поддерживает здоровье и качество кожи, способствуя росту волосяных фолликулов и кератинизации, тем самым снижая вероятность проблем с кожей, вызывающих неприятный запах. [88] Низкокачественные белки также влияют на здоровье желудочно-кишечного тракта, увеличивая вероятность метеоризма и пахучих соединений у собак, потому что, когда белки достигают толстой кишки в непереваренном состоянии, они ферментируются, производя сероводород, индол и скатол. [89] Собаки и кошки переваривают животные белки лучше, чем растительные, но продукты низкого качества животного происхождения, включая кожу, перья и соединительную ткань, перевариваются плохо. [89]

Смотрите также

  • Снятие защиты
  • ДНК-связывающий белок
  • Макромолекула
  • Интеин
  • Список белков
  • Протеопатия
  • Протеопедия
  • Протеолиз
  • Пространство белковой последовательности
  • Белковое суперсемейство

использованная литература

  1. ^ Томас Burr Osborne (1909): Растительное Белки архивации 2016-03-22 в Wayback Machine , История с 1 до 6, от archive.org
  2. ^ Малдер GJ (1838). "Sur la композиция de quelques органов животного происхождения" . Bulletin des Sciences Physiques et Naturelles en Néerlande : 104.
  3. ^ Гарольд H (1951). «Происхождение слова« белок » » . Природа . 168 (+4267): 244. Bibcode : 1951Natur.168..244H . DOI : 10.1038 / 168244a0 . PMID 14875059 . S2CID 4271525 .  
  4. ^ a b c Perrett D (август 2007 г.). «От« белка »к истокам клинической протеомики». Протеомика: клиническое применение . 1 (8): 720–38. DOI : 10.1002 / prca.200700525 . PMID 21136729 . S2CID 32843102 .  
  5. ^ Новый Оксфордский словарь английского языка
  6. ^ Reynolds JA, Танфорд C (2003). Роботы природы: история белков (Оксфордские книги в мягкой обложке) . Нью-Йорк, Нью-Йорк: Издательство Оксфордского университета. п. 15. ISBN 978-0-19-860694-9.
  7. ^ Рейнольдс и Танфорд (2003).
  8. ^ Бишофф TL, Войт С (1860 г.). Die Gesetze der Ernaehrung des Pflanzenfressers durch neue Untersuchungen festgestellt (на немецком языке). Лейпциг, Гейдельберг.
  9. ^ "Хофмайстер, Франц" . encyclopedia.com. Архивировано 5 апреля 2017 года . Проверено 4 апреля 2017 года .
  10. ^ «Белки, раздел: Классификация белков» . britannica.com. Архивировано 4 апреля 2017 года . Проверено 4 апреля 2017 года .
  11. ^ Самнер JB (1926). «Выделение и кристаллизация фермента уреазы. Предварительная статья» (PDF) . Журнал биологической химии . 69 (2): 435–41. DOI : 10.1016 / S0021-9258 (18) 84560-4 . Архивировано 25 марта 2011 года . Проверено 16 января 2011 .
  12. Перейти ↑ Pauling L, Corey RB (май 1951). «Координаты атомов и структурные факторы для двух спиральных конфигураций полипептидных цепей» (PDF) . Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 37 (5): 235–40. Полномочный код : 1951PNAS ... 37..235P . DOI : 10.1073 / pnas.37.5.235 . PMC 1063348 . PMID 14834145 . Архивации (PDF) с оригинала на 2012-11-28 . Проверено 14 апреля 2009 .   
  13. ^ Kauzmann W (май 1956). «Структурные факторы денатурации белков». Журнал клеточной физиологии . 47 (Дополнение 1): 113–31. DOI : 10.1002 / jcp.1030470410 . PMID 13332017 . 
  14. ^ Kauzmann W (1959). «Некоторые факторы в интерпретации денатурации белков». Достижения в химии белков Том 14 . Достижения в химии белков. 14 . С. 1–63. DOI : 10.1016 / S0065-3233 (08) 60608-7 . ISBN 978-0-12-034214-3. PMID  14404936 .
  15. ^ Калмана С.М., Linderstrøm-Lang K, M Ottesen, Richards FM (февраль 1955). «Расщепление рибонуклеазы субтилизином». Biochimica et Biophysica Acta . 16 (2): 297–99. DOI : 10.1016 / 0006-3002 (55) 90224-9 . PMID 14363272 . 
  16. ^ Сэнгер Ф (1949). «Концевые пептиды инсулина» . Биохимический журнал . 45 (5): 563–74. DOI : 10.1042 / bj0450563 . PMC 1275055 . PMID 15396627 .  
  17. ^ Сэнгер Ф. (1958), Нобелевская лекция: Химия инсулина (PDF) , Nobelprize.org, архив (PDF) из оригинала 05.01.2013 , извлечение 09.02.2016
  18. ^ Muirhead H, Perutz MF (август 1963). «Структура гемоглобина. Трехмерный синтез Фурье восстановленного гемоглобина человека с разрешением 5,5 Å». Природа . 199 (4894): 633–38. Bibcode : 1963Natur.199..633M . DOI : 10.1038 / 199633a0 . PMID 14074546 . S2CID 4257461 .  
  19. ^ Кендрю JC, Бодо G, Dintzis HM, Пэрриш RG, Викофф H, Phillips DC (март 1958). «Трехмерная модель молекулы миоглобина, полученная методом рентгеноструктурного анализа». Природа . 181 (4610): 662–66. Bibcode : 1958Natur.181..662K . DOI : 10.1038 / 181662a0 . PMID 13517261 . S2CID 4162786 .  
  20. ^ "Банк данных белка RCSB" . Архивировано из оригинала на 2015-04-18 . Проверено 19 января 2017 .
  21. ^ Чжоу ZH (апрель 2008). «К атомному разрешению структурного определения с помощью одночастичной криоэлектронной микроскопии» . Текущее мнение в структурной биологии . 18 (2): 218–28. DOI : 10.1016 / j.sbi.2008.03.004 . PMC 2714865 . PMID 18403197 .  
  22. ^ Keskin O, N Tuncbag, Gürsoy A (апрель 2008). «Характеристика и прогнозирование белковых интерфейсов для вывода сетей белок-белкового взаимодействия». Текущая фармацевтическая биотехнология . 9 (2): 67–76. DOI : 10.2174 / 138920108783955191 . ЛВП : 11511/32640 . PMID 18393863 . 
  23. ^ Нельсон Д.Л., Кокс М. (2005). Принципы биохимии Ленингера (4-е изд.). Нью-Йорк, Нью-Йорк: WH Freeman and Company.
  24. ^ Гаттеридж A, Thornton JM (ноябрь 2005). «Понимание каталитического инструментария природы». Направления биохимических наук . 30 (11): 622–29. DOI : 10.1016 / j.tibs.2005.09.006 . PMID 16214343 . 
  25. ^ Б с д е е г Murray РФ, Harper HW, Granner DK, Mayes PA, Rodwell VW (2006). Иллюстрированная биохимия Харпера . Нью-Йорк: Lange Medical Books / McGraw-Hill. ISBN 978-0-07-146197-9.
  26. ^ a b c Лодиш Х., Берк А., Мацудаира П., Кайзер Калифорния, Кригер М., Скотт М. П., Зипуркси С. Л., Дарнелл Дж. (2004). Молекулярная клеточная биология (5-е изд.). Нью-Йорк, Нью-Йорк: WH Freeman and Company.
  27. ^ Ardejani MS, Пауэрс ET, Келли JW (август 2017). «Использование кооперативно свернутых пептидов для измерения энергии взаимодействия и конформационных склонностей» . Счета химических исследований . 50 (8): 1875–1882. DOI : 10.1021 / acs.accounts.7b00195 . PMC 5584629 . PMID 28723063 .  
  28. ^ a b c d Бранден С., Туз Дж. (1999). Введение в структуру белка . Нью-Йорк: Garland Pub. ISBN 978-0-8153-2305-1.
  29. ^ a b c d e f g h i j Ван Холд К. Э., Мэтьюз К. К. (1996). Биохимия . Менло-Парк, Калифорния: Паб Бенджамин / Каммингс. Co., Inc. ISBN 978-0-8053-3931-4.
  30. ↑ Milo R (декабрь 2013 г.). «Каково общее количество белковых молекул на объем клетки? Призыв переосмыслить некоторые опубликованные значения» . BioEssays . 35 (12): 1050–55. DOI : 10.1002 / bies.201300066 . PMC 3910158 . PMID 24114984 .  
  31. ^ Beck M, Schmidt A, Malmstroem J, Claassen M, Ori A, Szymborska A, Herzog F, Rinner O, Ellenberg J, Aebersold R (ноябрь 2011 г.). «Количественный протеом линии клеток человека» . Молекулярная системная биология . 7 : 549. DOI : 10.1038 / msb.2011.82 . PMC 3261713 . PMID 22068332 .  
  32. ^ Ву л, Candille С.И., Чой Y, Се D, L Цзян, Ли-Пок-Чем Дж, Тан Н, Снайдер М (июль 2013 г. ). «Вариации и генетический контроль обилия белка в организме человека» . Природа . 499 (7456): 79–82. Bibcode : 2013Natur.499 ... 79W . DOI : 10,1038 / природа12223 . PMC 3789121 . PMID 23676674 .  
  33. ^ Добсон CM (2000). «Природа и значение сворачивания белков». In Pain RH (ред.). Механизмы сворачивания белков . Оксфорд, Оксфордшир: Издательство Оксфордского университета. С. 1–28. ISBN 978-0-19-963789-8.
  34. Перейти ↑ Kozlowski LP (январь 2017). «Proteome-pI: база данных изоэлектрических точек протеома» . Исследования нуклеиновых кислот . 45 (D1): D1112 – D1116. DOI : 10.1093 / NAR / gkw978 . PMC 5210655 . PMID 27789699 .  
  35. ↑ Fulton AB, Isaacs WB (апрель 1991 г.). «Титин, огромный эластичный саркомерный белок, который, вероятно, играет важную роль в морфогенезе». BioEssays . 13 (4): 157–61. DOI : 10.1002 / bies.950130403 . PMID 1859393 . S2CID 20237314 .  
  36. ^ Bruckdorfer T, Marder O, Albericio F (февраль 2004). «От производства пептидов в миллиграммах для исследований до многотонных количеств для лекарств будущего». Текущая фармацевтическая биотехнология . 5 (1): 29–43. DOI : 10.2174 / 1389201043489620 . PMID 14965208 . 
  37. Перейти ↑ Schwarzer D, Cole PA (декабрь 2005 г.). «Полусинтез белков и выраженное лигирование белков: погоня за хвостом белка». Текущее мнение в химической биологии . 9 (6): 561–69. DOI : 10.1016 / j.cbpa.2005.09.018 . PMID 16226484 . 
  38. Перейти ↑ Kent SB (февраль 2009 г.). «Полный химический синтез белков». Обзоры химического общества . 38 (2): 338–51. DOI : 10.1039 / b700141j . PMID 19169452 . 
  39. Перейти ↑ Fernández A, Scott R (сентябрь 2003 г.). «Дегидрон: структурно кодируемый сигнал взаимодействия белков» . Биофизический журнал . 85 (3): 1914–28. Bibcode : 2003BpJ .... 85.1914F . DOI : 10.1016 / S0006-3495 (03) 74619-0 . PMC 1303363 . PMID 12944304 .  
  40. ^ Дэйви NE, Ван Рой K, Weatheritt RJ, Toedt G, Uyar B, Altenberg B, Budd A, Diella F, Dinkel H, Gibson TJ (январь 2012). «Атрибуты коротких линейных мотивов». Молекулярные биосистемы . 8 (1): 268–81. DOI : 10.1039 / c1mb05231d . PMID 21909575 . 
  41. ^ a b Voet D, Voet JG. (2004). Биохимия Том 1 3-е изд. Wiley: Хобокен, штат Нью-Джерси.
  42. ^ Sankaranarayanan R, Морас D (2001). «Верность перевода генетического кода» . Acta Biochimica Polonica . 48 (2): 323–35. DOI : 10,18388 / abp.2001_3918 . PMID 11732604 . 
  43. ^ Copland JA, Sheffield-Moore M, Koldzic-Zivanovic N, S Джентри, Lamprou G, Tzortzatou-Stathopoulou F, Zoumpourlis V, Urban RJ, Vlahopoulos SA (июнь 2009). «Рецепторы половых стероидов в дифференцировке скелета и эпителиальной неоплазии: возможно ли тканеспецифическое вмешательство?». BioEssays . 31 (6): 629–41. DOI : 10.1002 / bies.200800138 . PMID 19382224 . S2CID 205469320 .  
  44. Перейти ↑ Samarin S, Nusrat A (январь 2009 г.). «Регуляция эпителиального апикального соединительного комплекса GTPases семейства Rho». Границы биологических наук . 14 (14): 1129–42. DOI : 10,2741 / 3298 . PMID 19273120 . 
  45. ^ Bairoch A (январь 2000). «База данных ENZYME в 2000 году» (PDF) . Исследования нуклеиновых кислот . 28 (1): 304–05. DOI : 10.1093 / NAR / 28.1.304 . PMC 102465 . PMID 10592255 . Архивировано из оригинального (PDF) 1 июня 2011 года.   
  46. ^ Radzicka A, Вулфенден R (январь 1995). «Опытный фермент». Наука . 267 (5194): 90–3. Bibcode : 1995Sci ... 267 ... 90R . DOI : 10.1126 / science.7809611 . PMID 7809611 . 
  47. ^ EBI External Services (2010-01-20). "Атлас каталитического сайта в Европейском институте биоинформатики" . Ebi.ac.uk. Архивировано 20 июня 2013 года . Проверено 16 января 2011 .
  48. Перейти ↑ Pickel B, Schaller A (октябрь 2013 г.). «Диригентные белки: молекулярные характеристики и потенциальные биотехнологические применения». Прикладная микробиология и биотехнология . 97 (19): 8427–38. DOI : 10.1007 / s00253-013-5167-4 . PMID 23989917 . S2CID 1896003 .  
  49. ↑ Rüdiger H, Siebert HC, Solís D, Jiménez-Barbero J, Romero A, von der Lieth CW, Diaz-Mariño T, Gabius HJ (апрель 2000 г.). «Медицинская химия, основанная на сахарном коде: основы лектинологии и экспериментальные стратегии с лектинами в качестве мишеней». Современная лекарственная химия . 7 (4): 389–416. DOI : 10.2174 / 0929867003375164 . PMID 10702616 . 
  50. ^ Малдер NJ (2007-09-28). «Базы данных белковых семейств». eLS . Чичестер, Великобритания: John Wiley & Sons, Ltd., стр. A0003058.pub2. DOI : 10.1002 / 9780470015902.a0003058.pub2 . ISBN 978-0-470-01617-6.
  51. ^ Сису С, Пей Б., Ленг Дж., Франкиш А., Чжан Ю., Баласубраманиан С и др. (Сентябрь 2014 г.). «Сравнительный анализ псевдогенов трех типов» . Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 111 (37): 13361–6. Bibcode : 2014PNAS..11113361S . DOI : 10.1073 / pnas.1407293111 . PMC 4169933 . PMID 25157146 .  
  52. ^ a b Гусман Г.И., Сандберг Т.Э., Лакруа Р.А., Ньергес А., Папп Х., де Раад М. и др. (Апрель 2019 г.). «Ферментная неразборчивость формирует адаптацию к новым субстратам для роста» . Молекулярная системная биология . 15 (4): e8462. DOI : 10.15252 / msb.20188462 . PMC 6452873 . PMID 30962359 .  
  53. ^ Рухи, Бано К, Куддус М, МР Захир, Зия Q, Хан М. Ф., Ашраф Г. М., Гупта А, Алиев G (2017). «Микробное ферментативное разложение биоразлагаемых пластиков». Текущая фармацевтическая биотехнология . 18 (5): 429–440. DOI : 10.2174 / 1389201018666170523165742 . PMID 28545359 . 
  54. ^ Эй Дж, Пош А, Коэн А, Лю Н., Харберс А (2008). «Фракционирование сложных белковых смесей жидкофазным изоэлектрическим фокусированием» . 2D-СТРАНИЦА: Подготовка проб и фракционирование . Методы молекулярной биологии . Методы молекулярной биологии ™. 424 . С.  225–39 . DOI : 10.1007 / 978-1-60327-064-9_19 . ISBN 978-1-58829-722-8. PMID  18369866 .
  55. ^ Ю. Флаксмайера K (январь 2003). «Обзор слияния белков-меток: от молекулярных и биохимических основ до коммерческих систем». Прикладная микробиология и биотехнология . 60 (5): 523–33. DOI : 10.1007 / s00253-002-1158-6 . PMID 12536251 . S2CID 206934268 .  
  56. ^ Степаненко О.В., Верхуша В.В., Кузнецова И.М., Уверский В.Н., Туроверов К.К. (август 2008 г.). «Флуоресцентные белки как биомаркеры и биосенсоры: бросая цветные огни на молекулярные и клеточные процессы» . Современная наука о белках и пептидах . 9 (4): 338–69. DOI : 10.2174 / 138920308785132668 . PMC 2904242 . PMID 18691124 .  
  57. ^ Yuste R (декабрь 2005). «Флуоресцентная микроскопия сегодня». Методы природы . 2 (12): 902–4. DOI : 10.1038 / nmeth1205-902 . PMID 16299474 . S2CID 205418407 .  
  58. Перейти ↑ Margolin W (январь 2000 г.). «Зеленый флуоресцентный белок как репортер макромолекулярной локализации в бактериальных клетках». Методы . 20 (1): 62–72. DOI : 10,1006 / meth.1999.0906 . PMID 10610805 . 
  59. ^ Walker JH, Wilson K (2000). Принципы и методы практической биохимии . Кембридж, Великобритания: Издательство Кембриджского университета. С. 287–89. ISBN 978-0-521-65873-7.
  60. ^ Мэйхью TM, Lucocq JM (август 2008). «Разработки в клеточной биологии для количественной иммуноэлектронной микроскопии на основе тонких срезов: обзор» . Гистохимия и клеточная биология . 130 (2): 299–313. DOI : 10.1007 / s00418-008-0451-6 . PMC 2491712 . PMID 18553098 .  
  61. ^ Hohsaka T, Sisido M (декабрь 2002). «Включение неприродных аминокислот в белки». Текущее мнение в химической биологии . 6 (6): 809–15. DOI : 10.1016 / S1367-5931 (02) 00376-9 . PMID 12470735 . 
  62. ^ Cedrone F, Менез A, Quéméneur E (август 2000). «Настройка новых функций ферментов путем рациональной модернизации». Текущее мнение в структурной биологии . 10 (4): 405–10. DOI : 10.1016 / S0959-440X (00) 00106-8 . PMID 10981626 . 
  63. ^ Gorg A, Вайс W, Dunn MJ (декабрь 2004). «Современные технологии двумерного электрофореза для протеомики». Протеомика . 4 (12): 3665–85. DOI : 10.1002 / pmic.200401031 . PMID 15543535 . S2CID 28594824 .  
  64. ^ Conrotto P, Souchelnytskyi S (сентябрь 2008). «Протеомные подходы в биологических и медицинских науках: принципы и приложения». Экспериментальная онкология . 30 (3): 171–80. PMID 18806738 . 
  65. ^ Koegl M, Uetz P (декабрь 2007). «Улучшение двугибридных систем скрининга дрожжей» . Брифинги по функциональной геномике и протеомике . 6 (4): 302–12. DOI : 10.1093 / bfgp / elm035 . PMID 18218650 . Архивировано 11 сентября 2017 года . Проверено 23 июля 2017 . 
  66. ^ Plewczyński D, Ginalski K (2009). «Интерактом: прогнозирование белок-белковых взаимодействий в клетках» . Письма о клеточной и молекулярной биологии . 14 (1): 1-22. DOI : 10,2478 / s11658-008-0024-7 . PMC 6275871 . PMID 18839074 .  
  67. ↑ Zhang C, Kim SH (февраль 2003 г.). «Обзор структурной геномики: от структуры к функции» . Текущее мнение в химической биологии . 7 (1): 28–32. DOI : 10.1016 / S1367-5931 (02) 00015-7 . PMID 12547423 . Архивировано 19 ноября 2018 года . Проверено 29 июня 2019 . 
  68. ^ Гонен T, Cheng Y, Sliz P, Хироаки Y, Fujiyoshi Y, Харрисон SC, Вальц T (декабрь 2005). «Липидно-белковые взаимодействия в двухслойных двумерных кристаллах AQP0» . Природа . 438 (7068): 633–38. Bibcode : 2005Natur.438..633G . DOI : 10,1038 / природа04321 . PMC 1350984 . PMID 16319884 .  
  69. ^ Standley DM, Kinjo AR, Киношиты K, Накамура H (июль 2008). «Базы данных структуры белков с новыми веб-сервисами для структурной биологии и биомедицинских исследований» . Брифинги по биоинформатике . 9 (4): 276–85. DOI : 10.1093 / нагрудник / bbn015 . PMID 18430752 . Архивировано 15 апреля 2013 года . Проверено 13 апреля 2009 . 
  70. ^ Walian P, Cross TA, Jap BK (2004). «Структурная геномика мембранных белков» . Геномная биология . 5 (4): 215. DOI : 10.1186 / GB-2004-5-4-215 . PMC 395774 . PMID 15059248 .  
  71. ^ Sleator RD (2012). «Прогнозирование функций белков». Функциональная геномика . Методы молекулярной биологии. 815 . С. 15–24. DOI : 10.1007 / 978-1-61779-424-7_2 . ISBN 978-1-61779-423-0. PMID  22130980 .
  72. ↑ Zhang Y (июнь 2008 г.). «Прогресс и проблемы в предсказании структуры белка» . Текущее мнение в структурной биологии . 18 (3): 342–48. DOI : 10.1016 / j.sbi.2008.02.004 . PMC 2680823 . PMID 18436442 .  
  73. ↑ Xiang Z (июнь 2006 г.). «Достижения в моделировании структуры гомологичных белков» . Современная наука о белках и пептидах . 7 (3): 217–27. DOI : 10.2174 / 138920306777452312 . PMC 1839925 . PMID 16787261 .  
  74. ↑ Zhang Y, Skolnick J (январь 2005 г.). «Проблема предсказания структуры белка может быть решена с использованием текущей библиотеки PDB» . Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 102 (4): 1029–34. Bibcode : 2005PNAS..102.1029Z . DOI : 10.1073 / pnas.0407152101 . PMC 545829 . PMID 15653774 .  
  75. ^ Кульман В, Dantas G, Айртон ГХ, Varani G, Стоддард Б.Л., Бейкер D (ноябрь 2003 г.). «Дизайн новой глобулярной белковой складки с точностью до атомного уровня». Наука . 302 (5649): 1364–68. Bibcode : 2003Sci ... 302.1364K . DOI : 10.1126 / science.1089427 . PMID 14631033 . S2CID 1939390 .  
  76. ^ Ward JJ, Sodhi JS, McGuffin LJ, Бакстон BF, Jones DT (март 2004). «Прогнозирование и функциональный анализ нативных нарушений в белках трех царств жизни». Журнал молекулярной биологии . 337 (3): 635–45. CiteSeerX 10.1.1.120.5605 . DOI : 10.1016 / j.jmb.2004.02.002 . PMID 15019783 .  
  77. ^ Tompa P, Fersht A (18 ноября 2009). Структура и функция внутренне нарушенных белков . CRC Press. ISBN 978-1-4200-7893-0. Архивировано 19 апреля 2017 года . Проверено 19 октября +2016 .
  78. ^ Ritchie DW (февраль 2008). «Недавний прогресс и будущие направления в белок-белковой стыковке». Современная наука о белках и пептидах . 9 (1): 1–15. CiteSeerX 10.1.1.211.4946 . DOI : 10.2174 / 138920308783565741 . PMID 18336319 .  
  79. ^ Zagrovic B, снег CD, рубашки MR, Панда VS (ноябрь 2002). «Моделирование сворачивания небольшого альфа-спирального белка в атомистических деталях с использованием всемирно распределенных вычислений». Журнал молекулярной биологии . 323 (5): 927–37. CiteSeerX 10.1.1.142.8664 . DOI : 10.1016 / S0022-2836 (02) 00997-X . PMID 12417204 .  
  80. ^ Herges Т, ВЕНЗЕЛЬ Вт (январь 2005 г.). «In silico сворачивание трехспирального белка и характеристика его ландшафта свободной энергии в силовом поле, полностью состоящем из атомов». Письма с физическим обзором . 94 (1): 018101. arXiv : Physics / 0310146 . Bibcode : 2005PhRvL..94a8101H . DOI : 10.1103 / PhysRevLett.94.018101 . PMID 15698135 . S2CID 1477100 .  
  81. ^ Hoffmann M, Wanko M, Strodel P, König PH, Frauenheim T, Schulten K, Thiel W, Tajkhorshid E, Elstner M (август 2006). «Настройка цвета в родопсинах: механизм спектрального сдвига между бактериородопсином и сенсорным родопсином II». Журнал Американского химического общества . 128 (33): 10808–18. DOI : 10.1021 / ja062082i . PMID 16910676 . 
  82. ^ Mendive-Tapia D, Mangaud E, Firmino T, de la Lande A, Desouter-Lecomte M, Meyer HD, Gatti F (2018). «Многомерное квантово-механическое моделирование переноса электрона и электронной когерентности в криптохромах растений: роль начальных условий ванны». J. Phys. Chem. B . 122 (1): 126–136. DOI : 10.1021 / acs.jpcb.7b10412 . PMID 29216421 . 
  83. ^ Strümpfer Дж, Шультен К (2012). «Расчеты открытой квантовой динамики с иерархией уравнений движения на параллельных компьютерах» . J. Chem. Теория вычисл . 8 (8): 2808–2816. DOI : 10.1021 / ct3003833 . PMC 3480185 . PMID 23105920 .  
  84. ^ Scheraga HA, Халили М, Liwo A (2007). «Динамика сворачивания белков: обзор методов молекулярного моделирования». Ежегодный обзор физической химии . 58 : 57–83. Bibcode : 2007ARPC ... 58 ... 57S . DOI : 10.1146 / annurev.physchem.58.032806.104614 . PMID 17034338 . 
  85. ^ Муньос-Уэрта и др. (2013) Обзор методов определения статуса азота в растениях: преимущества, недостатки и последние достижения.
  86. ^ Мартин и др. (2002) Определение содержания органического углерода и азота почвы на уровне поля с помощью спектроскопии в ближней инфракрасной области.
  87. ↑ Brosnan JT (июнь 2003 г.). «Межорганный транспорт аминокислот и его регуляция» . Журнал питания . 133 (6 Прил. 1): 2068S – 72S. DOI : 10.1093 / JN / 133.6.2068S . PMID 12771367 . 
  88. Перейти ↑ Watson TD (1998). «Диета и кожные заболевания собак и кошек» . Журнал питания . 128 (12 доп.): 2783S – 89S. DOI : 10.1093 / JN / 128.12.2783S . PMID 9868266 . 
  89. ^ a b Case LP, Daristotle L, Hayek MG, Raasch MF (2010). Электронная книга по питанию собак и кошек: ресурс для специалистов-домашних животных . Elsevier Health Sciences.

Учебники

  • Бранден С., Туз Дж. (1999). Введение в структуру белка . Нью-Йорк: Garland Pub. ISBN 978-0-8153-2305-1.
  • Мюррей РФ, Харпер Х.В., Граннер Д.К., Мэйс ПА, Родвелл Ф.В. (2006). Иллюстрированная биохимия Харпера . Нью-Йорк: Lange Medical Books / McGraw-Hill. ISBN 978-0-07-146197-9.
  • Ван Холд К. Э., Мэтьюз К. К. (1996). Биохимия . Менло-Парк, Калифорния: Паб Бенджамин / Каммингс. Co., Inc. ISBN 978-0-8053-3931-4.

внешние ссылки

  • Белок (биохимия) в Британской энциклопедии

Базы данных и проекты

  • База данных NCBI Entrez Protein
  • База данных NCBI Protein Structure
  • Справочная база данных белков человека
  • Человеческая протеинпедия
  • Folding @ Home (Стэнфордский университет)
  • Банк данных белков в Европе (см. Также PDBeQuips , короткие статьи и руководства по интересным структурам PDB)
  • Исследовательское сотрудничество в области структурной биоинформатики (см. Также « Молекула месяца», заархивированная 24 июля 2020 г. в Wayback Machine , где представлены краткие отчеты по выбранным белкам из PDB)
  • Proteopedia - Life in 3D : вращающаяся, масштабируемая 3D-модель с вики-аннотациями для каждой известной молекулярной структуры белка.
  • UniProt - универсальный протеиновый ресурс

Учебники и образовательные сайты

  • «Введение в белки» от HOPES (Образовательный проект по борьбе с болезнью Хантингтона в Стэнфорде)
  • Белки: биогенез до деградации - виртуальная библиотека биохимии и клеточной биологии