Третичная структура белка - Protein tertiary structure

Интерактивная схема , по структуре белка , используя PCNA в качестве примера. ( PDB : 1AXC )

Третичная структура белка состоит из того, как полипептид имеет сложную молекулярную форму. 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 одну «основу» полипептидной цепи с одной или несколькими вторичными структурами белка , белковыми доменами . 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. Ряд третичных структур может складываться в четвертичную структуру .

История

Наука о третичной структуре белков продвинулась от одной гипотезы к гипотезе 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 . Современные методы позволяют без предсказания определять третичные структуры с точностью до 5 Å (0,5 нм) для небольших белков (<120 остатков) и, при благоприятных условиях, надежно предсказывать вторичную структуру .

Детерминанты

Стабильность родных состояний

Термостабильность

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 низкоэнергетическим конформациям, которые будут определять укладку белка в клеточной среде. Поскольку многие похожие конформации будут иметь сходные энергии, белковые структуры динамичны , колеблются 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 сходство стабильных третичных структур, наблюдаемых в белках с различными функциями и различной эволюцией . Например, ствол ТИМА , названный фермент triosephosphateisomerase , является общей третичной структурой , как это высокостабильный, димерным , спиральный змеевик структура. Следовательно, белки можно классифицировать по структурам, которые они содержат. Базы данных белков, которые используют такую классификацию, включают SCOP и CATH .

Кинетические ловушки

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

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 .

Белки-шапероны

Обычно предполагается, что нативное состояние белка также является наиболее термодинамически стабильным и что белок достигнет своего нативного состояния, учитывая его химическую кинетику , прежде чем 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 помогать большинству глобулярных белков, например, прокариотической системе белков GroEL / GroES и гомологичным эукариотическим белкам теплового шока (система Hsp60 / Hsp10).

Цитоплазматическая среда

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

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 апоструктура.

Структура, стабилизированная за счет образования слабых связей между боковыми цепями аминокислот - Определяется складыванием полипептидной цепи на самой себе (неполярные остатки расположены внутри белка, а полярные остатки в основном расположены снаружи) - Обволакивание белка приближает белок и относится к а-к, расположенным в отдаленных областях последовательности - Приобретение третичной структуры приводит к образованию карманов и сайтов, подходящих для распознавания и связывания определенных молекул (биоспецифичность)

Определение

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

Рентгеновская кристаллография

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

ЯМР

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

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

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

Проекты

Алгоритм предсказания

Дома Folding @ проект в Стэнфордском университете является распределенной вычислительной научно - исследовательская работа , которая использует около 5 петафлопс (≈10 x86 петафлопс) доступной вычислительной техники. Он направлен на поиск алгоритма, который будет последовательно предсказывать третичные и четвертичные структуры белка с учетом аминокислотной последовательности белка и его клеточных условий.

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

Заболевания агрегации белков

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 МРТР, чтобы вызвать болезнь Паркинсона, или посредством генетических манипуляций . Прогнозирование структуры белка - это новый способ создания моделей болезней, позволяющий избежать использования животных.

Проект по поиску третичной структуры белка (CoMOGrad)

Сопоставление паттернов в третичной структуре данного белка с огромным количеством известных третичных структур белка и извлечение наиболее похожих из них в ранжированном порядке лежит в основе многих областей исследований, таких как прогнозирование функций новых белков, изучение эволюции, диагностика заболеваний, открытие лекарств и т. Д. 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.

Languages

In other projects