Jump to content

Սպիտակուցի կառուցվածք

Վիքիպեդիայից՝ ազատ հանրագիտարանից
Սպիտակուցի կառուցվածք
Ենթակատեգորիաbiomolecular structure Խմբագրել Wikidata

Սպիտակուցի կառուցվածք, ատոմների եռաչափ դասավորություն ամինաթթվային շղթայի մոլեկուլում: Սպիտակուցները պոլիմերներ են, մասնավորապես՝ պոլիպեպտիդներ, որոնք ձևավորվում են ամինաթթուների հաջորդականություններից, որոնք պոլիմերի մոնոմերներն են։ Մեկ ամինաթթվի մոնոմերը կարող է նաև կոչվել մնացորդ, որը ցույց է տալիս պոլիմերի կրկնվող միավորը: Սպիտակուցները ձևավորվում են ամինաթթուների միջոցով, որոնք ենթարկվում են խտացման ռեակցիաների, որոնցում ամինաթթուները կորցնում են մեկ ջրի մոլեկուլ յուրաքանչյուր ռեակցիայի համար, որպեսզի միանան միմյանց պեպտիդային կապով: Կոնվենցիայով, 30 ամինաթթուների տակ գտնվող շղթան հաճախ նույնացվում է որպես պեպտիդ, այլ ոչ թե որպես սպիտակուց[1]: Որպեսզի կարողանան կատարել իրենց կենսաբանական գործառույթը, սպիտակուցները ծալվում են մեկ կամ մի քանի հատուկ տարածական կոնֆորմացիաների մեջ, որոնք պայմանավորված են մի շարք ոչ կովալենտային փոխազդեցություններով, ինչպիսիք են ջրածնային կապը, իոնային փոխազդեցությունը, Վան դեր Վալսի ուժերը և հիդրոֆոբ փաթեթավորումը: Մոլեկուլային մակարդակում սպիտակուցների գործառույթները հասկանալու համար հաճախ անհրաժեշտ է լինում որոշել դրանց եռաչափ կառուցվածքը։ Սա կառուցվածքային կենսաբանության գիտական ​​ոլորտի թեման է, որը սպիտակուցների կառուցվածքը որոշելու համար օգտագործում է այնպիսի մեթոդներ, ինչպիսիք են ռենտգենյան բյուրեղագրությունը, NMR սպեկտրոսկոպիան, կրիոէլեկտրոնային մանրադիտակը (կրիո-EM) և երկակի բևեռացման ինտերֆերոմետրիան:

Սպիտակուցի կառուցվածքները տատանվում են տասնյակից մինչև մի քանի հազար ամինաթթուների չափսերով[2]: Ըստ ֆիզիկական չափի՝ սպիտակուցները դասակարգվում են որպես նանոմասնիկներ՝ 1–100 նմ միջակայքում։ Սպիտակուցային ենթամիավորներից կարող են առաջանալ շատ մեծ սպիտակուցային կոմպլեքսներ։ Օրինակ՝ ակտինի հազարավոր մոլեկուլներ հավաքվում են միկրոթելերի մեջ։

Սպիտակուցը սովորաբար ենթարկվում է շրջելի կառուցվածքային փոփոխությունների իր կենսաբանական ֆունկցիան կատարելիս։ Նույն սպիտակուցի այլընտրանքային կառուցվածքները կոչվում են տարբեր կոնֆորմացիաներ, և դրանց միջև անցումները կոչվում են կոնֆորմացիոն փոփոխություններ:

Սպիտակուցի կառուցվածքային մակարդակներ

[խմբագրել | խմբագրել կոդը]

Սպիտակուցի կառուցվածքի չորս տարբեր մակարդակ կա։

Սպիտակուցի կառուցվածքի չորս մակարդակները

Առաջնային կառուցվածք

[խմբագրել | խմբագրել կոդը]

Սպիտակուցի առաջնային կառուցվածքը վերաբերում է պոլիպեպտիդային շղթայում ամինաթթուների հաջորդականությանը: Առաջնային կառուցվածքը պահպանվում է պեպտիդային կապերով, որոնք առաջանում են սպիտակուցի կենսասինթեզի գործընթացում: Պոլիպեպտիդային շղթայի երկու ծայրերը կոչվում են կարբոքսիլ վերջնամաս (C-տերմինալ) և ամինային վերջնակետ (N-տերմինալ)՝ հիմնված յուրաքանչյուր վերջույթի ազատ խմբի բնույթի վրա: Մնացորդների հաշվումը միշտ սկսվում է N-տերմինալ վերջից (NH2-խումբ), որն այն վերջն է, որտեղ ամինո խումբը ներգրավված չէ պեպտիդային կապում: Սպիտակուցի առաջնային կառուցվածքը որոշվում է սպիտակուցին համապատասխանող գենով։ ԴՆԹ-ում նուկլեոտիդների հատուկ հաջորդականությունը տառադարձվում է իՌՆԹ-ի, որը կարդում է ռիբոսոմը մի գործընթացով, որը կոչվում է տրանսլյացիա: Ինսուլինում ամինաթթուների հաջորդականությունը հայտնաբերվել է Ֆրեդերիկ Սանգերի կողմից՝ հաստատելով, որ սպիտակուցներն ունեն ամինաթթուների որոշիչ հաջորդականություն[3][4]: Սպիտակուցի հաջորդականությունը եզակի է այդ սպիտակուցի համար և սահմանում է սպիտակուցի կառուցվածքն ու գործառույթը: Սպիտակուցի հաջորդականությունը կարող է որոշվել այնպիսի մեթոդներով, ինչպիսիք են Էդմանի դեգրադացիան կամ տանդեմ զանգվածային սպեկտրոմետրիան: Հաճախ, սակայն, այն ուղղակիորեն կարդացվում է գենի հաջորդականությունից՝ օգտագործելով գենետիկ կոդը: Սպիտակուցները քննարկելիս խստորեն խորհուրդ է տրվում օգտագործել «ամինաթթուների մնացորդներ» բառերը, քանի որ երբ պեպտիդային կապ է ձևավորվում, ջրի մոլեկուլը կորչում է, և, հետևաբար, սպիտակուցները կազմված են ամինաթթուների մնացորդներից: Հետթարգմանական փոփոխությունները, ինչպիսիք են ֆոսֆորիլացիաները և գլիկոզիլացիաները, սովորաբար համարվում են նաև առաջնային կառուցվածքի մաս և չեն կարող կարդալ գենից: Օրինակ՝ ինսուլինը բաղկացած է 51 ամինաթթուներից՝ 2 շղթաներով։ Մի շղթան ունի 31 ամինաթթու, իսկ մյուսը՝ 20 ամինաթթու։

Երկրորդային կառուցվածք

[խմբագրել | խմբագրել կոդը]
α-պարույրը ջրածնային կապերով (դեղին կետեր)

Երկրորդական կառուցվածքը վերաբերում է իրական պոլիպեպտիդային շղթայի խիստ կանոնավոր տեղական ենթակառուցվածքներին: Երկրորդական կառուցվածքի երկու հիմնական տեսակ՝ α-պարույրը և β-շղթան կամ β-շերտերը, առաջարկվել են 1951 թվականին Լինուս Փոլինգի կողմից[5]: Այս երկրորդական կառուցվածքները սահմանվում են հիմնական շղթայի պեպտիդային խմբերի միջև ջրածնային կապերի ձևերով: Նրանք ունեն կանոնավոր երկրաչափություն՝ սահմանափակված լինելով Ռամաչանդրանի հողամասի երկուղիների ψ և φ անկյունների հատուկ արժեքներով։ Ե՛վ α-պարույրը, և՛ β-թերթիկը ներկայացնում են պեպտիդային ողնաշարի բոլոր ջրածնային կապերի դոնորներին և ընդունողներին հագեցնելու միջոց: Սպիտակուցի որոշ մասեր կանոնավորված են, բայց կանոնավոր կառուցվածքներ չեն կազմում: Դրանք չպետք է շփոթել պատահական կծիկի հետ՝ բացված պոլիպեպտիդային շղթայի հետ, որը չունի որևէ ֆիքսված եռաչափ կառուցվածք: Մի քանի հաջորդական երկրորդական կառույցներ կարող են ձևավորել «գերերկրորդական միավոր»[6]:

Երրորդային կառուցվածք

[խմբագրել | խմբագրել կոդը]

Երրորդական կառուցվածքը վերաբերում է եռաչափ կառուցվածքին, որը ստեղծվում է մեկ սպիտակուցի մոլեկուլով (մեկ պոլիպեպտիդային շղթա): Այն կարող է ներառել մեկ կամ մի քանի տիրույթ: α-պարույրները և β-ծալքավոր թիթեղները ծալված են կոմպակտ գնդաձև կառուցվածքի մեջ: Ծալումը պայմանավորված է ոչ սպեցիֆիկ հիդրոֆոբ փոխազդեցությամբ, ջրից հիդրոֆոբ մնացորդների թաղմամբ, սակայն կառուցվածքը կայուն է միայն այն դեպքում, երբ սպիտակուցային տիրույթի մասերը կողպված են իրենց տեղում հատուկ երրորդական փոխազդեցությունների միջոցով, ինչպիսիք են աղի կամուրջները, ջրածնային կապերը, և կողային շղթաների և դիսուլֆիդային կապերի ամուր փաթեթավորումը: Դիսուլֆիդային կապերը ցիտոզոլային սպիտակուցներում չափազանց հազվադեպ են, քանի որ ցիտոզոլը (ներբջջային հեղուկը) ընդհանուր առմամբ վերականգնող միջավայր է:

Չորրորդային կառուցվածք

[խմբագրել | խմբագրել կոդը]

Չորրորդական կառուցվածքը եռաչափ կառուցվածք է, որը բաղկացած է երկու կամ ավելի առանձին պոլիպեպտիդային շղթաների (ենթամիավորների) միավորումից, որոնք գործում են որպես մեկ ֆունկցիոնալ միավոր (մուլտիմեր): Ստացված մուլտիմերները կայունանում են նույն ոչ կովալենտային փոխազդեցությունների և դիսուլֆիդային կապերի միջոցով, ինչ երրորդական կառուցվածքում: Կան բազմաթիվ հնարավոր չորրորդական կառուցվածքային կառուցվածքներ[7]: Երկու կամ ավելի պոլիպեպտիդների (այսինքն՝ բազմաթիվ ենթամիավորների) կոմպլեքսները կոչվում են մուլտիմերներ։ Մասնավորապես, այն կկոչվի դիմեր, եթե այն պարունակում է երկու ենթամիավորներ, տրիմեր, եթե այն պարունակում է երեք ենթամիավոր, տետրամեր, եթե այն պարունակում է չորս ենթամիավորներ, և պենտամեր, եթե այն պարունակում է հինգ ենթամիավորներ և այլն: Ստորաբաժանումները հաճախ կապված են միմյանց հետ սիմետրիկ գործողություններով, օրինակ՝ երկակի առանցքը դիմերի մեջ: Միանման ենթամիավորներից կազմված մուլտիմերները նշվում են «հոմո-» նախածանցով, իսկ տարբեր ենթամիավորներից կազմվածները հիշատակվում են «հետերո-» նախածանցով, օրինակ՝ հետերոտետրամեր, ինչպիսին է երկու ալֆա և երկու բետա հեմոգլոբինի շղթաները։

Սպիտակուցների կառուցվածքային տիրույթներ, մոտիվներ և ծալքեր

[խմբագրել | խմբագրել կոդը]
Սպիտակուցային տիրույթներ. Երկու ցուցադրված սպիտակուցային կառուցվածքները կիսում են ընդհանուր տիրույթը (շագանակագույն)՝ PH տիրույթը, որը ներգրավված է ֆոսֆատիդիլինոզիտոլ (3,4,5)-տրիսֆոսֆատ կապելու մեջ։

Սպիտակուցները հաճախ նկարագրվում են որպես մի քանի կառուցվածքային միավորներից բաղկացած նյութեր: Այս միավորները ներառում են տիրույթներ, մոտիվներ և ծալքեր: Չնայած այն հանգամանքին, որ կան մոտ 100,000 տարբեր սպիտակուցներ, որոնք արտահայտված են էուկարիոտ համակարգերում, կան շատ ավելի քիչ տարբեր տիրույթներ, կառուցվածքային մոտիվներ և ծալքեր:

Կառուցվածքային տիրույթներ

[խմբագրել | խմբագրել կոդը]

Կառուցվածքային տիրույթը սպիտակուցի ընդհանուր կառուցվածքի տարր է, որն ինքնակայունացող է և հաճախ ծալվում է սպիտակուցի մնացած շղթայից անկախ: Շատ տիրույթներ եզակի չեն մեկ գենի կամ մեկ գենային ընտանիքի սպիտակուցային արտադրանքի համար, այլ փոխարենը հայտնվում են մի շարք սպիտակուցների մեջ: Դոմենները հաճախ անվանում և առանձնացվում են, քանի որ դրանք կարևոր դեր են խաղում այն ​​սպիտակուցի կենսաբանական ֆունկցիայի մեջ, որին պատկանում են. օրինակ՝ «կալմոդուլինի կալցիումին կապող տիրույթը»։ Քանի որ դրանք անկախ կայուն են, տիրույթները կարող են «փոխանակվել» գենետիկ ինժեներիայի միջոցով մեկ սպիտակուցի և մյուսի միջև՝ քիմերային սպիտակուցներ ստանալու համար: Մի քանի տիրույթների պահպանողական համակցությունը, որոնք հանդիպում են տարբեր սպիտակուցներում, ինչպիսիք են սպիտակուցի թիրոզինֆոսֆատազ տիրույթը և C2 տիրույթի զույգը, կոչվում էր «սուպերտիրույթ», որը կարող է զարգանալ որպես մեկ միավոր[8]:

Կառուցվածքային և հաջորդականության մոտիվներ

[խմբագրել | խմբագրել կոդը]

Կառուցվածքային և հաջորդականության մոտիվները վերաբերում են սպիտակուցի եռաչափ կառուցվածքի կամ ամինաթթուների հաջորդականության կարճ հատվածներին, որոնք հայտնաբերվել են մեծ թվով տարբեր սպիտակուցներում:

Գերերկրորդային կառուցվածք

[խմբագրել | խմբագրել կոդը]

Երրորդային սպիտակուցային կառուցվածքները կարող են ունենալ մի քանի երկրորդական տարրեր նույն պոլիպեպտիդային շղթայի վրա: Գերերկրորդական կառուցվածքը վերաբերում է երկրորդական կառուցվածքի տարրերի հատուկ համակցությանը, ինչպիսիք են β-α-β միավորները կամ պարույր-շրջադարձ պարույրի մոտիվը: Նրանցից ոմանք կարող են նաև կոչվել կառուցվածքային մոտիվներ:

Սպիտակուցի ծալքեր

[խմբագրել | խմբագրել կոդը]

Սպիտակուցի ծալքը վերաբերում է սպիտակուցների ընդհանուր ճարտարապետությանը, ինչպես պարուրաձև կապոցը, β-տակառը, Ռոսմանի ծալքը կամ տարբեր «ծալքերը», որոնք ներկայացված են Սպիտակուցների կառուցվածքային դասակարգման տվյալների բազայում[9]: Նմանատիպ հասկացությունը սպիտակուցի տոպոլոգիան է:

Սպիտակուցների դինամիկան և կոնֆորմացիոն համույթները

[խմբագրել | խմբագրել կոդը]

Սպիտակուցները ստատիկ օբյեկտներ չեն, այլ ավելի շուտ բնակեցնում են կոնֆորմացիոն վիճակների համույթներ: Այս վիճակների միջև անցումները սովորաբար տեղի են ունենում նանոմաշտաբներով և կապված են ֆունկցիոնալ համապատասխան երևույթների հետ, ինչպիսիք են ալոստերիկ ազդանշանը[10] և ֆերմենտային կատալիզը[11]: Սպիտակուցների դինամիկան և կոնֆորմացիոն փոփոխությունները թույլ են տալիս սպիտակուցներին գործել որպես նանոմաշտաբի կենսաբանական մեքենաներ բջիջների ներսում, հաճախ բազմասպիտակուցային բարդույթների տեսքով[12]: Օրինակները ներառում են շարժիչային սպիտակուցներ, ինչպիսիք են միոզինը, որը պատասխանատու է մկանների կծկման համար, կինեզինը, որը բեռը տեղափոխում է բջիջների ներսում միջուկից հեռու միկրոխողովակների երկայնքով, և դինեյնը, որը բեռը տեղափոխում է բջիջների ներսում դեպի միջուկ և արտադրում է շարժուն թարթիչների աքսոնեմային հարվածը և մտրակ։ «Ազդեցությամբ, [շարժիչ թարթիչը] նանոմեքենա է, որը կազմված է մոլեկուլային կոմպլեքսների մոտ 600-ից ավելի սպիտակուցներից, որոնցից շատերը գործում են նաև որպես նանոմեքենաներ… գործընկերներ և հրահրում են հեռահար ալոստերիա սպիտակուցային տիրույթի դինամիկայի միջոցով»[13]։

Անսամբլային մոդելավորման երկու հիմնական մոտեցումների սխեմատիկ տեսք[14]

Սպիտակուցները հաճախ համարվում են համեմատաբար կայուն երրորդական կառուցվածքներ, որոնք ենթարկվում են կոնֆորմացիոն փոփոխությունների այլ սպիտակուցների հետ փոխազդեցությունից կամ որպես ֆերմենտային գործունեության մի մաս ազդվելուց հետո: Այնուամենայնիվ, սպիտակուցները կարող են ունենալ կայունության տարբեր աստիճաններ, և ավելի քիչ կայուն տարբերակներից մի քանիսը բնության մեջ անկարգավորված սպիտակուցներ են: Այս սպիտակուցները գոյություն ունեն և գործում են համեմատաբար «անկարգավորված» վիճակում՝ չունենալով կայուն երրորդական կառուցվածք: Արդյունքում, դրանք դժվար է նկարագրել մեկ ֆիքսված երրորդական կառուցվածքով: Կոնֆորմացիոն անսամբլները ստեղծվել են որպես ներհատուկ խանգարված սպիտակուցների կոնֆորմացիոն վիճակի ավելի ճշգրիտ և «դինամիկ» ներկայացման միջոց[15][14]:

Սպիտակուցային անսամբլի ֆայլերը սպիտակուցի ներկայացում են, որը կարելի է համարել ճկուն կառուցվածք: Այս ֆայլերի ստեղծումը պահանջում է որոշել, թե տեսականորեն հնարավոր տարբեր սպիտակուցային կոնֆորմացիաներից որն իրականում գոյություն ունի: Մոտեցումներից մեկն այն է, որ կիրառվեն հաշվողական ալգորիթմներ սպիտակուցային տվյալների վրա՝ փորձելով որոշել համույթի ֆայլի համար առավել հավանական կոնֆորմացիաների շարքը: Կան բազմաթիվ մեթոդներ Protein Ensemble Database-ի համար տվյալների պատրաստման համար, որոնք բաժանվում են երկու ընդհանուր մեթոդաբանության՝ ավազանի և մոլեկուլային դինամիկայի (MD) մոտեցումների (գծապատկերում ներկայացված է նկարում): Ավազանի վրա հիմնված մոտեցումը օգտագործում է սպիտակուցի ամինաթթուների հաջորդականությունը՝ պատահական կոնֆորմացիաների զանգվածային ավազան ստեղծելու համար: Այնուհետև այս ավազանը ենթարկվում է ավելի շատ հաշվողական մշակման, որը ստեղծում է տեսական պարամետրերի մի շարք յուրաքանչյուր կոնֆորմացիայի համար՝ հիմնված կառուցվածքի վրա: Ընտրվել են կոնֆորմացիոն ենթաբազմություններ այս ավազանից, որոնց միջին տեսական պարամետրերը սերտորեն համապատասխանում են այս սպիտակուցի հայտնի փորձարարական տվյալներին: Մոլեկուլային դինամիկայի այլընտրանքային մոտեցումը միաժամանակ վերցնում է բազմաթիվ պատահական կոնֆորմացիաներ և դրանք բոլորին ենթարկում է փորձարարական տվյալների: Այստեղ փորձարարական տվյալները ծառայում են որպես սահմանափակումներ, որոնք պետք է տեղադրվեն կոնֆորմացիաների վրա (օրինակ՝ ատոմների միջև հայտնի հեռավորությունները): Ընդունվում են միայն այն կոնֆորմացիաները, որոնց հաջողվում է մնալ փորձարարական տվյալների կողմից սահմանված սահմաններում: Այս մոտեցումը հաճախ կիրառում է մեծ քանակությամբ փորձարարական տվյալներ կոնֆորմացիաների համար, ինչը շատ հաշվողական աշխատանք է պահանջում[14]:

Կոնֆորմացիոն անսամբլները ստեղծվել են մի շարք բարձր դինամիկ և մասամբ բացված սպիտակուցների համար, ինչպիսիք են Sic1/Cdc4[16], p15 PAF[17], MKK7[18], Beta-synuclein[19] և P27[20]:

Սպիտակուցի ծալքեր

[խմբագրել | խմբագրել կոդը]

Տրանսլյացիայի ավարտին հասնելուն պես, պոլիպեպտիդները ռիբոսոմից դուրս են գալիս հիմնականում պատահական կծիկի տեսքով և ծալվում են իրենց բնիկ վիճակի մեջ[21][22] : Սպիտակուցի շղթայի վերջնական կառուցվածքը, ընդհանուր առմամբ, ենթադրվում է, որ որոշվում է նրա ամինաթթուների հաջորդականությամբ (Անֆինսենի դոգմա)[23]:

Սպիտակուցների ծալքերի դասակարգումը պարտադիր կերպով հիմնված է տիրույթները տարբերող կառուցվածքային տարրերի վրա։ Սպիտակուցների տիրույթների դասակարգումը բաղկացած է երկու խնդրից՝ կառուցվածքների բաժանումը տիրույթների և տիրույթների դասակարգումը համանման կառուցվածքների (կամ ծալքերի) խմբերի: Չնայած նմանատիպ տոպոլոգիաները կարող են առաջանալ կոնվերգենտ էվոլյուցիայի արդյունքում, դրանց համապատասխան ծալովի ուղիների նմանությունը անհայտ է: Սպիտակուցների ծալքերի մեծ մասի հայտնաբերմանը և բնութագրմանը կհետևի սպիտակուցի ծալման հասանելի ուղիների նմանատիպ թվարկում: Հետևաբար, կառուցվածքային տիրույթների բարդությունները հասկանալն անհրաժեշտ է նրանց կոլեկտիվ ծալովի ուղիները հասկանալու համար[24]:

Սպիտակուցի կայունություն

[խմբագրել | խմբագրել կոդը]

Սպիտակուցների ջերմադինամիկական կայունությունը ներկայացնում է ազատ էներգիայի տարբերությունը ծալված և չծալված սպիտակուցային վիճակների միջև: Ազատ էներգիայի այս տարբերությունը շատ զգայուն է ջերմաստիճանի նկատմամբ, հետևաբար ջերմաստիճանի փոփոխությունը կարող է հանգեցնել բացման կամ քայքայման: Սպիտակուցի քայքայումը կարող է հանգեցնել ֆունկցիայի կորստի և բնիկ վիճակի կորստի: Լուծվող գնդային սպիտակուցների կայունացման ազատ էներգիան սովորաբար չի գերազանցում 50 կՋ/մոլը: Հաշվի առնելով ջրածնային կապերի մեծ քանակությունը, որոնք տեղի են ունենում երկրորդական կառույցների կայունացման համար և ներքին միջուկի կայունացումը հիդրոֆոբ փոխազդեցությունների միջոցով, կայունացման ազատ էներգիան առաջանում է որպես մեծ թվերի միջև փոքր տարբերություն[25]։

Սպիտակուցի կառուցվածքի որոշում

[խմբագրել | խմբագրել կոդը]
Սպիտակուցային կառուցվածքների օրինակներ PDB-ից
Սպիտակուցի կառուցվածքի որոշման արագությունը մեթոդով և տարեթվով

Սպիտակուցների Տվյալների Բանկ-ում առկա սպիտակուցային կառուցվածքների մոտ 90%-ը որոշվել է ռենտգենյան բյուրեղագրությամբ[26]: Այս մեթոդը թույլ է տալիս չափել էլեկտրոնների եռաչափ (3-D) խտության բաշխումը սպիտակուցում, բյուրեղացված վիճակում, և դրանով իսկ եզրակացնել բոլոր ատոմների 3-D կոորդինատները, որոնք պետք է որոշվեն որոշակի լուծաչափով: Հայտնի սպիտակուցային կառուցվածքների մոտավորապես 7%-ը ստացվել է միջուկային մագնիսական ռեզոնանսային (NMR) տեխնիկայով[27]: Ավելի մեծ սպիտակուցային համալիրների համար կրիոէլեկտրոնային մանրադիտակը կարող է որոշել սպիտակուցային կառուցվածքները: Դիտողականությունը սովորաբար ավելի ցածր է, քան ռենտգենյան բյուրեղագրությունը կամ NMR, բայց առավելագույն դիտողականությունը կայուն աճում է: Այս տեխնիկան դեռևս հատկապես արժեքավոր է շատ մեծ սպիտակուցային կոմպլեքսների համար, ինչպիսիք են վիրուսային ծածկույթի սպիտակուցները և ամիլոիդ մանրաթելերը:

Ընդհանուր երկրորդական կառուցվածքի կազմը կարող է որոշվել շրջանաձև դիքրոիզմի միջոցով: Վիբրացիոն սպեկտրոսկոպիան կարող է օգտագործվել նաև պեպտիդների, պոլիպեպտիդների և սպիտակուցների կոնֆորմացիան բնութագրելու համար[28]։ Երկչափ ինֆրակարմիր սպեկտրոսկոպիան արժեքավոր մեթոդ է դարձել ճկուն պեպտիդների և սպիտակուցների կառուցվածքները ուսումնասիրելու համար, որոնք հնարավոր չէ ուսումնասիրել այլ մեթոդներով[29][30]: Սպիտակուցի կառուցվածքի ավելի որակական պատկերը հաճախ ստացվում է պրոտեոլիզով, որը նաև օգտակար է ավելի շատ բյուրեղացվող սպիտակուցի նմուշների համար: Այս մոտեցման նոր կիրառությունները, ներառյալ արագ զուգահեռ պրոտեոլիզը (FASTpp), կարող են ուսումնասիրել կառուցվածքային մասնաբաժինը և դրա կայունությունը՝ առանց պարզեցման անհրաժեշտության[31]: Երբ սպիտակուցի կառուցվածքը փորձարարականորեն որոշվի, հետագա մանրամասն ուսումնասիրությունները կարող են կատարվել հաշվողական եղանակով՝ օգտագործելով այդ կառուցվածքի մոլեկուլային դինամիկ սիմուլյացիաները[32]:

Սպիտակուցների կառուցվածքների տվյալների բազաներ

[խմբագրել | խմբագրել կոդը]

Սպիտակուցի կառուցվածքի տվյալների բազան տվյալների բազա է, որը մոդելավորվում է փորձարարորեն որոշված ​​տարբեր սպիտակուցային կառուցվածքների շուրջ: Սպիտակուցի կառուցվածքի տվյալների բազաների մեծ մասի նպատակն է կազմակերպել և ծանոթացնել սպիտակուցային կառուցվածքները՝ կենսաբանական համայնքին ապահովելով փորձարարական տվյալների հասանելիությունը օգտակար եղանակով: Սպիտակուցի կառուցվածքի տվյալների բազաներում ներառված տվյալները հաճախ ներառում են 3D կոորդինատներ, ինչպես նաև փորձարարական տեղեկատվություն, ինչպիսիք են բջջի միավորի չափերը և ռենտգենյան բյուրեղագրությամբ որոշված ​​կառուցվածքների անկյունները: Թեև դեպքերի մեծ մասը, այս դեպքում կամ սպիտակուցները կամ սպիտակուցի հատուկ կառուցվածքի որոշումները, պարունակում են նաև հաջորդականության տեղեկատվություն, և որոշ տվյալների բազաներ նույնիսկ միջոցներ են տրամադրում հաջորդականության վրա հիմնված հարցումներ կատարելու համար, կառուցվածքային տվյալների բազայի հիմնական հատկանիշը կառուցվածքային տեղեկատվությունն է, մինչդեռ հաջորդականության տվյալների բազաները կենտրոնանում են հաջորդականության տեղեկատվության վրա և չեն պարունակում կառուցվածքային տեղեկատվություն գրառումների մեծամասնության համար: Սպիտակուցի կառուցվածքի տվյալների բազաները կարևոր նշանակություն ունեն հաշվողական կենսաբանության բազմաթիվ ջանքերի համար, ինչպիսիք են կառուցվածքի վրա հիմնված դեղերի նախագծումը, ինչպես օգտագործվող հաշվողական մեթոդների մշակման, այնպես էլ որոշ մեթոդներով օգտագործվող մեծ փորձնական տվյալների բազա տրամադրելու համար՝ սպիտակուցի գործառույթի մասին պատկերացումներ ապահովելու համար[33]:

Սպիտակուցների կառուցվածքային դասակարգում

[խմբագրել | խմբագրել կոդը]

Սպիտակուցների կառուցվածքները կարելի է խմբավորել՝ ելնելով դրանց կառուցվածքային նմանությունից, տոպոլոգիական դասից կամ ընդհանուր էվոլյուցիոն ծագումից: Սպիտակուցների կառուցվածքային դասակարգման տվյալների բազան[34] և CATH տվյալների բազան[35] ապահովում են սպիտակուցների երկու տարբեր կառուցվածքային դասակարգումներ: Երբ կառուցվածքային նմանությունը մեծ է, երկու սպիտակուցները, հնարավոր է, առաջացել են ընդհանուր նախնուց[36], և սպիտակուցների միջև ընդհանուր կառուցվածքը համարվում է հոմոլոգիայի վկայություն։ Կառուցվածքային նմանությունն այնուհետև կարող է օգտագործվել սպիտակուցները միասին սպիտակուցների գերընտանիքների մեջ խմբավորելու համար[37]: Եթե ​​ընդհանուր կառուցվածքը նշանակալի է, բայց ընդհանուր մասնաբաժինը փոքր է, ապա կիսված հատվածը կարող է լինել ավելի դրամատիկ էվոլյուցիոն իրադարձության հետևանք, ինչպիսին է հորիզոնական գեների փոխանցումը, և սպիտակուցների միացումը, որոնք կիսում են այդ բեկորները սպիտակուցների գերընտանիքների մեջ, այլևս արդարացված չէ[36]: Սպիտակուցի տոպոլոգիան կարող է օգտագործվել նաև սպիտակուցները դասակարգելու համար: Հանգույցների տեսությունը և շղթայի տոպոլոգիան երկու տոպոլոգիայի շրջանակներ են, որոնք մշակվել են սպիտակուցային ծալքերի դասակարգման համար՝ հիմնված համապատասխանաբար շղթայի հատման և ներշղթայական շփումների վրա:

Սպիտակուցի կառուցվածքի հաշվարկային կանխատեսում

[խմբագրել | խմբագրել կոդը]

Սպիտակուցի հաջորդականության ստեղծումը շատ ավելի հեշտ է, քան սպիտակուցի կառուցվածքի որոշումը: Այնուամենայնիվ, սպիտակուցի կառուցվածքը շատ ավելի պատկերացում է տալիս սպիտակուցի ֆունկցիայի մասին, քան դրա հաջորդականությունը: Հետևաբար, մշակվել են սպիտակուցի կառուցվածքի հաշվողական կանխատեսման մի շարք մեթոդներ նրա հաջորդականությունից[38]։ Ab initio կանխատեսման մեթոդները օգտագործում են միայն սպիտակուցի հաջորդականությունը: Թելերի և հոմոլոգիայի մոդելավորման մեթոդները կարող են կառուցել 3-D մոդել անհայտ կառուցվածքով սպիտակուցի համար էվոլյուցիայի հետ կապված սպիտակուցների փորձարարական կառուցվածքներից, որոնք կոչվում են սպիտակուցային ընտանիք:

Տես նաև

[խմբագրել | խմբագրել կոդը]

Ծանոթագրություններ

[խմբագրել | խմբագրել կոդը]
  1. ↑ Stoker HS (1 January 2015). Organic and Biological Chemistry. Cengage Learning. էջ 371. ISBN 978-1-305-68645-8.
  2. ↑ Brocchieri L, Karlin S (2005-06-10). «Protein length in eukaryotic and prokaryotic proteomes». Nucleic Acids Research. 33 (10): 3390–3400. doi:10.1093/nar/gki615. PMC 1150220. PMID 15951512.
  3. ↑ Sanger F, Tuppy H (September 1951). «The amino-acid sequence in the phenylalanyl chain of insulin. I. The identification of lower peptides from partial hydrolysates». The Biochemical Journal. 49 (4): 463–481. doi:10.1042/bj0490463. PMC 1197535. PMID 14886310.
  4. ↑ Sanger F (May 1959). «Chemistry of insulin; determination of the structure of insulin opens the way to greater understanding of life processes». Science. 129 (3359): 1340–1344. Bibcode:1959Sci...129.1340G. doi:10.1126/science.129.3359.1340. PMID 13658959.
  5. ↑ Pauling L, Corey RB, Branson HR (April 1951). «The structure of proteins; two hydrogen-bonded helical configurations of the polypeptide chain». Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 37 (4): 205–211. Bibcode:1951PNAS...37..205P. doi:10.1073/pnas.37.4.205. PMC 1063337. PMID 14816373.
  6. ↑ Chiang YS, Gelfand TI, Kister AE, Gelfand IM (September 2007). «New classification of supersecondary structures of sandwich-like proteins uncovers strict patterns of strand assemblage». Proteins. 68 (4): 915–921. doi:10.1002/prot.21473. PMID 17557333.
  7. ↑ Moutevelis E, Woolfson DN (January 2009). «A periodic table of coiled-coil protein structures». Journal of Molecular Biology. 385 (3): 726–732. doi:10.1016/j.jmb.2008.11.028. PMID 19059267.
  8. ↑ Haynie DT, Xue B (May 2015). «Superdomains in the protein structure hierarchy: The case of PTP-C2». Protein Science. 24 (5): 874–882. doi:10.1002/pro.2664. PMC 4420535. PMID 25694109.
  9. ↑ Govindarajan S, Recabarren R, Goldstein RA (June 1999). «Estimating the total number of protein folds». Proteins. 35 (4): 408–414. doi:10.1002/(SICI)1097-0134(19990601)35:4<408::AID-PROT4>3.0.CO;2-A. PMID 10382668. Արխիվացված է օրիգինալից 5 January 2013-ին. {{cite journal}}: |hdl-access= requires |hdl= (օգնություն)
  10. ↑ Bu Z, Callaway DJ (2011). «Proteins MOVE! Protein dynamics and long-range allostery in cell signaling». Protein Structure and Diseases. Advances in Protein Chemistry and Structural Biology. Vol. 83. Academic Press. էջեր 163–221. doi:10.1016/B978-0-12-381262-9.00005-7. ISBN 9780123812629. PMID 21570668.
  11. ↑ Fraser JS, Clarkson MW, Degnan SC, Erion R, Kern D, Alber T (December 2009). «Hidden alternative structures of proline isomerase essential for catalysis». Nature. 462 (7273): 669–673. Bibcode:2009Natur.462..669F. doi:10.1038/nature08615. PMC 2805857. PMID 19956261.
  12. ↑ Voet D, Voet JG (2011). Biochemistry (4th ed.). Hoboken, NJ: John Wiley & Sons. ISBN 9780470570951.
  13. ↑ Satir P, Christensen ST (June 2008). «Structure and function of mammalian cilia». Histochemistry and Cell Biology. 129 (6): 687–693. doi:10.1007/s00418-008-0416-9. PMC 2386530. PMID 18365235. 1432-119X.
  14. ↑ 14,0 14,1 14,2 Varadi M, Vranken W, Guharoy M, Tompa P (2015-01-01). «Computational approaches for inferring the functions of intrinsically disordered proteins». Frontiers in Molecular Biosciences. 2: 45. doi:10.3389/fmolb.2015.00045. PMC 4525029. PMID 26301226.
  15. ↑ Protein Ensemble Database
  16. ↑ Mittag T, Marsh J, Grishaev A, Orlicky S, Lin H, Sicheri F, և այլք: (March 2010). «Structure/function implications in a dynamic complex of the intrinsically disordered Sic1 with the Cdc4 subunit of an SCF ubiquitin ligase». Structure. 18 (4): 494–506. doi:10.1016/j.str.2010.01.020. PMC 2924144. PMID 20399186.
  17. ↑ De Biasio A, Ibáñez de Opakua A, Cordeiro TN, Villate M, Merino N, Sibille N, և այլք: (February 2014). «p15PAF is an intrinsically disordered protein with nonrandom structural preferences at sites of interaction with other proteins». Biophysical Journal. 106 (4): 865–874. Bibcode:2014BpJ...106..865D. doi:10.1016/j.bpj.2013.12.046. PMC 3944474. PMID 24559989.
  18. ↑ Kragelj J, Palencia A, Nanao MH, Maurin D, Bouvignies G, Blackledge M, Jensen MR (March 2015). «Structure and dynamics of the MKK7-JNK signaling complex». Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 112 (11): 3409–3414. Bibcode:2015PNAS..112.3409K. doi:10.1073/pnas.1419528112. PMC 4371970. PMID 25737554.
  19. ↑ Allison JR, Rivers RC, Christodoulou JC, Vendruscolo M, Dobson CM (November 2014). «A relationship between the transient structure in the monomeric state and the aggregation propensities of α-synuclein and β-synuclein». Biochemistry. 53 (46): 7170–7183. doi:10.1021/bi5009326. PMC 4245978. PMID 25389903.
  20. ↑ Sivakolundu SG, Bashford D, Kriwacki RW (November 2005). «Disordered p27Kip1 exhibits intrinsic structure resembling the Cdk2/cyclin A-bound conformation». Journal of Molecular Biology. 353 (5): 1118–1128. doi:10.1016/j.jmb.2005.08.074. PMID 16214166.
  21. ↑ Zhang G, Ignatova Z (February 2011). «Folding at the birth of the nascent chain: coordinating translation with co-translational folding». Current Opinion in Structural Biology. 21 (1): 25–31. doi:10.1016/j.sbi.2010.10.008. PMID 21111607.
  22. ↑ Alberts B, Johnson A, Lewis J, Raff M, Roberts K, Walters P (2002). «The Shape and Structure of Proteins». Molecular Biology of the Cell (Fourth ed.). New York and London: Garland Science. ISBN 978-0-8153-3218-3.
  23. ↑ Anfinsen CB (July 1972). «The formation and stabilization of protein structure». The Biochemical Journal. 128 (4): 737–749. doi:10.1042/bj1280737. PMC 1173893. PMID 4565129.
  24. ↑ Schaeffer, R. Dustin; Daggett, Valerie (2011). «Protein folds and protein folding». Protein Engineering, Design and Selection. 24 (1–2): 11–19. doi:10.1093/protein/gzq096. ISSN 1741-0126. PMC 3003448. PMID 21051320.
  25. ↑ Jaenicke R (January 1990). «Protein structure and function at low temperatures». Philosophical Transactions of the Royal Society of London. Series B, Biological Sciences. 326 (1237): 535–553. Bibcode:1990RSPTB.326..535J. doi:10.1098/rstb.1990.0030. JSTOR 2398703. PMID 1969647.
  26. ↑ Kendrew JC, Bodo G, Dintzis HM, Parrish RG, Wyckoff H, Phillips DC (March 1958). «A three-dimensional model of the myoglobin molecule obtained by x-ray analysis». Nature. 181 (4610): 662–666. Bibcode:1958Natur.181..662K. doi:10.1038/181662a0. PMID 13517261.
  27. ↑ «PDB Statistics». 2022-10-01.
  28. ↑ Krimm S, Bandekar J (1986). «Vibrational spectroscopy and conformation of peptides, polypeptides, and proteins». Advances in Protein Chemistry Volume 38. Vol. 38. էջեր 181–364. doi:10.1016/S0065-3233(08)60528-8. ISBN 9780120342389. PMID 3541539. {{cite book}}: |journal= ignored (օգնություն)
  29. ↑ Lessing J, Roy S, Reppert M, Baer M, Marx D, Jansen TL, և այլք: (March 2012). «Identifying residual structure in intrinsically disordered systems: a 2D IR spectroscopic study of the GVGXPGVG peptide» (PDF). Journal of the American Chemical Society. 134 (11): 5032–5035. doi:10.1021/ja2114135. PMID 22356513. {{cite journal}}: |hdl-access= requires |hdl= (օգնություն)
  30. ↑ Jansen TL, Knoester J (March 2008). «Two-dimensional infrared population transfer spectroscopy for enhancing structural markers of proteins». Biophysical Journal. 94 (5): 1818–1825. Bibcode:2008BpJ....94.1818J. doi:10.1529/biophysj.107.118851. PMC 2242754. PMID 17981904.
  31. ↑ Minde DP, Maurice MM, Rüdiger SG (2012). «Determining biophysical protein stability in lysates by a fast proteolysis assay, FASTpp». PLOS ONE. 7 (10): e46147. Bibcode:2012PLoSO...746147M. doi:10.1371/journal.pone.0046147. PMC 3463568. PMID 23056252.
  32. ↑ Kumari I, Sandhu P, Ahmed M, Akhter Y (August 2017). «Molecular Dynamics Simulations, Challenges and Opportunities: A Biologist's Prospective». Current Protein & Peptide Science. 18 (11): 1163–1179. doi:10.2174/1389203718666170622074741. PMID 28637405.
  33. ↑ Laskowski RA (June 2011). «Protein structure databases». Molecular Biotechnology. 48 (2): 183–198. doi:10.1007/s12033-010-9372-4. PMID 21225378.
  34. ↑ Murzin AG, Brenner SE, Hubbard T, Chothia C (April 1995). «SCOP: a structural classification of proteins database for the investigation of sequences and structures» (PDF). Journal of Molecular Biology. 247 (4): 536–540. doi:10.1016/S0022-2836(05)80134-2. PMID 7723011. Արխիվացված է օրիգինալից (PDF) 26 April 2012-ին.
  35. ↑ Orengo CA, Michie AD, Jones S, Jones DT, Swindells MB, Thornton JM (August 1997). «CATH--a hierarchic classification of protein domain structures». Structure. 5 (8): 1093–1108. doi:10.1016/S0969-2126(97)00260-8. PMID 9309224.
  36. ↑ 36,0 36,1 Pascual-García A, Abia D, Ortiz AR, Bastolla U (March 2009). «Cross-over between discrete and continuous protein structure space: insights into automatic classification and networks of protein structures». PLOS Computational Biology. 5 (3): e1000331. Bibcode:2009PLSCB...5E0331P. doi:10.1371/journal.pcbi.1000331. PMC 2654728. PMID 19325884.
  37. ↑ Holm L, Rosenström P (July 2010). «Dali server: conservation mapping in 3D». Nucleic Acids Research. 38 (Web Server issue): W545–W549. doi:10.1093/nar/gkq366. PMC 2896194. PMID 20457744.
  38. ↑ Zhang Y (June 2008). «Progress and challenges in protein structure prediction». Current Opinion in Structural Biology. 18 (3): 342–348. doi:10.1016/j.sbi.2008.02.004. PMC 2680823. PMID 18436442.

Ավելին

[խմբագրել | խմբագրել կոդը]

Արտաքին Հղումներ

[խմբագրել | խմբագրել կոդը]
Ստացված է «https://hy.wikipedia.org/w/index.php?title=Սպիտակուցի_կառուցվածք&oldid=10166758» էջից