Information

2: Proteinstruktur - Biologi

2: Proteinstruktur - Biologi



We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

Proteiner er polymerer af den bifunktionelle monomer, aminosyrer. De tyve almindelige naturligt forekommende aminosyrer indeholder hver et α-carbon, en α-aminogruppe, en α-carboxylsyregruppe og en α-sidekæde eller sidegruppe. Disse sidekæder (eller R-grupper) kan enten være upolære, polære og uladede eller ladede, afhængigt af pH og pK-en af den ioniserbare gruppe. To andre aminosyrer forekommer lejlighedsvis i proteiner. Den ene er selenocystein, som findes i Archaea, eubakterier og dyr og for nylig fundet er pyrrolysin, der findes i Archaea. Vi vil kun koncentrere os om de 20 rigelige, naturligt forekommende aminosyrer.


Proteiner: struktur og klassificering (med diagram)

Proteiner er organiske nitrogenholdige forbindelser, hvor et stort antal aminosyrer er forbundet med peptidbindinger for at danne lange polypeptidkæder. Peptid-binding (—CONH—) dannes, når aminogruppen (—NH2) af en aminosyre forenes med carboxylgruppen (-COOH) i en anden aminosyre, hvilket eliminerer ét molekyle vand.

Den ende af polypeptidkæden, hvor -COOH-gruppen af ​​aminosyren ikke er involveret i peptidbinding, kaldes den C-terminale ende. Den anden ende af polypeptidkæden med aminosyre med fri -NH2 gruppe kaldes som N-terminal ende.

Selvom der kan være hundredvis af aminosyrer i en enkelt polypeptidkæde, men grundlæggende er der kun omkring 20 forskellige typer aminosyrer, der udgør proteiner i planter (der kan være gentagelse af aminosyrer kontinuerligt eller med intervaller i polypeptidkæden).

På grund af deres meget store størrelse kaldes proteinerne ofte som gigantiske molekyler eller makromolekyler af cellerne. Deres molekylvægt kan variere fra få tusinde til over en million (10 lakhs.)

Proteinernes struktur:

Strukturen af ​​proteinerne kan studeres under følgende hoveder:

(1) Proteinernes primære struktur:

Specifik sekvens eller arrangementet af aminosyrer i polypeptidkæden udgør den primære struktur af proteinerne (fig. 9.25).

(2) Sekundær struktur af proteinerne (eller a-helix-struktur):

Polypeptidkæden i proteinmolekylet holdes i en spiralformet eller spiralformet form af hydrogenbindinger, som etableres mellem peptidbindingerne. Den spiralformede eller spiralformede form af polypeptidkæden udgør proteinets a-helix eller sekundære struktur (fig. 9.26).

Selvom hydrogenbindinger er meget svage, men når de er til stede i meget stort antal langs hele polypeptidkædens rygrad, forstærker de hinanden for at stabilisere den spiralformede struktur.

I et typisk spiralformet protein,

jeg. Hver NH-gruppe (af peptidbinding) er forbundet til en C=O-gruppe (af en anden peptidbinding) med en H-binding i en afstand svarende til 3 aminosyrerester.

ii. En α-helix eller fuldstændig drejning af en spole indeholder omkring 3,67 aminosyrerester.

iii. Helixens stigning er 5,4 Å (lodret afstand langs aksen fra ethvert punkt på helixen til et tilsvarende punkt lige over det kaldes helixens stigning).

iv. Derfor er hver aminosyre ca. 1,5 Å (5,4/3,6) væk fra den næste aminosyrerest.

Udover a-helix struktur forekommer også andre typer sekundære strukturer af proteiner. Blandt disse er β-konformationer (P-foldede ark) mest almindelige, som findes i fibrøse proteiner kaldet β-keratiner. I β-plisserede ark er et antal polypeptidkæder (som ikke danner helixer) tværbundet med H-bindinger, hvor aminosyre til carboxylterminal orientering kan være i samme retning (parallel) eller omvendt (antiparallel).

Linus Pauling og Robert Corey er krediteret for at have udført pionerarbejde med peptidbinding og organisering af proteiner. De forudsagde endda eksistensen af ​​sekundære strukturer af proteiner mange år før den første komplette struktur af protein blev belyst.

(3) Tertiær struktur af proteinerne:

Den oprullede (a-helix) polypeptidkæde er yderligere foldet på forskellige måder. Denne foldning, som er meget specifik for et bestemt protein, udgør dets tertiære struktur og afgrænses af dets primære struktur (fig. 9.27).

(Proteinernes tertiære struktur er essentiel for biologisk aktive proteiner, dvs. enzymerne. De gøres ubrugelige (eller afshynatureres), hvis deres tertiære struktur går tabt).

Den tertiære struktur af proteinet stabiliseres af følgende kræfter, som også er vist i fig. 9.28.

jeg. H-bindinger (andre end dem, der er etableret mellem peptidbindingerne).

iii. Ionbindinger eller saltbindinger.

iv. Steriske effekter, dvs. interaktionen af ​​ikke-polære sidekæder forårsaget af den gensidige frastødning og fjernelse af opløsningsmidlet.

(Alle molekylerne udøver en uges tiltrækningskraft på hinanden på grund af gensidig interaktion mellem deres elektroner og kerner. Der er en elektrostatisk tiltrækning mellem elektronerne i det ene molekyle og kernerne i det andet, mens der på den anden side er elektrostatisk frastødning af molekylets kerner og elektroner ved henholdsvis kernerne og elektronerne i det andet molekyle. Den resulterende ugetiltrækningskraft mellem de to molekyler er kendt som Van der Waals-tiltrækningen eller Van der Waals-kraften. Energien af ​​sådanne kræfter er omkring 1 k .cal/mol).

(4) Proteinernes kvaternære struktur:

Nogle gange er mere end én polypeptidkæde forbundet sammen for at danne et relativt mere stabilt supermolekyle af protein. Dette udgør proteinets kvaternære struktur.

For eksempel er der i blodhæmoglobin fire polypeptidkæder eller underenheder, der konstituerer proteinet.

Kvartær struktur opretholdes af forskellige kræfter som disulfidbindinger, H-bindinger osv. mellem proteinets forskellige polypeptidkæder.

Klassificering af proteiner:

På basis af arten af ​​produkterne fra hydrolyse af syrer eller proteolytiske enzymer er proteinerne grupperet i to kategorier:

(A) Simple proteiner:

Disse proteiner giver ved hydrolyse kun aminosyrer. På basis af opløselighedsegenskaber klassificeres simple proteiner som følger:

Opløselig i vand og saltopløsninger.

Svagt opløseligt i vand, men opløseligt i saltopløsninger.

Opløselig i 70-80% alkohol, men uopløselig i vand og absolut alkohol.

Uopløseligt i alle ovennævnte opløsningsmidler, men opløseligt i syre eller alkali.

5. Skleroproteiner:

Uopløseligt i vandige opløsningsmidler (findes kun hos dyr).

(B) Konjugerede proteiner:

Disse proteiner giver ved hydrolyse aminosyrer plus nogle ikke-aminosyredele kaldet protesegruppen.

Afhængigt af arten af ​​den protesegruppe, der er forbundet med dem, klassificeres konjugerede pro­teiner som følger:

1. Nukleoproteiner (eller histoner):

Disse er forbundet med nukleinsyrer.

2. Glykoproteiner:

Disse er forbundet med nogle kulhydrater.

3. Kromoproteiner:

Disse proteiner er forbundet med nogle farvestoffer, f.eks. klorofyler, carotenoider, phycobillins osv.

Disse er forbundet med nogle lipid- eller fedtstoffer. (De findes hovedsageligt i cyto-membraner).


ANMELD artiklen

  • Key Laboratory of Cellular Physiology ved Shanxi Medical University, Undervisningsministeriet, Key Laboratory of Cellular Physiology i Shanxi-provinsen og Institut for Fysiologi, Shanxi Medical University, Taiyuan, Kina

Pandemien af ​​det nye alvorlige akutte respiratoriske syndrom coronavirus 2 (SARS-CoV-2) har udgjort store trusler mod verden i mange aspekter. Effektive terapeutiske og forebyggende tilgange, herunder lægemidler og vacciner, er stadig utilgængelige, selvom de er under udvikling. Omfattende forståelse af SARS-CoV-2's livslogik og virussens interaktion med værter er fundamentalt vigtige i kampen mod SARS-CoV-2. I denne gennemgang har vi kort opsummeret de nuværende fremskridt inden for SARS-CoV-2-forskning, herunder epidemiens situation og epidemiologiske karakteristika ved den forårsagede sygdom COVID-19. Vi diskuterede yderligere SARS-CoV-2's biologi, herunder oprindelsen, evolutionen og receptorgenkendelsesmekanismen for SARS-CoV-2. Og især introducerede vi proteinstrukturerne for SARS-CoV-2 og strukturbaseret terapeutisk udvikling, herunder antistoffer, antivirale forbindelser og vacciner, og indikerede begrænsningerne og perspektiverne for SARS-CoV-2-forskning. Vi ønsker, at oplysningerne fra denne anmeldelse kan være nyttige i den globale kamp mod SARS-CoV-2-infektion.


Diffraktionen af ​​røntgenstråler af proteinkrystaller kan afsløre et proteins nøjagtige struktur

Startende med aminosyresekvensen af ​​et protein, kan man ofte forudsige, hvilke sekundære strukturelle elementer, såsom membranspændende α helixer, der vil være til stede i proteinet. Det er imidlertid på nuværende tidspunkt ikke muligt pålideligt at udlede den tredimensionelle foldede struktur af et protein ud fra dets aminosyresekvens, medmindre dets aminosyresekvens er meget lig den for et protein, hvis tredimensionelle struktur allerede er kendt. Den vigtigste teknik, der er blevet brugt til at opdage den tredimensionelle struktur af molekyler, herunder proteiner, ved atomopløsning er røntgenkrystallografi.

Røntgenstråler er ligesom lys en form for elektromagnetisk stråling, men de har en meget kortere bølgelængde, typisk omkring 0,1 nm (diameteren af ​​et brintatom). Hvis en smal parallel stråle af røntgenstråler er rettet mod en prøve af et rent protein, passerer de fleste røntgenstråler lige igennem det. En lille del er dog spredt af atomerne i prøven. Hvis prøven er en velordnet krystal, forstærker de spredte bølger hinanden på visse punkter og fremstår som diffraktionspletter, når røntgenstrålerne optages af en passende detektor (Figur 8-45).

Figur 8-45

Røntgen krystallografi. (A) En smal parallel stråle af røntgenstråler er rettet mod en velordnet krystal (B). Her er vist en proteinkrystal af ribulosebisphosphatcarboxylase, et enzym med en central rolle i CO2 fiksering under fotosyntesen. Nogle af de (flere. )

Positionen og intensiteten af ​​hver plet i røntgendiffraktionsmønsteret indeholder information om placeringen af ​​atomerne i krystallen, der gav anledning til det. At udlede den tredimensionelle struktur af et stort molekyle fra diffraktionsmønsteret af dets krystal er en kompleks opgave og blev først opnået for et proteinmolekyle i 1960. Men i de senere år er røntgendiffraktionsanalyse blevet mere og mere automatiseret, og nu den langsomste trin er sandsynligvis dannelsen af ​​egnede proteinkrystaller. Dette kræver store mængder meget rent protein og involverer ofte mange års forsøg og fejl, hvor man leder efter de rigtige krystallisationsbetingelser. Der er stadig mange proteiner, især membranproteiner, der hidtil har modstået alle forsøg på at krystallisere dem.

Analyse af det resulterende diffraktionsmønster frembringer et komplekst tredimensionelt elektrondensitetskort. At fortolke dette kort og oversætte dets konturer til en tredimensionel struktur er en kompliceret procedure, der kræver viden om proteinets aminosyresekvens. Hovedsageligt ved forsøg og fejl, er sekvensen og elektrondensitetskortet korreleret af computer for at give den bedst mulige tilpasning. Pålideligheden af ​​den endelige atommodel afhænger af opløsningen af ​​de originale krystallografiske data: 0,5 nm opløsning kan producere et kort med lav opløsning af polypeptidrygraden, hvorimod en opløsning på 0,15 nm tillader alle ikke-hydrogen atomer i molekylet at være pålideligt placeret.

En komplet atommodel er ofte for kompleks til at forstå direkte, men forenklede versioner, der viser et proteins væsentlige strukturelle egenskaber, kan let udledes fra det (se panel 3-2, s. 138�). De tredimensionelle strukturer af omkring 10.000 forskellige proteiner er nu blevet bestemt ved røntgenkrystallografi eller ved NMR-spektroskopi (se nedenfor) nok til at begynde at se familier af almindelige strukturer dukke op. Disse strukturer eller proteinfoldninger ser ofte ud til at være mere konserverede i evolutionen end de aminosyresekvenser, der danner dem (se figur 3-15).

Røntgenkrystallografiske teknikker kan også anvendes til studiet af makromolekylære komplekser. I en nylig triumf blev metoden brugt til at løse strukturen af ​​ribosomet, en stor og kompleks cellulær maskine lavet af flere RNA'er og mere end 50 proteiner (se figur 6-64). Bestemmelsen krævede brugen af ​​en synkrotron, en strålingskilde, der genererer røntgenstråler med den intensitet, der er nødvendig for at analysere krystallerne af sådanne store makromolekylære komplekser.


Protein stabilitet

  • Proteiner er meget følsomme molekyler. Udtrykket ‘native state’ bruges til at beskrive proteinet i dets mest stabile naturlige konformation, in situ. Denne native tilstand kan forstyrres af en række eksterne stressfaktorer, herunder temperatur, pH, fjernelse af vand, tilstedeværelsen af ​​hydrofobe overflader, tilstedeværelsen af ​​metalioner og høj forskydning.
  • Tabet af en sekundær, tertiær eller kvaternær struktur på grund af udsættelse for stress kaldes denaturering. Denaturering resulterer i udfoldning af proteinet til en tilfældig eller forkert foldet form.
  • Et denatureret protein kan have en helt anden aktivitetsprofil end proteinet i dets native form, og det mister normalt sin biologiske funktion. Udover at blive denatureret, kan proteiner også danne aggregater under visse stressforhold. Aggregater produceres ofte under fremstillingsprocessen og er typisk uønskede, hovedsagelig på grund af muligheden for, at de forårsager ugunstige immunresponser, når de administreres.

Download: Ligander

Ved at indtaste kemiske komponent-ID'er kan SDF-filer med ligandkoordinater downloades.

  • Koordinater for første kemiske komponentforekomst fra hver post i FBF
  • Koordinater for alle kemiske komponentforekomster fra hver post i FBF
  • Ideelle koordinater fra Chemical Component Dictionary

Fil download tjenester

Søgninger og rapporter udført på dette RCSB PDB-websted bruger data fra PDB-arkivet. PDB-arkivet vedligeholdes af wwPDB på hovedarkivet, ftp.wwpdb.org (datadownloaddetaljer) og det versionerede arkiv, ftp-versioned.wwpdb.org (versionsdetaljer).

  • Biblioteket pub/pdb is er indgangsmappen til PDB-arkivet.
  • Biblioteket pub/pdb/data/structures/divided indeholder det aktuelle PDB-indhold inklusive PDB, mmCIF og PDBML/XML-formaterede koordinatfiler, strukturfaktorer og NMR-begrænsninger

Årlige øjebliksbilleder af PDB-arkiv er atilgængelige. 

Webtjenester

Programmatisk adgang til individuelle strukturer og/eller specifikke dataelementer leveres gennem Web Service Application Program Interfaces (API'er).

Kontakt RCSB PDB med spørgsmål forslag til specifikke tjenester.

Molekylær udforskninggennem biologi og medicin

PDB-101 er en online portal for lærere, studerende og offentligheden for at fremme udforskning i verden af ​​proteiner og nukleinsyrer.

Gennemse alle PDB-101-ressourcer efter biologisk tema, eller begynd at udforske:

Månedens molekyle

Præsenterer korte beretninger om udvalgte molekyler fra Proteindatabanken.

Nyheder og begivenheder

Kommende møder og arrangementer RCSB afholder

Uddannelsesressourcer

Få adgang til materialer, der fremmer udforskning i verden af ​​proteiner og nukleinsyrer.

Vejledning til FBF-data

Forståelse af PDB-data er en reference til at hjælpe med at udforske og fortolke individuelle PDB-poster.

Læreplaner

Autentiske, praktiske undervisningsmaterialer, individuelle og gruppeaktiviteter.

Geis Digital Arkiv

Se ikoniske illustrationer af den begavede kunstner Irving Geis (1908-1997) i sammenhæng med PDB-strukturer og pædagogisk information.


2 svar 2

hvad er nøjagtigheden, vi kan forudsige tertiær proteinstruktur

Det afhænger af proteinet. Hvis den primære sekvens nøje matcher sekvensen af ​​et protein, for hvilket strukturen allerede er løst, så skabelonbaserede metoder til at modellere 3D struktur kan bruges (alias homologi modellering). Disse metoder er tilbøjelige til at være nøjagtige, som vurderet ved skabelonmodelleringsscore, selvom krystalstrukturbekræftelse kun er tilgængelig for et mindretal af modellerne (1 % ifølge denne 2010-opgave).

For proteiner uden strukturelt opløste homologer, ab initio folde bruges ofte, som er afhængig af molekylær mekanisk vurdering af iterativ peptidkædefoldning for at finde strukturer, der minimerer Gibbs frie energi. Populær software til protein molekylær mekanisk modellering omfatter CHARMM og AMBER. Ab initio metoder er beregningsintensive og er sværere at validere.

'hvorfor en celle kan lave nøjagtig den samme proteinstruktur tusindvis af tid ved at bruge kendte fysiske love, men vi er nødt til at gætte det ved hjælp af maskinlæring'? Hvorfor er det svært?

Det er svært at kende alle de cellulære faktorer, der er til stede, når et bestemt protein syntetiseres, og hvordan disse faktorer påvirker foldningen af ​​proteinet. Hvad er temperaturen og pH proksimalt i forhold til ribosomet? Er chaperone-proteiner involveret? Er den laveste energistruktur den sande struktur, eller falder den native struktur i et lokalt, stabilt minimum med et funktionelt potentiale udvalgt af evolutionen? En god diskussion af det sidste punkt kan findes på Quora.


Proteinstrukturanalyse

Kompleksiteten af ​​proteinstrukturen gør belysningen af ​​en komplet proteinstruktur ekstremt vanskelig selv med det mest avancerede analytiske udstyr. En aminosyreanalysator kan bruges til at bestemme, hvilke aminosyrer der er til stede, og de molære forhold for hver. Sekvensen af ​​proteinet kan derefter analyseres ved hjælp af peptidkortlægning og brug af Edman-nedbrydning eller massespektroskopi. Denne proces er rutine for peptider og små proteiner, men bliver mere kompleks for store multimere proteiner.

Peptidkortlægning indebærer generelt behandling af proteinet med forskellige proteaseenzymer for at skære sekvensen op i mindre peptider ved specifikke spaltningssteder. To almindeligt anvendte enzymer er trypsin og chymotrypsin. Massespektroskopi er blevet et uvurderligt værktøj til analyse af enzymfordøjede proteiner ved hjælp af peptidfingeraftryksmetoder og databasesøgning. Edman-nedbrydning involverer spaltning, adskillelse og identifikation af én aminosyre ad gangen fra et kort peptid, startende fra N-terminalen.

En metode, der bruges til at karakterisere den sekundære struktur af et protein, er cirkulær dikroismespektroskopi (CD). De forskellige typer af sekundær struktur, α-helix, ß-sheet og random coil, har alle karakteristiske cirkulære dikroismespektre i spektrets fjern-UV-område (190-250 nm). Disse spektre kan bruges til at tilnærme fraktionen af ​​hele proteinet, der består af hver type struktur.

En mere komplet, højopløsningsanalyse af den tredimensionelle struktur af et protein udføres ved hjælp af røntgenkrystallografi eller kernemagnetisk resonans (NMR) analyse. For at bestemme den tredimensionelle struktur af et protein ved røntgendiffraktion kræves en stor, velordnet enkeltkrystal. Røntgendiffraktion tillader måling af de korte afstande mellem atomer og giver et tredimensionelt elektrondensitetskort, som kan bruges til at bygge en model af proteinstrukturen.

Anvendelsen af ​​NMR til at bestemme den tredimensionelle struktur af et protein har nogle fordele i forhold til røntgendiffraktion, idet den kan udføres i opløsning og således er proteinet fri for begrænsningerne af krystalgitteret. De todimensionelle NMR-teknikker, der generelt anvendes, er NOESY, som måler afstandene mellem atomer gennem rummet, og COESY, som måler afstande gennem bindinger.


Aminosyrer har forskellige R-grupper. Nogle af disse R-grupper vil være hydrofile, hvilket gør aminosyren polær, mens andre vil være hydrofobe, hvilket gør aminosyren upolær. Fordelingen af ​​de polære og ikke-polære aminosyrer i et protein påvirker proteinets funktion og placering i kroppen. Ikke-polære aminosyrer findes i midten af ​​vandopløselige proteiner, mens de polære aminosyrer findes på overfladen.

Eksempler på hvordan fordelingen af ​​ikke-polære og polære aminosyrer påvirker proteinfunktion og placering:

Styring af proteiners position i membraner: De ikke-polære aminosyrer får proteiner til at blive indlejret i membraner, mens polære aminosyrer får dele af proteinerne til at rage ud af membranen.

At skabe hydrofile kanaler gennem membraner: Polære aminosyrer findes inde i membranproteiner og skaber en kanal, som hydrofile molekyler kan passere igennem.

Specificitet af aktivt sted i enzymer: Hvis aminosyrerne i det aktive sted af et enzym er ikke-polære, gør det dette aktive sted specifikt for et ikke-polært stof. På den anden side, hvis det aktive sted består af polære aminosyrer, er det aktive sted specifikt for et polært stof.


Proteinstrukturer og sygdom

Nogle forskelle i aminosyresekvenser af proteiner er direkte relateret til sygdom. Et veldefineret eksempel er seglcellesygdom. En enkelt forskel på position nummer 6 i aminosyresekvensen af ​​hæmoglobinkæden β (en valinaminosyre findes hos personen med seglcellesygdom i stedet for glutaminsyre) resulterer i aggregering af hæmoglobinmolekylerne med deraf følgende forlængelse (seglformen) og de røde blodlegemers skrøbelighed. Sygdommen cystisk fibrose er nu blevet defineret som mutationer i et bestemt gen, der koder for et cellemembranprotein, der fungerer til at pumpe chloridioner ud af cellen. Dette protein i cystisk fibrose er defekt i denne funktion, fordi aminosyresekvensen er forskellig fra normal.


Se videoen: Biomolecules Updated (August 2022).