Protein yapısı

Protein yapısı olan farklı yapısal düzeyde ayrılabilir olarak biyokimyası . Birincil yapı ( amino asit dizisi ), ikincil yapı , üçüncül yapı ve kuaterner yapı hiyerarşisine bölünme ilk olarak 1952'de Kaj Ulrik Linderstrøm-Lang tarafından önerildi. Bir proteinin mekansal düzenlemesi ile ilgili olarak, protein konformasyonu terimi eşanlamlı olarak kullanılmaktadır. Uzaysal protein yapısındaki değişikliklere konformasyonel değişiklikler denir. Protein yapısı, proteinin işlevi için son derece önemlidir. Hatalı bir protein yapısı, orijinal protein fonksiyonunun kaybolmasına neden olabilir.

Yapısal seviyelerin hiyerarşisi

1EFN proteininin katlanması ve yapısı

Biyokimyada, proteinlerde hiyerarşik olarak düzenlenmiş dört yapısal seviye vardır :

Bazı proteinler ayrıca kendilerini kuaterner yapının ötesine geçen bir "üst yapı" veya "üst yapı" içinde düzenler. Bu, moleküler olarak, tıpkı diğer yapısal seviyeler kadar önceden belirlenmiştir. Suprastructures örnekleri vardır kollajeni kolajen fibril içinde aktin , miyozin ve titin içinde bir sarkomerinde kas fibril içinde ve kapsomerler kapsidine zarflı virüsler .

Mekansal bir yapının oluşumu

Bir proteinin üç boyutlu boşluk doldurma işlemi, çeviri sırasında kısmen kendiliğinden gerçekleşir , kısmen enzimlerin veya şaperonların işbirliği gereklidir. Ayrıca ligandlar , protein yapısını etkiler, böylece kompleksleşmeye bağlı olarak bazı proteinler , kofaktörler veya substratlar ile farklı yapıları alabilir (bakınız: konformasyonel değişim ). Bu uzaysal yapıyı değiştirme yeteneği birçok enzim aktivitesi için gereklidir.

Fonksiyonel bir uzaysal yapının oluşumundaki bozukluklara protein yanlış katlanma hastalıkları denir . Buna bir örnek Huntington hastalığıdır . Protein yapısının bir malformasyonuna kadar izlenebilen hastalıklara prion hastalıkları denir. BSE veya Alzheimer hastalığı , bu tür hastalıkların örnekleridir. Ayrıca, diabetes mellitus tip 2 bir proteopatidir, amilinin yanlış katlanmasına dayanır . Uzaysal yapı, ısı, asitler veya bazlar ve iyonlaştırıcı radyasyon nedeniyle denatürasyonla da tahrip edilebilir .

Yapı belirleme

Protein yapılarının örnekleri PDB

Uzamsal protein yapısını aydınlatmak için çeşitli deneysel yöntemler mevcuttur:

  • Olarak kristal yapı analizi , bir bir kırılma görüntüsünün bir protein kristal genellikle kullanılarak - oluşturulan X-ışınları - üç boyutlu yapısı daha sonra hesaplanabilir olan. Bunun için gereken tek kristallerin üretimi çok karmaşıktır ve bazı proteinler için henüz mümkün olmamıştır. Bu yöntemle ilgili diğer bir sorun, kristaldeki proteinlerin yapısının mutlaka doğal yapıya ( kristal paketleme ) karşılık gelmemesidir . Değerlendirilebilir kırınım görüntüleri için minimum protein kristal boyutu gereklidir. Gerekli miktarda maddeyi elde etmek için genellikle bakteriler tarafından üretilen proteinler kullanılır. Bunlar bazen daha yüksek organizmaların proteinlerinde bulunan çeviri sonrası değişikliklere sahip değildir .
  • Çözelti içindeki bir proteinin yapısı, proteinin fizyolojik ("doğal") koşullarına daha yakından karşılık gelen NMR spektroskopisi kullanılarak belirlenebilir. Protein atomları bu durumda hareket ettiği için net bir yapı oluşmaz. "Açık" bir yapı elde etmek için, gösterilen yapıların genellikle ortalaması alınır. Şimdiye kadar, NMR spektroskopisi tüm protein türleri için yapılamamaktadır. Özellikle boyut, burada sınırlayıcı bir faktördür. 30 kDa'dan büyük proteinler  henüz analiz edilemez çünkü NMR sonuçları o kadar karmaşıktır ki onlardan net bir protein yapısı türetilemez.
  • Yapı, çeşitli fizikokimyasal sınır koşullarına ( pH , sıcaklık , tuz içeriği , diğer proteinlerin varlığı gibi) bağlıdır. Stokes yarıçapı bir doğal protein veya bir protein kompleksi ile tespit edilebilir doğal PAGE , boyut dışlama kromatografisi ya da vasıtasıyla analitik ultrasantrifüj . Bu yöntemler, çapraz bağlama veya alanin taraması ile birleştirilebilir .

Yapı belirleme deneylerinden elde edilen kapsamlı bir sonuç koleksiyonu Protein Veri Bankasında bulunabilir .

Yapı tahmini

Uzamsal protein yapılarının tahmini, benzer bir diziye ve bilinen yapıya sahip proteinler zaten mevcut olduğunda iyi sonuçlar verir. Bu, sözde homoloji modellemesini mümkün kılar , bu sayede yeni sekans, yapısı bilinen ve dolayısıyla yapıya "takılan" sekans üzerine eşlenir. Bu teknik, dizi hizalamasına benzer .

Benzer amino asit dizilerinin hiçbir yapısı bilinmiyorsa tahmin daha zordur. Levinthal'ın paradoks enerjik en uygun yapıda olmasından hesaplama birçok olasılığa uygun kaynaklanmadığını göstermektedir. In Biyoinformatik büyük ilerlemeler son yıllarda yapılan ve çeşitli yöntemler olmuştur de novo - ya ab- initio geliştirilen -Strukturvorhersage. Bununla birlikte, şu anda proteinlerin yapısını aydınlatmak için güvenilir bir yöntem yoktur.

CASP rekabeti ( protein yapısı tahmini için tekniklerin kritik değerlendirmesi ) , yapı tahmini için yeni yöntemleri karşılaştırabilmek için birkaç yıldır mevcuttur . Bu yarışmada, kristalografların halihazırda üzerinde çalıştıkları yapıların amino asit dizileri katılımcıların kullanımına sunulmuştur. Katılımcılar yapıları tahmin etmek için kendi yöntemlerini kullanırlar. Bir değerlendirme ekibi daha sonra tahminleri deneysel olarak belirlenen yapılarla karşılaştırır.

Yapı tahmini, aşağıdakiler gibi çeşitli dağıtılmış hesaplama projelerinin hedefiydi veya hedefidir: B. Rosetta @ home , POEM @ home , Predictor @ home ve Folding @ home'un yanı sıra İnsan Proteom Katlama Projesi . Foldit oyunu ayrıca yapıyı netleştirmek için kitle kaynak kullanımının avantajlarından da yararlanıyor .

kaynaklar

  1. ↑ Linderstrøm-Lang, KU (1952): Proteinler ve Enzimler . In: Lane Medical Lectures . Cilt 6, sayfa 1-115. Stanford University Publications, University Series, Medical Sciences, Stanford University Press.
  2. ↑ Christian B. Anfinsen , 1972'de "ribonükleaz üzerine yaptığı çalışmalardan, özellikle amino asit serileri ile biyolojik olarak aktif konformasyonlar arasındaki bağlantıdan dolayı" Nobel Kimya Ödülü'nü aldı ( İsveç Kraliyet Bilimler Akademisi'nin ödülünün resmi nedeni )
  3. ↑ Jeremy M. Berg , John L. Tymoczko , Lubert Stryer , Gregory J. Gatto, Jr .: Stryer Biochemistry . 7. baskı. Springer Spectrum, 2013, ISBN 978-3-8274-2988-9 , s. 25-59 .
  4. ↑ L. Skora: Prion hastalıkları ve diyalizle ilişkili amiloidoz ile ilgili yapısal değişikliklerin yüksek çözünürlüklü karakterizasyonu. (PDF; 4.6 MB) Tez, Georg-August-Universität Göttingen, 2009, s. Iii.

İnternet linkleri