Bilgi

B-tabaka veya alfa sarmalını şiddetle öneren herhangi bir birincil yapı dizisi var mı?

B-tabaka veya alfa sarmalını şiddetle öneren herhangi bir birincil yapı dizisi var mı?


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.

Bir beta yaprağı veya alfa sarmalında alacağını bildiğimiz belirli bir amino asit dizisi var mı yoksa esasen rastgele mi?


Evet, alfa sarmalları oluşturma eğiliminde olan belirli amino asit dizileri ve beta yaprakları oluşturmayı tercih eden diğerleri vardır. Dizi ve yapı arasında mükemmel bir uyum yoktur, ancak belirli dizilerde belirli amino asitlerin varlığının bir konformasyonu veya diğerini daha olası hale getirdiği istatistiksel bir ilişki vardır. Örneğin alanin, glutamat, lösin ve metionin alfa sarmallarında bulunma eğilimindedir.

Bu konu yaklaşık 50 yıldır çalışılmaktadır ve bir amino asit dizisinden yapısal özellikleri tahmin etmek için birçok yöntem mevcuttur. Bu mevcut yazılım listesine ve genel olarak protein yapısı tahmini hakkındaki bu makaleye bakın.

Hangi bireysel amino asidin hangi ikincil yapıyı tercih ettiğini gösteren bu sitedeki başka bir yanıttan bu tabloya bakın (daha yüksek değer daha yüksek tercihi gösterir):


B-tabaka veya alfa sarmalını şiddetle öneren herhangi bir birincil yapı dizisi var mı? - Biyoloji

Son laboratuvarların genel ana hatları, bazı protein örneklerini kullanarak protein dizilerini ve yapılarını analiz etmek için kullanılan programlara aşina olmaktır. Laboratuarda uyguladığımız teknikleri kullanarak her birinize ayrı ayrı keşfetmeniz için bir protein verilecek. Laboratuar sırasında bireysel projeleriniz üzerinde çalışmanız için zaman olmalıdır, ancak bazı çalışmaların sınıf dışında yapılması gerekebilir. Bu bölüm, bilgisayarlar, veri tabanları ve protein dizileri/yapıları kullanılarak protein yapısı ve işlevinin incelenmesi olan proteomik üzerine odaklanmaktadır. İlk bölüm, protein yapısının birincilden dörtlü seviyelere kadar grafiksel bir incelemesini sağlar.

Protein yapıları çeşitli şekillerde temsil edilebilir. Çoğu zaman çizgi film versiyonları ikincil yapı elemanlarının nerede olduğunu vurgulamak için kullanılır. Aynısının altında, Leu25 ila Glu35 amino asitlerini kapsayan segment üç yoldan biriyle temsil edilmiştir (karikatür, çizgiler ve çubuklar veya küreler). Bir karikatür çizimi olarak, sadece ana zincir segmentleri temsil edilir ve tüm yan zincir bilgileri nihai gösterimin dışında bırakılır. Bu görüntüleme seçeneği her zaman netlik ve kolayca tanınan ikincil öğeler için. Çizgiler ve stoklar genellikle bir proteinin daha küçük bölümü için kullanılır. Çizgiler ve çubuklar bir anlamda atomlar arasında paylaşılan bağları temsil eder. Birlikte, her atom benzersiz bir renkle temsil edilebilir. Aşağıdaki çizimde karbon atomları yeşil, nitrojen mavisi, oksijen kırmızısı ve kükürt sarısıdır. Son olarak, her bir atomun bir küre (hacim) olarak sağlandığı protein yapıları temsil edilebilir. Bu tür bir temsilde, proteinin kompaktlığına tanık olunabilir.

lizozim protein yapısının belirli yönlerini vurgulamak için kullanılacaktır. Aşağıda lizozimin iki yönlü bir karikatür versiyonu bulunmaktadır. Karikatür çizimi, kırmızı (alfa sarmalları), sarı (beta sarmalları) ve yeşil (rastgele bobin) olmak üzere türe göre renklendirilmiş çeşitli ikincil yapıları göstermektedir.

Rodopsin bu laboratuvarın sonunda zar ötesi alanları vurgulamak için kullanılacaktır.

Birincil yapı (1 ) amino asit dizisi tarafından kapsanır. Bitişik amino asitler bir peptit bağı ile bağlanır. NCBI web sitesi, altında yararlı bir amino asit analiz arayüzüne sahiptir. TÜM Kaynaklar (A-Z) bağlantısını ve ardından Amino Asit Gezgini altında.

Birincil dizi, potansiyel ikincil yapısal elemanları tahmin etmek için kullanılabilir. Ek olarak, aynı proteinin farklı kaynaklardan gelen bir dizi birincil dizisi, özdeşlikler ve benzerlikler için hizalanabilir. Bu tür bir hizalama karşılaştırması olarak adlandırılan şeyin tahmini sırasında yararlıdır. korunmuş alanlar. Bu konuda daha sonra.

Birincil Sıra Arama

Çeşitli farklı veri tabanlarından birincil dizileri aramanın, içe aktarmanın, görüntülemenin ve analiz etmenin birçok yolu vardır. Çok yaygın olarak kullanılan bir proteomik sunucusu ExPASY'dir. ExPASY sitesinde veritabanları bölümünün altına girebilir ve isme ve organizmaya göre bir protein dizisi bulabiliriz. Biology Workbench içinde NDJINN kullanarak bir protein dizisi de arayabiliriz.

  • ExPASY sitesine gidin ve sağ üst köşedeki açık kutuda şunu arayın: lizozim.

  • Altında veritabanları UniProtKB'ye tıklayın

  • İçinde Sorgu pencere tipi lizozim

  • Tıkla Alanlar bağlantı

  • aşağı açılan organizma

  • Yazın Tavuk

  • Tıklamak Ekle & amp Ara

  • Tıklamak P00698

  • Altında diziler alanına tıklayın FASTA bağlantı

  • Yalnızca protein dizisini kopyalayıp bir dosyaya yapıştırın (kullanın Not Defteri Programı)

  • Bu sıra daha sonra kullanılacak

Bu web sayfası, lizozim için seçtiğiniz birincil diziye dayalı olarak birçok bilgi sağlar. Sayfa, proteinin adını, dizinin uzunluğunu, türetilen organizmayı, proteinin işlevini, protein içindeki önemli yerleri ve amino asitleri ve hatta ikincil yapısal elementler için bir haritayı sağlar (bundan sonra daha fazlası).

Biyoloji Tezgah Stili

  • Biyoloji Tezgahı sitesine gidin.

  • İçinde Oturum Araçları alan Yeni Oturum Başlat

  • içine git Protein Araçları alan

  • Program alanı altında tıklayın NJINN

  • Beyaz kutuya şunu yazın lizozim VE piliç

  • Aramak için SWISSPROT veritabanını seçin

  • Tıklamak Arama

  • İlk sırayı seçin SWISSPROT:LYG_CHICK

  • Bu diziyi içe aktar

Bu sırayı aldıktan sonra Protein Araçları alan içinde bir dizi başka programa tabi tutabilirsiniz. Biyoloji Tezgahı.

İkincil yapı (2 ) ana zincir NH ve CO grupları arasında paylaşılan tekrarlayan bir hidrojen bağları modeli yoluyla oluşur. Alfa sarmalı ve beta yaprağı olarak adlandırılan iki yaygın ikincil yapısal eleman biçimi vardır.

Alfa sarmalının yeri

alfa sarmalları bir dizi zincir içi hidrojen bağı yoluyla oluşur. n numaralı tortudaki karbonil oksijen (CO) ile n + 4 numaralı tortudaki amid hidrojen (NH) arasındaki bağ oluşur. sarmal.

Lizozimin yüzey temsili

Alfa sarmalları genellikle bir tarafın ağırlıklı olarak polar ve diğerinin açıkça hidrofobik olduğu görünümlerinde bir taraflılığa sahiptir. Bu tip alfa sarmalı amfipatik olarak adlandırılır.

Lizozim içindeki alfa sarmalı

Anti-paralel levhalar, zıt yönde yönlendirilmiş bitişik şeritlerden oluşur.

Beta Sayfaları ayrıca karbonil oksijen (CO) ve amid hidrojen (NH) atomları arasındaki hidrojen bağlarından oluşur. Bununla birlikte, hidrojen bağları tekrar eden bir periyodik doğa oluşturmaz. Bu hidrojen bağları bitişik beta zincirleri boyunca oluşur ve bu nedenle birincil diziden tahmin edilmesi zordur.

Lizozimde beta sayfası

Aynı yönde düzenlenmiş bitişik iplikler arasında paralel beta tabakaları oluşur.

Beta sarmal yapısı, üçüncül ve dördüncül yapı oluşturmak için paralel beta ipliklerinin kullanılabileceği başka bir yoldur. Bu yapının katlanması, paralel beta ipliklerini bobinler halinde sararak yukarıdan aşağıya doğru aşamalı olarak ilerler. Bu, bir kalemin etrafına tel sarmaya benzetilir. Aşağıdaki resimler, bobinin paralel şeritlerin sağladığı formu bildirmektedir.

Yığılmış paralel b dizileri

İkincil yapı tahmini, bir dizi farklı program kullanılarak yapılabilir. Bu programlar, bilinen birçok 3D protein yapısına dayalı olarak yazılmıştır. Protein yapıları 33 yılı aşkın bir süredir RCSB Protein Veri Bankası (PDB) olarak bilinen bir veri tabanına çözülmüş ve depolanmıştır. İlk 13 protein yapısı 1976'da çözüldü ve biriktirildi ve 1 Ocak 2010 itibariyle 62.000'den fazla protein yapısı belirlendi ve PDB'ye sunuldu. İkincil yapıyı tahmin etmek için yazılan orijinal algoritmalardan biri, iki bilim adamı Chou ve Fasman tarafından tasarlandı. Onların Chou-Fasman Yöntemi yalnızca birincil dizilerden birçok ikincil öğeyi tahmin etmek için başarıyla kullanılmıştır.

(1) RCSB PDB'den bilinen bir dizi protein yapısı kullanıldı (alfa helislerinin, beta tabakalarının ve rastgele bobinlerin konumlarına sahip bilinen yapılar). Aslında, her bir ikincil element türünde hangi amino asitlerin olduğunu da biliyorlardı.

(2) Heliks, tabaka veya bobinde (ikincil bir element değil) bir amino asit bulma olasılığı

(3) Lineer amino asit dizilerinden ikincil yapının tahmini için bir tarama algoritması tasarladı

(1) 2473 toplam amino asit (AA) ile bilinen 15 protein yapısını seçin

(2) Bu 2473 AA'nın bulunduğu yeri kırın (sarmal, levha, bobin)

(3) Tahmin etmek için bir normalleştirme prosedürü türet

alfa – yaygın AA glu, ala, leu ve onun

beta – ortak AA karşılandı, val, ile, cys

bobin – ortak AA şunlardır: gly, ser, pro, asn

(1) tanımla F = sarmal, levha veya dönüşte belirli AA frekansı (ikincil eleman/toplam AA'da # AA)

(2) Ortalama frekansı tanımla <F> = toplamın toplamı F bir kategorideki tüm AA için/20 AA (her bir AA'nın sarmal, levha veya bobin içindeki frekansını sağlar)

(3) Her AA için protein konformasyonel parametresini P = f/<f> olarak tanımlayın (bir AA'nın sarmalda, bobin yaprağında bulunup bulunmadığını tahmin etmek için normalizasyon faktörü sağlar)

(4) P > .0 AA'nın bu ikincil öğede bulunması için güçlü bir gösterge

(1) Çekirdeklenme Noktası - 4 sarmal oluşturucu kümesi (Pa > 1.0) veya 5 beta oluşturucudan 3'ü (PB>1.0

(2) Helis/Beta Sonlandırma - tetrapeptid P < 1.0 ile vurulana kadar her iki yönde de uzar

(3) Pro helislerde veya Glu/Pro tabakalarda değil

(4) Sınırlar - Pro, Asp, Glu N-terminal ucunu tercih eder, His, Lys, Arg C-terminal ucunu tercih eder (sarmalın dipolü nedeniyle)

(4) Beta-tabaka P ile 5 amino asit veya daha uzun gerekir B > 1.05 ve P B >P a o bölge için

(1) 2473 toplam amino asitler (AA)

(2) 890 Alfa sarmallarında AA, 424 AA beta sayfasında 1159 bobinlerde AA


(3) Normalleştirme Faktörü (P-değeri) için alanin

Frekans alanin sarmal, levha veya bobin içinde

� toplam alanin (119 sarmalda, 38 levhada, 71 bobinde)

F a = 0,522 sarmal, F B = 0.167 sayfa, FC = 0.311 bobin

F a/<F aAlanin için > = 0.522/0.359 = 1.45 (sarmal için güçlü olasılık)

F B /<F B > = 0.167/0.171 = 0.97 (sayfa için daha düşük olasılık)

-FC /<FC > = 0.311/0.469 = 0.63 (düşük olasılıklı bobin)

(1) Glu, Ala, Leu güçlü alfa sarmal oluşturucular

(2) Val, Ile, Tyr, Cys güçlü beta-yaprak oluşturucular

(3) Gly, Pro güçlü bobin oluşturucular/sarmal kırıcılar

Manuel İkincil Yapı Tahmini

Aşağıdaki dizilere bir dizi P değeri atayın

Arg Asn Ala Glu His Lys His Ala Glu Leu Gly Pro

Bu amino asit aralığının alfa sarmalı, beta bobin yaprağı olma olasılığının daha yüksek olup olmadığını tahmin edin

Bilgisayar Tabanlı İkincil Yapı Tahmini

EXPASY Proteomics Server ve Biology Workbench'i, bir giriş birincil dizisi için ikincil yapı öğeleri için tahminler yapmak için de kullanabiliriz.

  • git ExPASY

  • Araçlar alanı altında vurgulayın İkincil Yapı Tahmini

  • Bu bölüm altında, birincil diziden ikincil yapıyı tahmin etmek için birçok yöntem vardır.

  • Ayrıca geri dönebilirsiniz P00698

  • Bu sayfada lizozim dizisini doğrudan analiz etme seçenekleri vardır.

  • Sıralar bölümlerinin altındaki açılır menüyü kullanın Aletler

  • Seçme ProtScale ve bas git

  • Buradan bir dizi farklı analiz aracı var

  • Biri alfa sarmal Chou-Fasman

  • Bu programı seç ve çalıştır

Biyoloji Tezgah Stili

  • Biyoloji Tezgahı sitesine gidin.

  • Lizozim dizisini seçin

  • Çalıştırmak PELE

  • Görüntüle JOI (en iyi bileşik tahmin)

Üçüncül Yapı (3 ) hidrofobik etki tarafından tahrik edilen ikincil elementlerin çökmesinden oluşur. Hidrofobik etki, polar olmayan amino asitlerin son katlanmış proteinin iç kısmına yerleştirilmesiyle açıklanır. Bu, suyun entropisini arttırır ve bunun protein katlanması sırasında itici güç olduğu düşünülmektedir. Bunda bağlanma

hidrofobik Etkileşimler


Kuaterner Yapı (4 )
üçüncül yapı için açıklanan tüm kemikleri kullanır. Yine, R grupları arasındaki etkileşimler tarafından yönlendirilir. Bununla birlikte, bu yüksek dereceli yapı, monomerik üçüncül yapıyı oligmerler halinde birleştirir. Dimerler, trimerler, tetramerler, pentamerler ve heksamerlerin tümü yaygın olarak meydana gelen oligomerik veya kuaterner yapı türleridir. Bu dörtlü yapı formlarının her biri simetrik olarak düzenlenmiştir.

Laktat dehidrogenaz (LDH), monomerik ve tetramerik formlarında ikincil yapıya göre renklendirilmiş olarak görüntülenir.

Ek olarak, LDH tetramer zincirle renklendirilir ve hem karikatür hem de yüzey fasionunda görüntülenir. Simetri çizgileri bu son iki görünümden açıkça görülmektedir.

Bu yakından görünüm, hem hidrofobik bir etkileşimi hem de karşıt alt birimlerden gelen yan zincirler arasında paylaşılan bir iyon çiftini gösterir. Bu etkileşimler sadece bir dimer olarak oligomerik formda meydana gelir.

Malat dehidrojenaz (MDH) dimer zincir ile gösterilmiş ve renklendirilmiştir. Her bir polipeptit zincirinin kendi rengi vardır. Simetrik görünüm bu görünümde belirgindir. Alt birimler arasındaki etkileşimler sonraki iki görünümde temsil edilmiştir.

Desenler, Motifler ve Etki Alanları

desenler veya siteler, bir işlevi barındıran veya değişikliğe tabi bir konum olan ardışık amino asitlerin küçük bölümleridir. Örnekler fosforilasyon (fosfat), glikosilasyon (şeker) ve miristilasyon (yağ) bölgeleridir. Bu siteler proteinlerde gereksizdir çünkü sadece birkaç amino asit tarafından tanımlanırlar. Böylece, tipik bir protein içinde

200 amino asit, üç amino asit dizisi bulma olasılığı yaygındır.

Motifler (veya süper ikincil yapı) ikincil elemanların basit düzenlemelerinden ve tipik olarak sadece yapısal olarak inşa edilir. Yaygın olarak kullanılan bazı motifler yapısaldır ve beta firkete, Yunan Anahtarı, Çinko Parmak, beta-alfa-beta motifi ve alfa sarmalı-dönüş-alfa sarmal motifini içerir. Bu yapısal elemanlar stabildir ve beta iplikli elemanları bağlamak için kullanılır. Beta-firkete, bitişik anti-paralel iplikleri bağlamak için kullanılırken beta-alfa-beta motifi paralel iplikleri birleştirir.

Beta-firkete Yapısal Motif

Bazı motifler, birincil dizilimde birbirinden oldukça uzak olan çok daha küçük amino asit düzenlemelerinden oluşur. Örneğin, tripsin ailesi katalitik üçlüsü, aktif içinde çok yakın bir yerde bulunan bir Aspartik asit-102, Histidin-57 ve Serin-195 içerir. Bununla birlikte, birincil yapıdan, bu üç kalıntının, tripsin aktif bölgesi içinde fonksiyonel bir motif oluşturmak için yakın mesafede olduğu tahmin edilemez. Ancak bu üç kalıntının tripsin ailesi katalitik üçlü motifinde gruplandırılmasına izin veren bir dizi başka biyokimyasal ve yapısal çalışma yapıldıktan sonra oldu. gibi bir dizi program ARAŞTIRMA ve PPSEARCH arayacak PROZİT motifler ve desenler için veritabanı.

Tripsin Fonksiyonel Motifi

Etki Alanları olarak bilinir işlevsel proteinler içindeki birimler. Alanlar için boyut aralıkları, düşük 36 amino asitten 692 amino aside kadar uzanır. Alanların çoğunluğu 200'den az amino aside sahiptir ve ortalama alan 100 amino asit barındırır.

korunan alanlar NS işlevsel Moleküler evrim sırasında bir araya gelen proteinlerdeki bölgeler. Bu fasionda, zamanla evrimsel değişikliklere yol açan farklı fonksiyon setlerine sahip yeni proteinler üretilebilir. Bu tür alanlar, amino asit dizisi kümeleri olarak görünür. Aslında, amino asit kümelerinin bu benzersiz düzenlemeleri, sözde korunan alanı tanımlamak için kullanılır. Çoklu dizi hizalamaları, bir protein dizisinde makul korunmuş alanların nerede bulunduğuna ilişkin bilgi sağlar.

İkinci bir alan sınıflandırması türü, 3D alanlar. Bu alanlar, bilinen ve korunmuş üç boyutlu protein şekillerine dayanmaktadır. 3B etki alanları, evrim sırasında kararlı bir şekilde katlanmış ve işlevsel birimler olarak toplanır. A korunmuş alan henüz temsili bir 3D etki alanına sahip olmayabilir. Bir 3B alan tahmini, karşılaştırma sırasında bilinen bir 3B yapının kanıtlanmasını gerektirir. program AKILLI-Basit Modüler Mimari Araştırma Aracı birincil dizilerdeki fonksiyonel alanları bulmak için kullanılabilir.

RCSB ana sayfasının üst köşesindeki PDB İstatistikleri bağlantısı, RCSB PDB'de depolanan çeşitli protein yapıları hakkında bazı ilginç bilgiler sağlar. Daha ilginç bilgi parçalarından biri, yıllara göre belirlenen kat sayısıdır. Gördüğünüz gibi, 1980'lerin ortalarında toplam protein kıvrımlarının sayısında sürekli bir artış oldu. Bu artış 2007 yılında zirveye ulaştı.

Desen, Motif ve Etki Alanı Tahmini

Siteler, motifler ve etki alanları için birincil diziyi aramak için kullanılabilen bir dizi program vardır. Bu programlar, benzersiz siteler, motifler ve etki alanlarını derleyen veritabanlarını inceler. Bu veri tabanları, 1980'lerde ve 90'larda birçok yeni protein üzerinde fonksiyonel ve yapısal çalışmalara dayalı olarak hızla büyüdü.

  • git ExPASY

  • Altında Araçlar ve Yazılım alan tıklayın Proteomik araçları

  • şuraya git Desen ve profil aramalar

  • Tıklamak PPArama

  • Bu programı seç ve çalıştır

  • Kopyala ve yapıştır lizozim kutuya sırala

  • Tıklamak Evet altında Katmakbol desenler

  • Dört PS bağlantılar kalıplar hakkında bilgi sağlar

  • Desen sayfasında ek bağlantılar bulunur

  • NS PRU bağlantı temel kuralı sağlar

  • NS PDOC bağlantı bir bilgi paragrafı sağlar

Biyoloji Tezgah Stili

  • Lizozim dizisini seçin

  • Bu sırayı gönder PPSEARCH

  • Tıklamak Gereksiz kalıpları dahil et

  • Çıktı eşleşmeleri PPSEARCH itibaren EXPasy

  • Entrez, motifleri ve alanları aramak için kullanılabilir

  • CDD – korunmuş protein alanı veritabanına tıklayın

  • Arama yöntemlerine tıklayın

  • Lizozim dizisini kopyalayıp yapıştırın. Protein Sorgu Dizisi pencere

  • Kullanmak CDDv2.18 olarak Arama Veri tabanı

  • Gönder'e basın

  • Kırmızı üçgenler/çizgiler üzerinde bulunan çeşitli alanların üzerine fareyi getirin

Desenler ve Motifler ExPASY Stili

  • git ExPASY

  • Altında Araçlar ve Yazılım alan tıklayın Proteomik araçları

  • şuraya git Desen ve profil aramalar

  • Tıklamak PPArama

  • Bu programı seç ve çalıştır

  • Kopyala ve yapıştır piruvat kinaz kutuya sırala

  • Tıklamak Evet altında Katmakbol desenler

  • Beş PS bağlantılar kalıplar hakkında bilgi sağlar

  • Desen sayfasında ek bağlantılar bulunur

  • NS PRU bağlantı temel kuralı sağlar

  • NS PDOC bağlantı bir bilgi paragrafı sağlar

Etki Alanları SMART Stili

Piruvat kinaz dizisini analiz için aşağıdaki PFAM alanları


Transmembran Bölgeler

Bazı proteinler, lipit çift tabakası içinde gömülü amino asit dizilerinin bir kısmına sahiptir. Bir çift tabaka içinde gömülü olan protein dizisinin bu alanları hidrofobik olmalıdır. Bir amino asit dizisinin hidrofobikliğini tahmin edebilen biyoinformatik programlar vardır. yine ikisi de ExPASY ve Biyoloji Tezgahı bu programlardan bazılarının erişilebilir olmasını sağlayın.

BİYOLOJİ TEZGAHI bir proteindeki hidrofobiklik bölgelerini ve potansiyel membranı kapsayan alanları belirlemek için üç program içerir. Biyoloji Tezgahına girin ve Protein Araçları altında dizinizi seçin. Ardından aşağıda listelenen programlardan birini seçin.

GRES Kyte-Doolittle Hidropati Profili oluşturmanıza olanak sağlar. Bu, ikincil yapıyı öngörmez, bu nedenle hem alfa sarmalını hem de beta yaprağı transmembran alanlarını algılar. 0'dan büyük sayılar hidrofobikliğin arttığını, 0'dan küçük sayılar hidrofilik amino asitlerde bir artışı gösterir.

TMHMM transmembran alfa sarmallarının konumunu ve araya giren döngü bölgelerinin konumunu tahmin etmenize olanak tanır. Bu program ayrıca sarmallar arasındaki hangi döngülerin hücre veya organelin içinde veya dışında olacağını da tahmin edecektir. Bu program, beta sayfası transmembran alanlarını tespit etmeyecektir. Bir alfa sarmalındaki bir lipid çift tabakasını yaymak için yaklaşık 20 amino asit gerekir. Programlar, hidrofobik amino asitler içeren 20 amino asit uzunluğunda bir alfa sarmalının varlığını arayarak bu transmembran alanlarını saptayabilir.

TMAP transmembran kapsayan alanları tespit etmek için bir Kyte-Doolittle Hidropati Profili kullanır. Bu, etki alanının TMHMM'de olduğu gibi bir alfa sarmalı olmasını gerektirmez. Aynı zamanda, transmembran alanı için amino asit numaralarını sağlar. Bu, özellikle sinyal peptitlerinin saptanması için kullanışlıdır. Bir sinyal peptidi, ökaryotik proteinlerin amino ucunda endoplazmik retikulum ve sıklıkla sekresyon için hedeflenen kısa bir hidrofobik sekanstır.

Transmembran Tahmini

Proteinlerin hidrofobik bölgelerinin tahmini, Hidropati İndeksine dayanmaktadır. Sıfırdan büyük sayılar hidrofobik doğayı belirtirken, sıfırdan küçük değerler hidrofilikliği gösterir.

BİYOLOJİ ÇALIŞMASI altında, protein araçlarına gidin

GRES, TMHMM ve TMAP üzerinden çalıştırın


TAHMİNİ TRANSMEMBRAN SEGMENTLERİ


0_LYG_CHIC Tahmini TMH sayısı: 1

0_LYG_CHIC TMH'lerde AA Exp sayısı: 20.46703

0_LYG_CHIC Exp numarası, ilk 60 AA: 20.18892

0_LYG_CHIC Toplam N-in olasılığı: 0.45484

0_LYG_CHIC OLASI N-terimli sinyal dizisi

0_LYG_CHIC TMHMM2.0 1 9 dışında

0_LYG_CHIC TMHMM2.0 TMhelix 10 32

0_LYG_CHIC TMHMM2.0 33 211 içinde


BİYOLOJİ ÇALIŞMASI altında, protein araçlarına gidin

Rodopsin protein dizilerini içeren dosyaları bulmak için NDJINN kullanın (HSU49742)

Yalnızca primat dizilerini aramak için GBPRI'yi kullanın

Bu diziyi içe aktarın ve GREASE, TMHMM ve TMAP üzerinden çalıştırın

Gres Çıkışı

TAHMİNİ TRANSMEMBRAN SEGMENTLERİ

TM 7: 284 - 304 (21)

Ünite 4 için Rapor (toplam 50 puan)

Aşağıdaki bilgileri içeren resmi bir yazılı rapor istiyoruz. Soruları yapıştırmayın, bunlar sadece organize olmanıza yardımcı olmak içindir. Bir görsele sağ tıklayarak raporunuzda rakamlar oluşturabilir ve ardından kopyalayıp raporunuza yapıştırabilirsiniz. Biology Workbench'ten çok fazla ekstra çıktı, yani adlar ve erişim numaraları eklemeyin, sadece şekil ve şekil açıklaması yapın ve ardından iyi yazılmış, rasyonel raporunuzda bunun ne anlama geldiğini açıklayın.

1. Bir gerçekleştirin BLASTP atadığınız sıraya karşı PDBFINDER (bir kristal yapıdan protein dizisi) ve SWISSPROT-İNSAN (DNA'dan dizi) veri tabanları Biyoloji Tezgahı (Ctrl tuşunu kullanarak her ikisini de aynı anda seçebilirsiniz) veya BLASTP doğrudan ExPASY sitesinde.

Size atanan proteinin bir paragraflık kısa bir açıklamasını ekleyin, yani bu nedir, ne yapar, herhangi bir biyokimyasal yolda mı, hangi organlarda bulunur, hücre içi mi hücre dışı mı, sinyal peptidi, zar ötesi alanlar vb. Atanmış proteininizin işlevini tanımlamak için birkaç site kullanabilirsiniz (ARAŞTIRMA, PPSEARCH, AKILLI, GRES, TMHMM, TMAP ExPASY UniPathway, ExPasy Enzim vesaire). Size rehberlik etmesi için aşağıdaki desen, motif vb. bilgileri kullanın.

Desenler ve motifler

Either "kalıbını kullanınız PPSEARCH veya ARAŞTIRMA desenleri ve küçük motifleri bulmak için. Bunları ExPasy veya Biology Workbench Style'da kullanabilirsiniz.

Etki Alanları

Kullan AKILLI dizinizdeki işlevsel etki alanlarını aramak için site.

Transmembran Etki Alanları

için kullanın GRES, TMHMM, ve TMAP herhangi bir transmembran alanını tahmin etmek için. Bunun için Biyoloji Tezgahı sitesini kullanın.

Tartışmanızı desteklemek için bu programların çıktılarını ekleyin.

ExPASY UniPathway, ExPasy Enzim

altında bu siteleri kullanın EXPASİ proteininizi tanımlamanıza yardımcı olacak ana sayfa (metabolik bir enzim ise yol). ExPASY UniPathway, proteininiz için bir yol hakkında bilgi sağlayabilirken ExPASY Enzyme, enziminiz ve ayrıca proteini kullanıp kullanmadığınız hakkında bilgi sağlar. Biyokimyasal Yollar linkten enzimin nerede çalıştığının görüntüsünü alabilirsiniz. NS İlgili araçlar ve veritabanları Enzim bağlantısının altında başka bilgi kaynakları da vardır.

2. A PyMol içeren resim 3 boyutlu çizgi filmdeki proteininizin yapısı üç şekilde.

A. Türe göre renklendirilmiş ikincil yapılara sahip bir form.

A resminizde hangi ikincil yapı tahmin çıktısının öngördüğü ile gerçek 3B yapının neyi gösterdiği arasında karşılaştırmalı bir açıklama ekleyin.

B. kullanılarak bulunan her bir desen ve motifin en az bir temsilcisi ile karikatür olarak çizilmiş ikinci bir görüntü PPSEARCH VEYA ARAŞTIRMA. Her bir motif/desen kendi rengine sahip olmalı ve yan zincirleri renk koordineli çubuklar olarak temsil etmelidir.

B resminizde bulunan ve vurgulanan motiflerin bir açıklamasını ekleyin.

C. Birden çok etki alanını bağımsız olarak renklendirmek için SMART çıktısını kullanan üçüncü bir görüntü (mümkünse). Bu, sağlanan tüm amino asit dizileri için mümkün olmayabilir. Tahmini alan(lar)ınız varsa, bunları bir karikatür çiziminde ayrı ayrı renklendirin.

Resim C'de çizildiği gibi, bulunan alanların tanımını ve proteininiz için fonksiyonel veya yapısal önemini ekleyin.

3. Proteininizin ait olduğu protein ailesinin açıklaması (paraloglar, Lab 4.2). Ünitenin bu kısmı için 6-7 ilgili insan protein dizisini (aynı proteinin 6-7 farklı dizisini değil) tanımlayıp içe aktarmanızı ve bu dizileri hizalamanızı istiyoruz. Sadece en yakından ilişkili olanı değil, birkaç paralog seçmeye çalışın, ancak 100 puanın çok altına inmeyin, aksi takdirde hizalamalar çok iyi olmaz. Proteininizin ait olduğu protein sınıfı için bilinen bir motif varsa, hizalanmış dizilerinizde bu motifi arayın.

Amino asit dizisi hizalamasının bir resmini ve Consurf'tan (Lab 4.3) 3B hizalamayı ekleyin. Hangi bölgeler korunmuş görünüyordu ve bu, proteinin aktif bölgesi veya bağlanma bölgesi hakkında bildiklerinizle tutarlı mı?

4. Proteininizin farklı türlerdeki evriminin açıklaması (ortologlar, Lab 4.2). Ünitenin bu kısmı için, aynı proteinin farklı türlerden 6-7 protein dizisini tanımlayıp içe aktarmanızı ve bu dizileri hizalamanızı istiyoruz. Karşılaştırma için uzaktan akraba türler seçmeye çalışın, yani bu proteini maya veya bakteride bulabilir misiniz? Proteininizin ait olduğu protein sınıfı için bilinen bir motif varsa, hizalanmış dizilerinizde bu motifi arayın.

Amino asit dizisi hizalamasının bir resmini ve Consurf'tan (Lab 4.3) 3B hizalamayı ekleyin. Hangi bölgeler korunmuş görünüyordu ve bu, proteinin aktif bölgesi veya bağlanma bölgesi hakkında bildiklerinizle tutarlı mı? Hem paralog hem de ortolog hizalamaları işe yaradıysa, her ikisini de nihai raporunuza ekleyin. Değilse, yalnızca iyi çalışmış gibi görüneni ekleyin.

5. Bulgularınızı özetleyen bir sonuç. Aşağıdakiler hakkında özellikle yorum yapın

3B yapısal hizalamalarda görülen en fazla dizi benzerliği nerede? Ortologlar mı yoksa paraloglar mı daha yüksek oranda korunmuştu? Bu, ortologların ve paralogların göreli işlevleriyle tutarlı mı?

Bu biyoinformatik araçlarının, atanmış proteininizin evrimini ve işlevini daha iyi anlamanıza nasıl yardımcı olduğunu ekleyin. Programlarda sınırlamalar varsa, bunlardan da bahsedin, yani motifleri, ikincil yapıyı vb. tahmin etmede kullandığınız biyoinformatik programları ne kadar doğruydu.

Not: Bu raporu yazarken, çeşitli programların çıktılarını sonuna eklemeyin. Sen ZORUNLU tüm çıktıları raporun içine ve alaka düzeyini tartıştığınız yerin yakınına gömün. Bu, sizin açınızdan bazı organizasyon çalışmaları gerektirecektir. Raporun 1. sayfasındaki kalıplar, motifler ve etki alanları hakkında konuşmak ve destekleyici çıktıyı 5. sayfada almak anlamsızdır. OLUMSUZ çeşitli programlardan görüntülerin basitçe sonuna eklendiği yazılı raporları kabul edin.


De novo tasarımlı peptitlerin uygulamaları

3.2.2.2 β-sayfaları

β-tabakaları, birkaç β-şeritinin kendi kendine birleştiği ve zincirler arası hidrojen bağı ile stabilize edildiği zaman oluşur, bu da hidrofobik yan zincirlerin bir yöne ve polar yan zincirlerin diğer yöne işaret ettiği genişletilmiş amfipatik tabakaların oluşumuna yol açar (Şekil 1). 3.1D,E). Sarmal bobinler gibi, β-tabakaları, proteinlerdeki çoğu doğal tabaka antiparalel olma eğiliminde olmasına rağmen, bireysel ipliklerin paralel, antiparalel veya karışık düzenlemelerine sahip olabilir. β-dallı yan zincirlere sahip amino asitlerin, örneğin Val (V), Thr (T) ve Ile olduğu bilinmesine rağmen, tekrarlayan dizi modelinin dışında, β ipliklerinin ve tabakalarının oluşumunu yöneten birkaç kural vardır. (I), tercih edilir [18,19]. β-iplikleri aynı zamanda iki antiparalel ipliğin kısa düzensiz bir halka ile birleştirildiği β-saç tokaları olarak bilinen küçük yapılarda bir araya gelebilir.


II. Protein Yapısının Temel Elemanları

Küresel proteinlerde bulunan diğer ana yapısal eleman, &beta tabakasıdır. Tarihsel olarak, ilk olarak keratin liflerinin &beta veya genişletilmiş formu olarak gözlemlendi. İlgili moleküler yapının yaklaşık olarak anlaşılması, & beta için alfa yapısından çok daha önce elde edildi, çünkü fiber boyunca tekrarlanan mesafeler, omurganın neredeyse tamamen uzatılması gerektiğini gösterdi, bu da ayrıntılarda bile çok fazla konformasyon seçeneği bırakmadı. omurga geometrisi iyi bilinmiyordu. Astbury, 1933'te & beta yapısını, alternatif yan zincir yönü ve bitişik antiparalel zincirler arasında hidrojen bağları olan düz, uzatılmış zincirler olarak tanımladı. Pauling ve Corey (1951), hem antiparalel hem de paralel & beta levhası için doğru hidrojen bağlama modellerini tanımladılar ve ayrıca levhaların, levha düzleminin biraz üstünde ve altında art arda & alfa-karbonlarla "katlanmış" olduğunu fark ettiler. &beta yapısının, karakteristik bükülmesi gibi bazı özellikleri, üç boyutlu protein yapılarında birkaç &beta yaprağının görülmesine kadar tanınmadı.

İNCİR. 20. Cu,Zn süperoksit dismutazdan (93-98, 28-33 ve 16-21 artıkları) bir antiparalel ve beta yaprağı örneği. Oklar, her bir iplikteki zincirin yönünü gösterir. Ana zincir bağları katı ve hidrojen bağları noktalı olarak gösterilmiştir. Antiparalel ve beta tabakasının model özelliğinde, yakın aralıklı hidrojen bağları çiftleri geniş aralıklı olanlarla değişir. Bakış yönü çözücüdendir, böylece yukarıya bakan yan zincirler ağırlıklı olarak hidrofilik ve aşağı bakanlar ağırlıklı olarak hidrofobiktir.

&beta sayfası, Ramachandran grafiğinin sol üst çeyreğindeki geniş, sığ enerji minimumu içine düşen &phi, &psi açıları ile neredeyse tamamen uzatılmış şeritlerden oluşur (bkz. Şekil 7 ve 9). & beta zincirleri paralel veya antiparalel yönelimde etkileşime girebilir ve iki formun her biri farklı bir hidrojen bağı modeline sahiptir. Şekil 20 ve 21, gerçek protein yapılarından antiparalel ve paralel ve beta tabakalarının örneklerini göstermektedir. Paralel olmayan tabaka, iplikçiklere dik hidrojen bağlarına sahiptir ve dar aralıklı bağ çiftleri, geniş aralıklı çiftlerle dönüşümlüdür. İplik boyunca N-'den C-terminal yönüne bakıldığında, yan zincir yukarı baktığında, dar H bağı çifti sağa işaret edecektir. Paralel levha, teller arasında açı yapan eşit aralıklı hidrojen bağlarına sahiptir.

İNCİR. 21. Flavodoxinden (82-86, 49-53 ve 2-6 artıkları) paralel ve beta yaprağına bir örnek. Paralel ve beta tabakasının model özelliğinde, hidrojen bağları eşit aralıklarla yerleştirilmiştir ancak alternatif yönlerde eğimlidir. Levhanın her iki tarafı da diğer ana zincir tarafından kaplandığından (paralel levha için hemen hemen her zaman doğru olduğu gibi), her iki yönü işaret eden yan gruplar, ipliklerin uçları dışında ağırlıklı olarak hidrofobiktir.

Bir &beta yaprağı içinde, bir &alfa sarmalı içinde olduğu gibi, tüm olası omurga hidrojen bağları oluşturulur. Hem paralel hem de antiparalel&beta yaprağında, her bir şerit boyunca yer alan yan gruplar, tabakanın üstünde ve altında yer değiştirirken, komşu şeritler üzerinde birbirine zıt olan yan gruplar, tabakanın aynı tarafına uzanır ve birbirine oldukça yakındır. Komşu iplikler üzerindeki bu yakın yan zincir çiftleri, birlikte yüklerin aksine hidrofobik grupların bir arada bulunmasına yönelik tercihler ve dallanmamış & beta-karbonların yanında (antiparalel tabakada) dallanmış & beta-karbonlara sahip olma tercihlerini gösterir, ancak bu tercihlerin hiçbiri 2'ye 1'den daha güçlü değildir. ve Sander (1980a,b), komşu iplikler üzerindeki spesifik kalıntı çiftlerinin, polariteye göre basit gruplandırmanın üzerinde ve ötesinde birbirini tanıdığını göstermişlerdir, ancak yine, korelasyonların beklendiği kadar güçlü olmadığı gerçeği hakkında yorum yaparlar. İlgili faktörlerin türüne bir örnek olarak, bir çift yan zincirin, &beta yaprağının komşu iplikleri üzerindeki dallanmış &beta-karbonlar ile etkileşimlerini inceleyelim. Valin ve izolösin, ana zincire (Janin) göre kademeli &chi 1 oryantasyonu için oldukça güçlü bir konformasyonel tercihe (vakaların üçte ikisinden daha iyi) sahiptir. et al., 1978). Bitişik paralel şeritler arasındaki ilişki bir öteleme olduğu için, tercih edilen konformasyon "fincan"daki komşu Val veya Ile kalıntıları çok uygun bir paketleme içinde arkadan öne doğru. Bitişik antiparalel şeritler arasındaki ilişki iki yönlü olduğundan, bu durumda tercih edilen &chi 1 açısına sahip bir çift yan zincir ya arka arkaya boş bir boşluk bırakarak ya da önden öne doğru paketlenir, bu da ana hat olmadığı sürece bir çarpışmaya neden olur. zincir yapısı ayarlanır. Bu kısıtlamaların etkileri gerçekten de kalıntı çifti oluşum modellerinde görülebilir, ancak bu sadece zayıftır. Örneğin, antiparalel sayfadaki Val-Val veya Val-Ile çiftlerine bakıldığında, yan zincirlerden birinin, ikisinin iyi toplanabilmesi için olumsuz bir &chi 1 açısı benimsediği görülür (sol üstte olduğu gibi). ya da ana zincir &beta-karbonları optimum bir mesafeye koymak için bükülmüştür (örneğin, kimotripsindeki bir Leu-Val çifti elastazda bir Val-Val çifti olduğunda, &beta-karbonlar 0.65 Å hareket eder daha ayrı). Bu da elbette &chi 1 tercihinin daha güçlü olmamasının veya &phi , &psi açılarının daha düzenli olmamasının bir nedenini gösteriyor. Genel olarak, bu tür bir incelemeden edinilen izlenim, proteinin aynı anda o kadar çok faktörü dengelediği ve herhangi bir bireysel sorunu telafi etmenin her zaman yolları olduğudur. Bu nedenle, bireysel parametrelerin çalışmaları, genel paketleme kısıtlamalarının gücüne rağmen, yalnızca zayıf düzenlilikleri ortaya çıkarır. Lifson ve Sander'in (1980b) stereo figürlerinde gösterildiği gibi, büyük tabakaların merkezlerindeki bitişik yan zincirlerin uzun dizilerine bakıldığında, antiparalel ve paralel tabakalar arasındaki paketleme farkının daha güçlü bir ifadesi görülür: Ile-Leu-Val Elastazda -Leu ve Val-Ala-Thr-Gly-Ile ve concanavalin A'da Ala-Ile-Ala-Val, Ala-Ile-Leu-Ile-Ala ve Ser-Thr-His-Val-Ser, Val-'e karşı Val-Ile-Val-Val-Val ve Ile-Val-Ile gliseraldehit-fosfat dehidrojenaz alanı 1 ve Val-Val-Ile, Val-Val-Val ve triozfosfat izomeraz içinde Ile-Ile-Val. [Wouters ve Curmi (1995), &beta sayfasındaki çift frekanslarının güncellenmiş bir istatistiksel çalışmasını verirken, spesifik yer değiştirmelerin enerjileri deneysel olarak, özellikle protein G'nin güzel davranışlı B alanında (örneğin, Smith ve diğerleri 1994) incelenmiştir. ]

& beta iplikleri, ya saf paralel bir levha, saf bir anti-paralel levha veya bazı iplik çiftlerinin paralel ve bazıları paralel olmayan bir karışık levha halinde birleşebilir. Çeşitler rastgele olsaydı, çok az sayıda saf tabaka olurdu, ama aslında karışık tabakalara karşı güçlü bir önyargı vardır (Richardson, 1977), çünkü belki de iki tip hidrojen bağı biraz farklı peptit yönelimlerine ihtiyaç duyar. &beta tabakalarının içindeki ipliklerin sadece yaklaşık 20-037'si bir tarafta paralel ve diğer tarafta antiparalel bağa sahiptir.

İNCİR. 22. Laktat dehidrojenazdan (tortular 263-294) uzun, iki iplikli bir antiparalel ve beta yapısı şeridi örneği. Yan zincirler gösterilmemiştir, hidrojen bağları noktalıdır. İzole edilmiş iki telli şeritlerde tipik olduğu gibi, zincirler çok güçlü bir bükülme gösterir (yaklaşık beş kalıntıda 180°).

Paralel ve beta sayfası genel olarak antiparalelden çok daha düzenlidir. &phi , &psi açıları, örneğin Nagano'da (1977a) olduğu gibi, her iki yaprak türü için çizilirse, paralel kalıntılar oldukça sıkı bir şekilde kümelenirken, antiparalel olanlar tüm çeyreğe yayılır. Paralel ve beta yapısı, toplam beşten daha az iplikten oluşan tabakalarda neredeyse hiç oluşmazken, antiparalel ve beta yapısı genellikle sadece iki iplikten oluşan bükülmüş bir şerit olarak ortaya çıkar. Şekil 22, böyle bir iki-şeritli antiparalel ve beta şeridini göstermektedir. Paralel ve beta levhalar ve karışık levhaların paralel kısımları her zaman iyice gömülür ve diğer ana zincir (genellikle &alfa-helisler) onları her iki tarafta korur. Öte yandan, antiparalel tabakaların tipik olarak bir tarafı çözücüye maruz bırakılır ve diğer tarafı gömülüdür, böylece amino asit dizisinde sıklıkla bir yan zincir hidrofobikliği değişimi gösterirler. [Kontrast hala çok gerçek, ancak şimdi solvente maruz kalan paralel &beta yaprağı örnekleri var: LpxA (1LXA) gibi paralel &beta-sarmal yapılarının bazı kısımlarında veya ribonükleaz gibi &alfa /&beta nallarının iç yüzeyinde inhibitörü (1DFJ). Bununla birlikte, bu sadece çok tekrarlı ve çok düzenli paralel ve beta-tabakalar için meydana geliyor gibi görünüyor ve muhtemelen işbirlikçilikleri sayesinde stabilizasyondan faydalanıyor.] &beta tabakaları genel olarak, tabakanın kenar şeritlerinden çok merkezi için daha büyük hidrofobikliğe doğru bir eğilim gösteriyor. (Sternberg ve Thornthon, 1977c).Paralel ve beta tabakalarının bu üç gereksinimi (düzenlilik, boyut ve koruma), paralel ve beta yapısının antiparalelden daha az kararlı olduğunu gösterir (Richardson, 1977), çünkü görünüşe göre geniş bir hidrojen bağı ağının işbirliğine ihtiyaç duyar (bkz. et al., 1979) ve ayrıca sudan korunan bu hidrojen bağlarına ihtiyaç duyuyor gibi görünüyor. (Omurgayı büyük hidrofobik yan zincirlerle korumak aslında mümkündür, ancak bunlar açıkta kalan bir yüzeyde oluşacak kalıntılar değildir.) Karışık ve beta tabakaları, baskın H-bağ tipinin genel görünüm karakteristiğine sahip olma eğilimindedir. Karboksipeptidaz veya karbonik anhidraz gibi yaklaşık olarak yarı yarıya olan tabakalar paralel tabakalar gibi görünmeye meyillidir çünkü her iki tarafta da önemli ölçüde korumaya ihtiyaç duyarlar. Şekil 23, bir proteindeki tipik bir paralel tip ve beta yaprağı yapısının şematik bir çizimidir.

İNCİR. 23. Paralel ve beta yaprağının baskın yapısal özellik olduğu bir protein olan flavodoksinin omurgasının şematik çizimi. Levha (oklarla gösterilen) bir kenardan gösterilmiştir, böylece karakteristik bükülme açıkça görülebilir.

Bilinen protein yapılarında meydana geldiği için & beta yaprağının en göze çarpan özelliklerinden biri bükülmesidir (Chothia, 1973). Bu bükülme, literatürde ne yazık ki birbiriyle çelişen iki uzlaşım tarafından tanımlanmış olmasına rağmen, her zaman aynı elle tutulurluğa sahiptir. Komşu &beta ipliklerinin birbiriyle kesiştiği açı cinsinden tanımlanırsa, bükülme solaktır (örn., Quiocho). et al., 1977 Shaw ve Muirhead, 1977) bir iplik boyunca bakıldığında hidrojen bağlanma yönünün veya peptit düzlemlerinin bükülmesi açısından tanımlanırsa, bükülme sağ elle yapılır (örneğin, Schulz et al., 1974a Chothia et al., 1977). Bu makalede sağ elini kullanan tanımı kullanacağız, çünkü izole bir dizi için bile anlamlıdır. [Sağ elini kullanan tanım kazandı ve artık standart.] Şekil 23, bükülmenin belirgin olduğu bir &beta sayfasının yandan görünüşünü göstermektedir.

Tabii ki, düz n = 2 konformasyonunun özellikle elle kullanılan amino asitler için tercih edilmesini beklemek için hiçbir önsel neden yoktur, ancak L-amino asitlerin sağ-elli iplik bükümünü desteklediği kesin mekanizma tamamen açık değildir ve aşağıda açıklanmıştır. birkaç farklı yol. Yerel konformasyonel enerjinin ayrıntılı hesaplamaları (örneğin, Zimmerman ve Scheraga 1977a) minimum kuyuyu her zaman düz bir şeridin n = 2 çizgisinin sağına yerleştirir (bakınız Dickerson ve Geis, 1969), ancak minimum çok geniş, sığdır. bir. Chothia (1973), &phi , &psi grafiğindeki genel &beta alanı içindeki erişilebilir konformasyonların çoğu n = 2 çizgisinin sağında yer aldığından, olasılıksal etkilerin sağ elle ortalama bir bükülme üreteceğine işaret eder. Raghavendra ve Sasisekharan (1979), bir çift antiparalel & beta dizisi arasındaki H bağı ve bağlı olmayan etkileşimlerin dahil edilmesinin, sağ elini kullanan bölgede önemli ölçüde daha derin bir hesaplanmış minimum enerji ürettiğini bulmuşlardır. Küçük moleküllü peptit kristal yapılarından (Ramachandran, 1974) peptit nitrojende sistematik bir tetrahedral bozulma olduğuna dair bazı kanıtlar vardır ve Weatherford ve Salemme (1979), bu bozulmanın optimal & beta levha hidrojen bağı geometrisi ile kombinasyonunun olumlu olacağını göstermiştir. sağ elini kullanan bir büküm. Bilinen yapılarda, &beta iplik bükümü, iki iplikli şeritler için en yüksek değerlerle (bakınız Şekil 22) ve genellikle daha düşük değerlerle, kalıntı başına 0°'den kalıntı başına yaklaşık 30°'ye kadar değişir ve genellikle daha düşük değerler daha fazla iplik bulunur ve bunlar daha uzundur. . Bu, optimal hidrojen bağı gereksinimleri ile en düşük yerel konformasyonel enerji gereksinimleri arasında bir dereceye kadar çelişki olduğunu gösterir. [Aslında, eğer büyük bir levha kuvvetli bir şekilde bükülmüşse, o zaman H-bağlarının kenarlarda daha uzun olması gerekirdi, levha merkezinde daha yüksek derecede bir "kıvrım" biraz yardımcı olur, ancak düzlük daha da fazla yardımcı olur. Bu ilişkiler Salemme'de (1983) araştırılmıştır.]

İNCİR. 24. &beta dizileri arasındaki iki ana bağlantı türü: (a) bir "firkete" veya aynı uç bağlantı (bu örnek, en yakın komşu diziye +1 tipidir) (b) bir "çaprazlama" veya karşı uç, bağlantı (bu, + lx tipidir).

Belirli bir tabakada hangi &beta zincirlerinin ait olduğuna karar verildikten sonra (marjinal durumlar için ara sıra öznel kararları içeren bir süreç), o zaman tabakadaki bu şeritlerin topolojik bağlantılarının basit ve açık bir tanımını vermek mümkündür (Richardson, 1976). , 1977). İki &beta dizisi arasındaki her bağlantı, iki temel kategoriden birine girmelidir: omurga zincirinin, bıraktığı &beta yaprağının aynı ucuna yeniden girdiği firkete bağlantıları ve karşı uç (bkz. Şekil 24). Her bir bağlantı, çapraz bağlantılar için bir "x" eklenerek, sacda kaç tel üzerinden ve hangi yönde hareket ettiğine göre adlandırılır. Bu nedenle, "+1" bir saç tokası ve "+1x" en yakın komşu teller arasındaki çapraz bağlantıdır, "+2" bir saç tokasıdır ve "+2x", aradaki bir şeridi atlayan bir çapraz bağlantıdır. levha vb. Bağlantı döngüsünün yapısı, bu topolojik adlandırma ile ilgisizdir. +1 ve +1x'in en yakın komşu bağlantıları açık ara en yaygın olanlarıdır ve diğer tüm bağlantı türlerinin toplamından yaklaşık üç kat daha sık meydana gelir (Richardson, (1977) Sternberg ve Thornton, 1976).

İNCİR. 25. Flavodoksinin paralel ve beta sayfasındaki bağlanabilirliğin topolojik şematik diyagramı. Oklar, &beta şeritlerini temsil eder ince çizgi bağlantıları, levha düzleminin altında ve üzerindeki yağ bağlantılarını gösterir. Bağlantı zincirlerinin (çoğu sarmaldır) uzunluğunu veya yapısını veya beta yaprağının bükülmesini belirtmek için hiçbir girişimde bulunulmaz. Topoloji, bağlantı türlerinin sıralı bir listesiyle de belirlenebilir: bu durumda, -lx, +2x, +1x, +1x.

Bir n-şeritli &beta sayfasının topolojisi, N-terminalinden başlayarak n-1 bağlantılarının bir listesi ile belirlenebilir. Örneğin flavodoksin (Şekil 23) +1x, -2x, -1x, -1x veya -1x, +2x, +1x, +1x olarak tanımlanabilir (işaretlerin mutlak değeri anlamlı değildir, çünkü sayfa ters çevrilebilir). &beta sayfalarını tanımlamak ve sınıflandırmak için bağlantı tiplerini kullanacağız ve ayrıca sayfayı yukarıdan görüntüleyen basitleştirilmiş bir tür topoloji diyagramı (bkz. Şekil 25) kullanacağız. Levitt ve Chothia, 1976) topoloji daha az belirgindir ancak üç boyutlu yapının daha fazla özelliği korunur. Bu, en iyi çalıştığı durumlarda önemli bir avantajdır, ancak sözleşmeye bağlılık bazı proteinlerde önemli bozulmalara neden olduğundan, genel incelemede üç boyutlu yapı ve topoloji için ayrı diyagramlar kullanacağız (bkz. ,AE).

İNCİR. 26. (a) Sağ yönlü +1x çapraz bağlantı (b) sol yönlü +1x çapraz bağlantı.

Çapraz bağlantıların bir el özelliği vardır (bkz. Şekil 26), çünkü bir iplikten yukarı (veya aşağı) ve etrafında ve bir sonraki halata gevşek bir sarmal dönüş oluştururlar. Esasen, bilinen protein yapılarındaki çapraz bağlantıların her biri, bağlantı döngüsünün uzunluğuna veya konformasyonuna bakılmaksızın sağ-ellidir (Richardson, 1976 Sternberg ve Thornton, 1977a). Zincir bağlantısının tam olarak kesin olmadığı bir bölgede subtilisin ve glukoz-fosfat izomerazında gerçekten iyi doğrulanmış bir sol-elli çaprazlama varken (Shaw ve Muirhead, 1977), yüzden fazla sağ-elli çaprazlama var. . [Sağdan soldan çapraz bağlantılar için muazzam tercih doğru çıktı.]

İNCİR. 27. Özel çapraz bağlantı örnekleri: (a) sağlak +1x, karboksipeptidaz A'dan 200-242 kalıntısı (b) sağlak +2x, papain'den 109-133 kalıntısı (c) sağlak +2x , concanavalin A'dan kalıntılar 169-214.

Çapraz bağlantıların yarısından fazlasının bağlantı şeridinde en az bir sarmal vardır ve bu durumların çoğunda sarmal, bağlandığı & beta şeritlerinden birine veya her ikisine karşı paketlenir (bkz. Şekil 27a). Sternberg ve Thornton (1976), &beta levha bükümünün sağ elle bağlantıyı daha kısa ve daha kompakt hale getirmesi gerçeğiyle el kullanımını açıklamışlardır (Şekil 26'da görülebileceği gibi). Nagano (1977a), bir sarmalın bir &beta ipliğine karşı tercih edilen paketleme açıları ile elle kullanımı açıklamıştır; bu, yine sağ elle formda (&alfa ve & beta elemanları arasında) daha kompakt ve daha kısa köşelere izin verecektir. Bu açıklamaların her ikisinin de çapraz el yatkınlığının önemli nedenleri olacağı kesindir, ancak bunlar nispeten kısa, dar köşeleri olan basit örneklerle sınırlıdır. Çok uzun, yanlış yönde başlayan veya &beta sayfasına (örnekler için Şekil 27a ve c'ye bakın) karşı paketlenmeyen çok sayıda çapraz bağlantı, neredeyse klasik durumlar kadar güçlü bir el becerisi kısıtlaması gösterir. Bu uzun örnekleri açıklamaya yönelik bir girişimde, Richardson (1976), uzun uzatılmış bir ipliğin veya uzatılmış zincirlerle çevrili bir sarmalın bükülmesinin, omurga kıvrılırken çaprazlama döngüsüne aktarıldığı çapraz bağlantılar için varsayımsal bir katlama şeması önerdi. (bkz. Şekil 28). Ancak elde edilirse, çapraz bağlantıların sağlaklığı, hem tek sargılı hem de çift sargılı paralel &alfa /&beta yapılarının görünümünü kontrol eden baskın faktördür (bakınız Bölüm III,C). Çapraz bağlantılar, antiparalel ve beta sayfasında da oldukça yaygındır.

İNCİR. 28. (a) bir ilk &beta şeridinin bükümünün veya (b) bir ilk &alfa-helezonun elle kullanılmasının bir sonucu olarak çapraz bağlantıların kullanılabilirliğini üretecek olası katlama şemalarının gösterimi.

Paralel ve beta yapısı genellikle Şekil 23'teki gibi büyük, orta derecede bükülmüş tabakalar oluşturur, ancak bazen dış çevresinde sarmallar bulunan bir silindire yuvarlanır (örneğin, triozfosfat izomeraz). Öte yandan, büyük antiparalel tabakalar genellikle ya kısmen (termolizinin birinci alanında ya da ribonükleazda olduğu gibi) ya da kenarları bir silindir ya da "fıçı" şeklinde birleştirmek için tamamen sarılır. &beta varillerinin oluşumu, topolojisi ve sınıflandırılması Bölüm III,D'de tartışılacaktır, ancak burada namlunun zıt taraflarındaki &beta tabakaları arasındaki etkileşimi, özellikle karşıt şeritlerin kesiştiği açı açısından ele alacağız.

&beta varilleri en az 5 veya en fazla 13 iplikten oluşabilir. [Daha da büyük ve genellikle oldukça yuvarlak olan &beta-variller, porinler gibi zara yayılan proteinlerde meydana gelir, ancak bunların içleri &beta-yaprak yan zincirleri tarafından doldurulmaz: ya açıktırlar ya da ilmekler içerirler.] İç kısımları paketlenmiştir. normal bir amino asit bileşimi ile aynı ortalama yan zincir hacmine sahip olduğu bulunan hidrofobik yan zincirler ile. Triptofanlarla dolu büyük variller veya alaninlerle dolu küçük variller yoktur, çünkü muhtemelen aynı anda iki veya üç kalıntının boyutunu değiştirmek için mutasyon hala kötü bir uyum sağlayacaktır. Tüm fıçıların enine kesitleri, bir yönde hafif bir düzleşme ile, tel numarasından bağımsız olarak oldukça benzer görünmektedir. Şekil 29, farklı sayıda telli gerçek ve beta fıçılardan alınan enine kesit örneklerini göstermektedir. Neredeyse sabit görünüm, namlu etrafındaki iplik bükülme derecesi değiştirilerek elde edilir.

İNCİR. 29. Namlu ekseninden bakıldığında bir &beta varil çeşitleri: (a) stafilokokal nükleaz, 5 iplikli (b) soya fasulyesi tripsin inhibitörü, 6 iplikli (c) kimotripsin, 6 iplikli (d) immünoglobulin (McPC603 C)H1) sabit alan, 7 iplikli (e) Cu,Zn süperoksit dismutaz, 8 iplikli (f) triozfosfat izomeraz, 8 iplikli (g) immünoglobulin (McPC603 V)H) değişken alan, 9 iplikli (h) domates gür dublör virüs protein alanı 3, 10 iplikli. Büküm, iplik numarası arttıkça önemli ölçüde azalır, ancak kesit neredeyse sabit kalır.

Gerildiğinde bir parmağın etrafını sıkan çapraz dokuma parmak bandajları gibi, belirli sayıda ipi olan bir namlunun çapı, daha az bükülmesiyle daha küçüktür. Büküm, namlunun zıt taraflarındaki tellerin birbirini geçtiği açı ile ölçülebilir; bu açı, 5 ve 6 telli antiparalel fıçılar için 95°, 7 ve 8 telli olanlar için 40° ve 9-13 telli fıçılar için ortalama 95° ve - mahsur kalanlar. Namlu çapı, bir veya daha fazla iplik çiftini normal hidrojen bağlama mesafesinden daha uzağa ayırarak daha az iplikle korunabilir; bu, örneğin 8 iplikli bir varil için çok düşük bir bükülme açısına sahip olan plastosiyanin için çok belirgin bir etkidir. Sekiz telli paralel fıçılar, 8 telli antiparalel fıçılardan daha fazla bükülür (ortalama 75°). Sekiz veya dokuz ipliğin ötesinde, büküm daha fazla azalmaz ve namlu enine kesiti aynı kısa ekseni (11-12Å) koruyarak daha fazla düzleşir.


Bakteriyofajlar, Bölüm A

Graham F. Hatfull , Advances in Virus Research , 2012

E Lizis

Bugüne kadar dizilmiş tüm mikobakteriyofaj genomları, bir peptidoglikan hidrolize edici enzimi kodlayan tanımlanabilir bir lizin A (endolisin) geni içerir. Bununla birlikte, dizi karşılaştırmaları, bunların doğaları gereği oldukça modüler olduklarını ve geniş bir tahmin edilen enzim özgüllük aralığını kapsadıklarını göstermektedir, hepsinde ortak olan tek bir amino asit dizisi motifi yoktur. Çok farklı dizilimlerine rağmen, D29, Ms6 ve TM4'ün Lysin A proteinlerinin hepsinin peptidoglikan hidrolize edici aktiviteye sahip olduğu gösterilmiştir (Garcia). ve diğerleri., 2002 Henry ve diğerleri., 2010a Payne ve diğerleri., 2009). Giles'te lizin A geninin inaktivasyonu (31) partikül düzeneğinin kesintiye uğramadan faj salınımının kaybolmasına neden olur ( Marinelli ve diğerleri., 2008 ve diğerleri., 2009). Peptidoglikan hidrolazın hedefine iletilmesi muhtemelen çoğu mikobakteriyofajda bir holin proteini tarafından kolaylaştırılır, varsayılan bir holin geni, lizin A ile yakından bağlantılı ve bir veya daha fazla kuvvetle tahmin edilen zar yayılma alanına sahip küçük bir proteini kodlayan tanımlanabilir. Ancak bunlar dizi düzeyinde oldukça çeşitlidir ve hiçbiri deneysel olarak incelenmemiştir. İlginç bir şekilde, faj Ms6'da gen 1 ürün (Fruitloop gp28'in yakın bir akrabası, %97 amino asit özdeşliği Şekil 9) şaperon benzeri özelliklere sahiptir ve peptidoglikan hedefine holinden bağımsız bir şekilde iletimi kolaylaştırmak için doğrudan endolizin ile etkileşime girer (Catalao ve diğerleri., 2010). Bu proteinin akrabaları ayrıca lizis genleriyle yakından bağlantılı olduğu Altküme A1 genomlarında ve olmadığı yerde Altküme K1 faj TM4'te (gp90) kodlanır. Mikobakteriyofajlar, konakçının verimli bir şekilde parçalanmasını destekleyen ikinci bir lizis proteini olan Lysin B'yi kodlamada olağandışıdır (Gil ve diğerleri., 2008 ve diğerleri., 2009). Giles lizin B geninin silinmesi (32) canlılık kaybına yol açmaz ancak plak boyutunda ve içerdiği partikül sayısında azalma sağlar ( Payne ve diğerleri., 2009). Che12, Altküme B2 fajları ve C2 faj Myrna dahil olmak üzere birkaç faj, Lysin B'yi kodlamaz, ancak bunların tümü gözle görülür şekilde küçük plaklar oluşturmaz. Myrna'da, ilgisiz ek bir gen vardır (244) lizin B aktivitesinin yerine geçip geçmediği bilinmemekle birlikte liziz ile ilişkilidir ( Payne ve diğerleri., 2009). Lysin B'nin bir lipolitik enzim olduğu gösterilmiştir (Gil ve diğerleri., 2008 ve diğerleri., 2009) ve D29 Lysin B'nin kristal yapısı, kütinaz ailesi enzimlerine yapısal benzerlik gösterir (Payne ve diğerleri., 2009). D29 Lysin B, bir mikolilarabinogalaktan esteraz olarak aktiviteye sahiptir ve mikolik asit bakımından zengin mikobakteriyel dış zarı arabinogalaktan çapasından ayırması önerilmektedir (Payne ve diğerleri., 2009). Ms6 Lysin B benzer şekilde davranır ( Gil ve diğerleri., 2010). Bu nedenle, Lysin B'nin, Rz/Rz1'e benzer bir işlev sağladığı veya Gram-negatif bakterilerin fajları tarafından kodlanan, sitoplazmik membrana füzyon yoluyla dış zarın bütünlüğünden ödün vermede rol oynayan yayılma proteinlerine benzer bir işlev sağladığı düşünülebilir. lizis (dut ve diğerleri., 2008 ).


B-tabaka veya alfa sarmalını şiddetle öneren herhangi bir birincil yapı dizisi var mı? - Biyoloji

James Watson ve Francis Crick 1953'te DNA'nın çift sarmal yapısını çözdüğünden beri, biyolojinin en zorlu yapısal zorluğu "protein katlama problemi" olmuştur - doğanın bir genden, amino- bir dizideki asit kalıntıları, çalışan bir proteine, yaşamın fiziği ve kimyası için gerekli olan tüm ceplere ve kıvrımlara ve düğmelere karmaşık bir şekilde katlanmış aynı dizi.

Protein yapıları giderek artan bir hızla toplanırken, gen dizileri hakkındaki bilgiler de hızla artıyor. Enerji Bakanlığı ve Ulusal Sağlık Enstitüleri tarafından on yıldan daha kısa bir süre önce başlatılan İnsan Genomu Projesi, 50.000 ila 100.000 insan geninin tamamının bir taslağını tamamladı - üç milyar baz çiftinin tümü. Bu sayısız genin kodladığı proteinlerin çoğu, halihazırda bilinenlere benzememektedir.

Laboratuarın Fiziksel Biyoloji Bölümünde Hesaplamalı ve Teorik Biyoloji Bölümü başkanı ve California Üniversitesi'nde fizik profesörü Daniel Rokhsar, "Ne kadar fazla bilgiye sahipseniz, onu anlamlandırmak için o kadar fazla bilgi türüne ihtiyacınız var" diyor. Berkeley. "Hesaplama gücü yüksek bilgisayarlar ve esnek programlarda eşzamanlı bir patlama olmazsa, bunalırız."

LBL

X-ışınlarının veya nötronların suda çözünmüş (kırmızı ve beyaz yapılar) lösin (gri ve beyaz yapılar) içinden parıldadığını gösteren izlenimci bir illüstrasyon.

Birleşen Yolların Bahçesi

Proteinlerin nasıl katlandığına dair fikirleri test etmenin bir yolu, amino asitlerden daha az karmaşık birimlerden oluşan, çoğu proteinden daha küçük ve daha az karmaşık bir şekille başlamaktır. Süper bilgisayarlar, doğal yapılarında, Tinker-Toy benzeri çubuklardan ve toplardan yapılmış tamamen katlanmış bir protein benzeri orman jimnastik salonlarının termodinamik olarak kararlı konformasyonuna benzer olan model polimerlerin davranışını simüle eder.

Gerçek bir proteindeki amino asit kalıntıları arasındaki değişen açılar yerine, bir kafes modelindeki çubuk ve top birimleri veya merler, komşularına gerçek bir amino asidin özellik kompleksi yerine yalnızca dik açılarda veya dümdüz bağlanır, bir mer sadece birkaç atanabilir.

Rokhsar, "Kafes modelleri belirli proteinleri modellemek için tasarlanmamıştır, ancak yönetilebilir bir zamanda gerçek süreçlerin belirli yönlerinin iyi bir temsilini verirler" diyor. Ulusal Enerji Araştırmaları Bilimsel Hesaplama Merkezi'nde (nersc) Cray T3E'yi kullanan Rokhsar ve Stanford Üniversitesi'nde kimya profesörü olan Vijay Pande, model polimerlerin katlanma yollarında beklenmedik düzenlilikler keşfetti.

Simüle edilen sıcaklık yeterince yükseltildiğinde, sıcaklık düşürüldüğünde kafes modelleri tamamen açıldı, model yeniden katlandı, doğal, düşük enerjili yapısına yerleşmeden önce neredeyse bir milyon farklı pozisyonda kıvrandı. 48-mer'lik bir modelle -kabaca küçük bir proteine ​​eşdeğer- bile olası ilk konformasyonlar astronomiktir ve kararlılığa giden her yol potansiyel olarak benzersizdir.

Bileşenlerin farklı özelliklerinin geçiş durumlarını ve yollarını nasıl etkileyebileceğini görmek için, Rokhsar, Pande ve yüksek lisans öğrencisi Nicholas Putnam, yaygın olarak kullanılan üç tip kafes modeline dayalı olarak aynı doğal durum konformasyonuna sahip diğer üç küçük, 27 birimli polimer tasarladı. .

En basit versiyonda, yalnızca doğal durumda dokunan mersler birbirini cezbetti - diğerlerinin tümü enerjisel olarak nötrdü. Daha karmaşık bir modelde, benzer tiplerin, farklı tiplerden daha güçlü bir şekilde birbirini çekmesiyle, rekabet halinde olan üç tür mers vardı. En karmaşık kafes modeli, gerçek amino asit kalıntılarından türetilen 20 ayrı değere sahip merleri kullandı.

Rokhsar, "Daha basit iki durumda, katlanan yolların sadece iki farklı çekirdek geçiş durumundan geçebileceğini bulduk" diyor. "Daha karmaşık modelin yalnızca tek bir geçiş durumu vardı. Bu davranışların her ikisi de bazı küçük doğal protein yapılarının katlanmasında gözlenir."

Katlanan bir proteinin geçmesi gereken geçiş yapıları hakkında daha fazla bilgi sahibi olmak, kusursuz bir katlama için amino asit kalıntıları zincirindeki hangi pozisyonların en kritik olduğuna ışık tutar - bir amino asidi diğerinin yerine koyan mutasyonların muhtemel olduğu pozisyonlar. iyi ya da kötü, bir proteinin şekli üzerinde en büyük etki.

Kafes modelleri, protein benzeri yapıların katlanma yollarında beklenmedik düzenlilikler ortaya çıkardı.


LBL

Su, Su, Her Yerde

Proteinler ideal Platonik formlar olarak var olmazlar, gerçek ortamları çoğunlukla sıcak bir çözücüden, yani sudan oluşur. Kafes modelleri gibi teorik ve hesaplamalı yaklaşımları deneylerden elde edilen verilerle birleştirerek, Fiziksel Biyoloji Bölümünden fiziksel kimyager Teresa Head-Gordon ve meslektaşları, protein katlanması ve stabilizasyonunun sağlanmasında suyun temel rolüne ayrıntılı olarak sahip oldular.

Amino asitlerin önemli bir ölçüsü, değişen derecelerde hidrofobiklikleri veya "su korkusu"dur. Yağ hidrofobiktir - bu nedenle yağ damlaları suda ayrı kalırken hidrofilik ("su seven") maddeler içinde kolayca çözülür. Birçok proteinin hidrofobik bir çekirdeği ve hidrofilik bir yüzeyi vardır.

Yalnızca su molekülleri ve daha sonra suda çözünen lösin molekülleri tarafından saçılan x-ışınlarının veya nötronların yoğunluğunu ölçerek-Head-Gordon ve meslektaşları, lösin yakınındaki suyun yapısını analiz edebildiler. Toplu haldeki sudan çok daha düzenli olan bu su yapılarının, farklı amino asit türleri arasında farklılık gösteren kuvvetlere yol açtığını ve dolayısıyla katlanma yollarını etkilediğini varsaydılar.

Head-Gordon ve meslektaşları, saçılma deneylerinden öğrendiklerini polimerlerin kafes modellerine uyguladıklarında, doğru çözme kuvvetlerini dahil ederek, modelleri gerçek proteinlerin daha gerçekçi taklitlerini yapmak için uzun bir yol kat edebileceklerini buldular. Bazı modeller hızla elendi ve diğerlerinin performansı daha hızlı katlama ve daha işbirlikçi katlama geçişleri sergileyecek şekilde geliştirildi. Tüm proteinlerin katlanmasına ilişkin temel bir anlayışa ek olarak, bu tür çalışmalar, ikincil protein yapılarını hidrofobik çekim yoluyla dimerlere birleştiren "lösin fermuarı" gibi klasik dizilere özel bir anlayışa yol açabilir - mutasyona uğradığında, bu dizilim oynayabilir. kansere neden olan genleri aktive etmede önemli bir rol oynar.

LBL

Hesaplamalı modellemenin gelişmiş durumunun bir gösterimi

Deneysel verilerle desteklenen basit teorik modeller, daha hızlı protein yapısı tahmini için bir yaklaşımdır. DNA dizilerini protein yapılarına çevirmek için bilgisayarları kullanmanın bir başka yolu, doğrudan büyüyen bir bilinen kıvrımlar kitaplığından çalışmaktır.

Bilinmeyen proteinlerin kıvrımlarını tahmin etme yöntemini anlatan Dubchak, "geleneksel yöntemler bilinmeyen gen dizilerini bilinen protein dizileriyle karşılaştırır ya da kalıntılar arasında yapılar arar, yazışmalar arar. Ama benzer bir dizi olmadığında ne olur? Sorunu çözmeye karar verdim. farklı, taksonometrik bir bakış açısıyla."

Dubchak, proteinlerde bulunan 20 amino asidin her birinin fiziksel özelliklerini (hidrofobiklik, polarite, van der Waals yarıçapı (boyut) ve benzerleri gibi özellikler) değerlendirdi ve bunları, kalıntının bir protein üzerindeki ortak etkisini temsil eden bir dizi vektöre indirdi. katlamak.

Birlikte ele alındığında, bilinmeyen bir dizinin vektörleri, proteinler tarafından geliştirilen deneysel olarak gözlemlenen kıvrımların bir kütüphanesi olan Proteinlerin Yapısal Sınıflandırmasında (scop) zaten bulunan bir kıvrıma benzeyebilecek veya benzemeyebilecek bir şekli önerdikleri kadar kesin bir şekil belirtmezler. Tıbbi Araştırma Konseyi'nin Cambridge, İngiltere'deki Moleküler Biyoloji Laboratuvarı.

Dubchak, bilgisayar işlemcileriyle oluşturulmuş sinir ağlarını şu anda scop benzeri kıvrımlar üreten dizileri tanımak için "eğitiyor", yeni dizilerin yaklaşık dörtte biri zaten kütüphanede bulunan kıvrımlarla güvenle eşleştirilebilir. Bilinen şekillerle uyuşmayanlar, henüz keşfedilmemiş kıvrımları temsil eder (veya sinir ağının yeterli bilgiye sahip olmadığını veya ilişkiyi tanımayı henüz öğrenmediğini gösterir).

Yeni bir proteinin kıvrımının tanıdık kıvrımlara benzediği bilgisiyle donanan biyologlar, yeni proteinin evrimsel ilişkileri ve biyolojik işlevlerinin yanı sıra diğer proteinlere ve ilaçlar da dahil olmak üzere belirli kimyasallara nasıl bağlanabileceğini varsayabilirler.

Bununla birlikte, tamamen farklı DNA dizileri benzer topolojiye sahip yapılar üretebileceğinden, büyük belirsizlikler devam etmektedir. Örneğin, bir sinir ağı katlama tahmininin çözünürlüğü, atomlar arasındaki tipik mesafenin birkaç katı ile sınırlı olabilir ve aynı kata sahip iki yapının boyutu önemli ölçüde farklı olabilir.


LBL

GOSPEL gibi global optimizasyon programları kullanılarak küçük protein yapıları tahmin edilebilir.

Teresa Head-Gordon, müjdeyi, yani "enerji manzaralarını araştırmak için küresel optimizasyon stratejileri"ni çağırarak bu belirsizlikleri azaltmaya çalışıyor. Head-Gordon'un amacı, olasılıklar aralığında, en düşük enerjiye sahip belirli bir diziye karşılık gelen protein yapısını bulmaktır.

Dubchak'ın şekil üzerinde "yumuşak kısıtlamalar" sağlaması gibi sinir ağı tahminleri ve alfa sarmalları ve beta sayfaları gibi bilinen ikincil yapıları belirtir. Müjde uygulanarak - kehribar ve charmm gibi kuvvet alanı modelleri ve teoriden öğrenilen sulu çözünme açıklamaları ve deney tarafından belirsiz bir şekilde tanımlanmış "bobin" yapıları kullanılarak daha zorlayıcı olanlar da çözülebilir.

Adayları karşılaştırırken, algoritma ampirik olarak türetilmiş bu işlevleri kıvrımın suya erişilebilen alanlarına uygular ve açıkta kalan hidrofobik yüzeylere sahip yapılara ekstra bir enerji cezası uygular. Amino asit pozisyonlarının tekrarlanan pertürbasyonları, enerjiyi daha da düşürmek için müjdeyi kullanır, mümkün olan en düşük toplam enerjiye yönelir.

Küresel optimizasyon, bilgisayar gücü ve zamanının doymak bilmez bir tüketicisidir. Head-Gordon ve meslektaşları, nersc'de Cray T3E-900'ü kullanarak algoritmalarını basit "hedef" proteinlere karşı test ettiler. Örneğin, birkaç alfa sarmalı olarak düzenlenmiş 72 amino asitli bir DNA bağlayıcı protein olan 1pou durumunda, diziden müjde tarafından tahmin edilen yapı, katlamanın makul bir tahminini verdi, ancak türetilen bilinen yapıdan yaklaşık yüzde altı daha yüksek bağlanma enerjisine sahipti. nükleer manyetik rezonans görüntülemeden.

"Henüz kristal yapı enerjisine ulaşamadık, bu yüzden yapıda daha fazla iyileştirme hala mümkün!" Baş-Gordon haykırıyor.

Bununla birlikte, temel modelde iyileştirmelere ihtiyaç duyulurken, küresel optimizasyon sonuçları, saf beta tabakaları ve karışık alfa sarmalı, beta tabaka proteinleri dahil olmak üzere daha karmaşık yapılara sahip daha büyük proteinleri denemek için yeterince cesaret verici olmuştur.

Demetler ve Boncuklar ve Fıçılar ve Eyerler


LBL

Protein şekilleri, fiziksel ve kimyasal özellikleri tanımlamaya yardımcı olan "kıvrımlar" adı verilen tekrar eden yapısal motifleri ortaya çıkarır.

Proteinler, demetler halinde sarılmış boncuk dizileri gibidir. Yapıları giderek daha karmaşık seviyelerde tanımlanmaktadır. Birincil yapı, birbirine geçmeli plastik boncuklar gibi peptit bağlarıyla komşularına bağlanan kimyasal birimler olan bir amino asit kalıntıları zinciridir. Protein oluşturabilen 20 amino asit, boyut, şekil, elektrik yükü ve polarite (su ile etkileşimi etkiler), hidrofobiklik ("yağlılık") ve diğer özellikler bakımından farklılık gösterir. Araştırmacılar, alanin için A'dan tirozin için Y'ye kadar her birine tek harfli atamalar atamışlardır, bu nedenle birincil yapı, polipeptit zinciri, örneğin MEIMKKQNSQINEINKDEIFV gibi bir harf dizisi ile verilir. . . .

İkincil yapı, amino asitler arasındaki açılardan ve ayrıca bir kalıntıdan diğerine oluşabilen hidrojen bağlarından kaynaklanır. Tekrarlayan bağlar ve açılar genellikle alfa sarmalları ve beta tabakalarını (veya bazen bunların varyasyonlarını) ve bunların saç tokası veya çapraz bağlantılarını ve ayrıca protein yüzeyinde genellikle aktif kimyasal grupları ve ilmekler gibi birkaç başka yapıyı açığa çıkaran çeşitli dönüşleri oluşturur. ve "ataçlar."

Üçüncül yapılar sarmallardan, tabakalardan ve diğer ikincil elemanlardan yapılır. Bunların belirli bir konfigürasyonuna katlama denir. Yaklaşık olarak 500 bilinen kıvrım vardır, bunlardan bir düzinesi çok yaygın olarak bulunur, bazıları "varil" veya "sandviç" veya "eyer" gibi adlara sahiptir - var olduğu tahmin edilen yaklaşık 6.000 ila 10.000 arasında. Dikkat çekici bir şekilde, tamamen farklı amino asit dizilerine sahip birçok protein, yapısal olarak aynıdır - bu yapının doğal evrimsel avantaja sahip olduğuna dair güçlü bir ipucu.

Bir protein, belirli bir katı içeren tek bir polipeptit dizisinden oluşabilirken, diğerleri ayrı dizilerden oluşturulur. Kuaterner yapının ünlü bir örneği, iki çift özdeş katlanmış zinciri tek bir molekülde birleştiren, insan vücudunun kan dolaşımında ve dokularında oksijeni yakalayabilen, taşıyabilen ve serbest bırakabilen hemoglobindir.

In vivo, In vitro, In silico

Gerçek amino asit kalıntılarından ve gerçekçi sulu ortamlardan değerler türeten modeller, gerçek proteinlerin katlanmasını anlamamıza yardımcı olabilir ve birçok bilinmeyen proteinin şekilleri ve işlevleri, bilinen kıvrımların kitaplıklarından çıkarılabilir. Kristalografi ile belirlenen protein yapıları statikken, işleyen bir protein dinamik olduğu için bu ve daha karmaşık ve güçlü bilgisayar teknikleri esastır - ve hatta mevcut hızlı deneysel klipte tüm proteinlerin tam atomik yapılarını deşifre etmek bir yüzyıl daha alabilir. Hücrelerdeki proteinler sadece deneyle.

Daniel Rokhsar ve meslektaşları ayrıca, gerçek bir protein yapısının moleküler dinamiklerini, doğal koşullar altında veya deneysel bir düzende değil, tamamen gerçekçi bir "tüm atom" bilgisayar modeli kullanarak silico'da incelediler. her amino asitteki atom temsil edilir ve binlerce su molekülü açıkça işlenir.

Rokhsar, "Güçlü bilgisayarlarda uzun çalışmalarda bile, tüm atom hesaplamalarıyla, yalnızca birkaç nanosaniyelik gerçek zamanlı modelleme yapmak pratiktir" diyor Rokhsar, "yine de gerçek proteinler tipik olarak birkaç milisaniyede katlanır" - bir milyon kat daha uzun. "Böylece gerçek bir proteinin çok küçük bir parçasını, beta firkete adı verilen ortak bir yapıyı modelledik. Katlanmasını izlemek yerine açılmasını izliyoruz, ki bu simülasyonun yüksek sıcaklıklarında çok daha hızlı bir süreçtir."

Açılma, her zaman aynı sırada gerçekleşen bir dizi ayrı adımda gerçekleşir. Her biri, kafes modellerinin geçiş durumlarını hatırlatarak, saç tokası yapısının belirli bir bölümünün çözülmesini temsil eder.

LBL

400 derece Kelvin'de, 16 amino asit kalıntısı uzunluğunda bir proteinin beta firketesi açılmaya başlar. Bu tüm atom simülasyonunun her adımına kadar geçen süre, saniyenin trilyonda biri olarak gösterilir.

Atom düzeyinde daha büyük protein yapılarını incelemek için çok daha hızlı ve daha yönetilebilir süper bilgisayarlara ihtiyaç duyulacaktır. 36 kalıntı ve 12.000 atomla silico'da şimdiye kadar incelenen en büyüğü, San Francisco'daki California Üniversitesi'ndeki araştırmacılar tarafından tek bir mikrosaniye boyunca izlendi, simülasyon her biri iki ay boyunca çalışan bir Cray T3D ve bir Cray T3E-600'ü aldı. ve model, gerçek proteinin doğal konformasyonuna ulaşmadı.

Spesifik hastalık mekanizmalarına saldırabilen ilaçları rasyonel bir şekilde tasarlamak, yeni endüstriyel enzimler yaratmak, gıda üretimini artırabilecek, atıkları temizleyebilecek ve çevreyi eski haline getirebilecek yeni organizmalar tasarlamak - bu potansiyel faydaların tümü, geniş bir yelpazede doğru ve samimi bilgiye bağlıdır. protein yapıları ve olası mutasyonları. Her deneysel bilgi kırıntısı, model proteinlerin moleküler dinamiklerinin hesaplanmasındaki her ilerleme, bunların hepsi, gelecekte hala parıldayan bir hedef olan protein katlanma sorununun çözümü için esastır.


RNA Polimerazın Köprü Sarmalı Kataliz ve Substrat Hareketini Koordine Etmek için Merkezi Nanomekanik Santral Olarak Görev Yapar

Kullanılabilirliği laboratuvar ortamında rekombinant arkeal RNA polimerazları (RNAP'ler) üretmek için montaj sistemleri, RNAP fonksiyonunun altında yatan hala nispeten az anlaşılmış moleküler mekanizmaları araştırmak için en güçlü deneysel araçlardan birini sunar. Son birkaç yılda, katalitik merkezi çevreleyen çeşitli alanlarda yapı/fonksiyon ilişkilerini incelemek için yeni robot tabanlı yüksek verimli mutajenez yaklaşımlarına öncülük ettik. Çok sayıda X-ışını yapısında 35 amino asit uzunluğunda bir alfa sarmalı olarak görünen Bridge Helix alanı, iki ayrı moleküler menteşenin bükülmesi yoluyla kataliz sırasında diğer birçok alanın uyumlu hareketini koordine eder. Bu bükülme mekanizmalarını etkileyen mutasyonlar, RNAP'ın spesifik katalitik aktivitesi üzerinde doğrudan bir etkiye sahiptir ve bazı durumlarda bunu ikiye katlayabilir. Moleküler dinamik simülasyonları, altta yatan yapısal hareketleri açıklamak için ek içgörüler ve ayrıntılı modeller sağlamak için son derece yararlı olduklarını kanıtlamıştır.

1. Giriş

RNA polimerazlar (RNAP'lar), tüm organizmaların hücresel gen ekspresyon makinelerinin anahtar enzimleridir. RNAP'ların yüksek çözünürlüklü yapılarının aydınlatılmasında son on yılda önemli ilerlemeye ve yakın zamanda bir Nobel Ödülü verilmesine rağmen (Roger Kornberg, Kimya 2006), transkripsiyonun mekanik temeline ilişkin hala cevaplanmamış birçok soru var. Bu, çoğunlukla süreçlerin içsel karmaşıklığının bir sonucudur, ancak aynı zamanda uygun deneysel verilerin eksikliğinden de kaynaklanmaktadır. Mevcut modeller ağırlıklı olarak X-ışını kristal yapılarının yorumlanmasıyla şekillenir [1], ancak bu tür yaklaşımlar yalnızca sınırlı bir perspektif sağlar. Kristalizasyon denemeleri, başlangıç ​​materyali olarak kararlı, katalitik olarak aktif olmayan kompleksler gerektirir ve birçok kısa ömürlü geçici konformasyonun kristal yapılarda korunması pek olası değildir [2].

Son on yılda, hipertermofilik bir arke sistemi olan euryarchaeon'a dayanan alternatif deneysel stratejilere öncülük ettik. Methanocaldococcus jannaschii—sistematik ve yüksek verimli bir şekilde işlevsel içgörüler üretebilen deneysel bir sistem tasarlamak. oluşturmayı başardık. laboratuvar ortamında RNAP da dahil olmak üzere tamamen rekombinant proteinlerden oluşan promotöre özgü transkripsiyon yapabilen transkripsiyon sistemi [3, 4]. Bu çalışmanın çoğuna, arkeal bazal transkripsiyonel makinelerin [5], tüm canlıların yüksek düzeyde düzenlenmiş ifadesinden sorumlu olan ökaryotik RNA polimeraz II (RNAPII) sisteminin [6, 7] çekirdek bileşenlerini yakından yansıttığı anahtar kavramı rehberlik etmiştir. ökaryotlarda protein kodlayan genler. Arkeal RNAP alt birimleri, ökaryotik alt birimlere kapsamlı dizi homolojisi sergiler ve arkeal RNAP'ların yüksek çözünürlüklü yapıları doğrudan ökaryotik RNAPII ile karşılaştırılabilir [8, 9]. Ek olarak, arkeal RNAP'lar, promotörlerden (TATA-bağlayıcı protein ve TFIIB [10-16]) diziye özgü başlatmada onlara yardımcı olmak için ökaryotik RNAP'lara özdeş bir bazal faktör seti kullanır. Archaeal bazal transkripsiyonel makine böylece ökaryotik RNAPII transkripsiyon cihazının temel çekirdeğini hem yapısal hem de işlevsel olarak kapsüller.

Burada, özellikle arkeal bazal transkripsiyonel makinelere odaklanan yüksek verimli yaklaşımların önemini tartışacağım. Moleküler biyolojik araştırmaların doğası, son on yılda gözle görülür bir değişim geçirdi. Güçlü deneysel metodolojilerin hızlı evrimi, bireysel genler ve proteinler üzerindeki geleneksel vurguyu, kapsamlı veri setlerinin büyük ölçekli toplanması gibi daha geniş kapsamlı amaçlara kaydırmıştır [19]. Arkeal RNAP'ların kapsamlı bir mutajenez ekranını gerçekleştirmek için bu sistem tabanlı felsefeyi uygulama fırsatını kabul ederek, yakın zamanda robotik bir platformda çok sayıda rekombinant arkeal RNAP'ları bir araya getirme sürecinin tamamını otomatikleştirdik [20]. 35 aminoasit uzunluğundaki “Köprü Sarmalı”na odaklanan bir araştırma programında yüksek verimli yapı/fonksiyon çalışmalarının uygulanabilirliğini gösterdik. α-tüm hücresel RNAP'ların aktif bölgesindeki en belirgin ve yüksek oranda korunmuş yapı olan sarmal (Şekil 1). Sonuçlar, Bridge Helix bölgesinin, dinamik bir dizi protein-protein ve protein-nükleik asit etkileşimleri yoluyla katalitik merkezin fonksiyonel özelliklerini etkileyen, konformasyonel olarak çok yönlü bir yapısal eleman olduğunu göstermektedir [2, 21-27]. Arkal RNAP'larında bulunan Köprü Helisleri, dizi ve yapı bakımından diğer iki evrimsel alandaki RNAP'lara çok benzerdir (Şekil 1(c) [28, 29]), bu da arke model sistemlerinden türetilen içgörülerin çoğunun evrensel olarak uygulanabilir olacağını düşündürür. tüm evrimsel aralıktaki RNAP'lar boyunca.


(a)
(B)
(C)
(a)
(B)
(C) Bridge Helix'in yapısal yönleri. (a) Köprü Helisinin RNAP içindeki genel konumu. Bridge Helix, yeşil çizgi film yapısı olarak gösterilmiştir. Ayrıca DNA şablon zinciri (açık mavi) ve yeni oluşan transkript (pembe) de gösterilmektedir. Enzimin geri kalanı şeffaf bir anahat olarak gösterilir. PDB# 2E2H [17]'ye dayalıdır ve PyMol [18] ile görselleştirilmiştir. (b) Bridge Helix'in ayrıntılı görünümü. Bridge Helix, yeşil bir çizgi yapısı olarak gösterilir ve iki moleküler menteşenin konumları kırmızıyla vurgulanır (BH-Hn) ve mavi (BH-HC). Bitişik alanlar mor (Link Domain) veya gri (F-Loop) olarak gösterilir. Nükleik asit substratları çubuk modeller (DNA şablon ipliği, açık mavi yeni oluşan transkript, yerleştirme yerinde pembe rNTP, koyu pembe) olarak gösterilmiştir. İki gri küre, katalitik bölgeyi temsil eden magnezyum iyonlarını (Metal-A ve Metal-B) temsil eder. PDB# 2E2H [17]'ye dayalıdır ve PyMol [18] ile görselleştirilmiştir. (c) Ökaryotlardan Bridge Helix dizilerinin hizalanması (homo sapiensSaccharomyces cerevisiae), arke (Methanocaldococcus jannaschii (euryarchaeota) Sulfolobus solfataricus (crenarchaeota)) ve bakteriler (Escherichia koli, termos aquaticus, ve termofilus). Yazarın laboratuvarında kullanılan referans organizma ile aynı olan kalıntılar (jannaschii) kırmızı ile gösterilir. Dizileri çevreleyen sayılar, alt birimlerin bozulmamış açık okuma çerçevesi içindeki Köprü Helisinin konumunu gösterir. İki moleküler menteşe bölgesinin yaklaşık konumları, BH-Hn ve BH-HC, oklarla gösterilir.

2. Köprü Sarmalının İşlevsel Rolü

Bridge Helix, tüm hücresel RNAP'ların katalitik bölgesinin merkezi bir bileşenidir ve bu enzimlerin bilinen tüm işlevleriyle yakından ilgilidir (Şekil 1(a)). RNAP'ın en temel işlevi, nükleotid substratlarının eklenmesiyle yeni oluşan bir transkriptin art arda uzatılmasını içeren transkriptlerin DNA şablonuna yönelik sentezidir. Bu süreç dolayısıyla sıklıkla "nükleotid ekleme döngüsü" (NAC) olarak adlandırılır. En basit haliyle, NAC, bir katalitik olayın kesin koordinasyonuna bağlıdır (arasında fosfodiester bağı oluşumu). α-gelen bir rNTP'nin fosfatı ve yeni oluşan transkriptin 3'OH ucu) sonraki nükleotid ekleme olayı için alan yaratmak üzere DNA-RNA hibridinin nükleotid yerleştirme bölgesinden sonraki tek aşamalı translokasyonu ile. Bu süreç (kataliz-translokasyon), transkripte eklenen her nükleotid için döngüsel olarak gerçekleşir [1, 30-34]. Katalitik bölgeden daha uzakta meydana gelen diğer olaylar (örneğin, çift sarmallı DNA'nın kalıp ve kalıp olmayan zincirlere ayrılması, transkriptin DNA'dan ayrılması ve DNA zincirlerinin yeniden tavlanması [35]) benzer şekilde bir dizi geçici olaya dayanır. , ancak belirli makromoleküler yüzeyler arasında kesin ve enerjik olarak hassas bir şekilde dengelenmiş etkileşimler. Bu nedenle NAC, kritik olarak, bir katalitik reaksiyonun (fosfodiester bağı oluşumu) tamamlanmasının, aktif bölge boyunca hacimli nükleik asit substratlarının kesin nanomekanik hareketleriyle birleştirilmesine bağlıdır. RNAP'lar gibi moleküler makineler, reaksiyon döngüsünün farklı aşamalarında etki alanlarını farklı konumlara hareket ettiren bir dizi menteşe ve esnek döngülerin yanı sıra enzimin sırayla bir sonraki aşamaya ilerleyebilmesi için bireysel adımların tamamlandığını bildiren sensör birimleri gerektirir. adım. Aşağıda özetlendiği gibi, Bridge Helix, fiziksel yer değiştirme işlemlerini alt tabaka algılama işlevleriyle birleştirerek "nanomekanik santral" olarak hareket etmek için gereken birçok işlevsel özelliğin bir kombinasyonunu sergiliyor gibi görünmektedir.

3. Bridge Helix Kinking için Kanıt

Bridge Helix'in nanomekanik menteşeler içerdiği görüşü, X-ışını kristalografisinden elde edilen sonuçlar, kapsamlı alana yönelik mutajenez, evrimsel koruma modelleri ve moleküler dinamik analizlerinden elde edilen sonuçlar dahil olmak üzere çok sayıda kanıta dayanmaktadır [21-27, 36-40]. Özellikle Bridge Helix N-terminal Menteşe (BH-H) olarak adlandırılan iki bölgen) ve C-terminal Menteşesi (BH-HC) [23], NAC sırasında önemli konformasyonel değişikliklere uğraması muhtemel en önemli siteler olarak öne çıkıyor. euryarchaeon'dan RNAP'ta Methanocaldococcus jannaschii, sarmal dengesizleştirici imino asit prolin pozisyonları değiştirebilir mjA' M808 ve S824, katalitik aktivite kaybı olmadan ve böylece BH-H'nin kesin konumlarını kesin olarak belirlern ve BH-HC [21–24]. Her iki menteşenin de doğal olarak oluşan birincil amino asit dizileri ya yüksek düzeyde korunur (BH-HC) veya hatta esasen değişmez (BH-Hn) tüm sıralı arkeal ve ökaryotik polimerazlarda. Bu, bu menteşelerin işlevsel önemini doğrular ve temeldeki birincil amino asit dizilerinin, bunların temel işlevsel özelliklerini belirlediğini öne sürer. Moleküler dinamik simülasyonları [41] gerçekten de menteşe mekanizmaları için makul atomistik modellerin formülasyonuna izin veren ayrıntılı içgörüler ortaya çıkardı: her ikisi de BH-Hn ve BH-HC istikrarsızlaştırmaya hizmet eden bir veya daha fazla glisin tortusuna kritik olarak güvenir. α-geometrik olarak oldukça lokalize bir şekilde sarmal konformasyon [23, 27]. BH-H'deC, tek, evrimsel değişmez bir glisin tortusunda başlatılan bükülme (mjA' G825) daha sonra büyük olasılıkla katyon tarafından stabilize edilir.π yakındaki diğer değişmez kalıntıları içeren etkileşimler (mjA'Y826 ve R829/R830 [27]). Bazı türlerde, bükülmüş menteşe konformasyonunun ek stabilizasyonunu sağlayan başka bir elektrostatik etkileşim için kanıtlar vardır [39], ancak bu evrensel olarak korunan bir özellik değildir [27]. İlginç bir şekilde, yakın zamanda keşfedilen RNAP IV ve V enzimleri [42] BH-H'de doğal olarak oluşan bir prolin kalıntısı içerir.C BH-H'yi artıracağı tahmin ediliyorC bükülme (bu olağandışı ikamenin fizyolojik rolü henüz anlaşılmamıştır).

BH-H'nin moleküler mimarisin bu menteşeyi BH-H'yi bükmeye daha da yatkın hale getiriyor gibi görünüyorC. Bu sonuç, bir anahtar kalıntının yüksek hassasiyetine dayanmaktadır (mjA' M808) altında mutagenez laboratuvar ortamında koşullar [23] ama aynı zamanda birbirine yakın üç değişmez glisin tortusunun varlığından da çıkarılabilir (mjA' G818, G819 ve G822 Şekil 1(c)), bu da önemli bir bölgesel zayıflamaya neden olur. α-sarmal yapı. Moleküler dinamik simülasyonları, BH-H'ye benzer şekildeC, BH-H'nin bükülmesin gevşetilmesiyle başlatılır. α-glisin içeren segmentte sarmal. Daha sonra van der Waal ve yan zincirler arasındaki hidrofobik etkileşimler yoluyla enerjisel olarak stabilize edilmiş bir bükülme oluşur, büyük olasılıkla aşağıdaki gibi kalıntıları içerir. mjA' M808 ve R820/E821 [23]. İlginç bir şekilde, BH-H için gerekli amino asit kalıntılarıC bükülme tüm organizmalarda (bakteriler, arkeler ve ökaryotlar) evrensel olarak korunur, BH-H'nin yapısal özelliklerinde açıkça fark edilebilir bir farklılık var gibi görünmektedir.n bir yanda bakteriler ile diğer yanda arke/ökaryotlar arasında. Arkeal/ökaryotik BH-H'nin yapısı ve işlevi hakkında bildiklerimizi akılda tutmakn, öyle görünüyor ki bakteriyel BH-Hn bölgeler ya bükülmeye daha az eğilimlidir ya da bu kadar belirgin bir şekilde bükülmez. Bakteriyel bir RNAP'ın moleküler dinamik simülasyonları, bakteriyel Köprü Helislerinin daha merkezi [25] ve muhtemelen daha az önemli ölçüde bükülebileceğini düşündürmektedir. Bununla birlikte, bakteriyel BH-H'nin pozisyonunun bulunduğu görüşüyle ​​uyumlu zıt kanıtlar da vardır.n arkeal/ökaryotik türlerle doğrudan karşılaştırılabilir olabilir: birkaç bakteri türü/izolatı, ortolog konumunda doğal olarak oluşan prolin kalıntıları içerir. mjA' M808, yani arkelerde prolin ikamesini tolere eden tam olarak aynı yer [23]. Bu nedenle şu anda bakteriyel BH-H'deki yapısal farklılıkların olup olmadığı tam olarak açık değildir.n motifler, hareket tarzlarında ince bir farkı yansıtır. Aşağıda açıklandığı gibi, BH-H'nin çok makul görünüyorn bükülme NAC'de önemli bir adımdır, bu nedenle bakteriyel BH-H'nin kesin konumu ve işlevin diziler deneysel olarak ele alınması gereken önemli bir sorudur.

4. Nükleotid Ekleme Döngüsü Sırasında Köprü Helix Bükülmesinin İşlevsel Etkileri

Bridge Helix'te iyi tanımlanmış iki mafsalın varlığı, bu mafsallardaki konformasyonel değişikliklerin NAC sırasında meydana gelme olasılığının olup olmadığı ve eğer öyleyse, hangi aşamada bükülme meydana gelebileceği ve bu tür olayların fonksiyonel sonuçlarının ne olduğu sorusunu gündeme getirmektedir. olabilir. Bükülmüş bir Köprü Helix içeren şu anda mevcut olan tek kristal yapılar (BH-H'deC) herhangi bir substratın tamamen yokluğunda kristalize edilmiş [36, 39] veya alternatif bir yapısal durumu indükleyebilen bir inhibitör ile kompleks haline getirilmiş [40]. Buna karşılık, substrat içeren RNAP'lerin X-ışını yapılarının incelenmesi, Bridge Helix'in nükleik asit substratları ve yakındaki protein alanları tarafından sıkıca yerinde tutulduğu ve böylece önemli konformasyonel değişiklikler için mevcut herhangi bir odayı önemli ölçüde azalttığına dair belirgin bir izlenim verir (Şekil 1). (B)). Özellikle BH-Hn bölge, F-Döngüsü gibi çeşitli alanlarla çevrilidir, β-D ve herhangi bir menteşe hareketini engellediği görülen Link etki alanları [23]. Bu "hareket etmek için yeterli alan yok" izlenimi, kesinlikle BH-H'nin oldukça gecikmiş keşfini açıklayan önemli bir nedendi.n çünkü Bridge Helix N-terminali kesinlikle tutarlı bir şekilde görünür α-şimdiye kadar karakterize edilen tüm bakteriyel, arkeal ve ökaryotik RNAP kristallerinde sarmal konformasyon (örn., [28, 29, 33, 35-40]).

Bununla birlikte, bir Archaeal Bridge Helix üzerinde yürütülen kapsamlı mutajenez çalışmaları, Bridge Helix menteşelerinin yalnızca var olmadığını, aynı zamanda RNAP'ın katalitik hızı üzerinde büyük bir etkiye sahip olduğunu çok güçlü bir şekilde ortaya koymaktadır. Belirli kalıntılar prolin ile değiştirildiğinde ölçülebilen artan spesifik aktivite (süperaktivite).mjA' M808 ve S824 [21, 23]), vahşi tip RNAP'larda menteşe hareketinin, BH-H'nin esnekliklerini artırarak üstesinden gelinebilecek hız sınırlayıcı bir adım olabileceğini öne sürüyor.n ve BH-HC [22]. Bu çalışmalar ayrıca BH-H'nin esnekliğini arttırmanınn BH-H'den daha önemli bir etkiye sahiptirC: prolin ikamesi mjA' M808 (BH-Hn) belirli aktiviteyi iki katından fazla (

%240 vahşi tip), prolin ikamesi ile karşılaştırıldığında mjA' S824 (BH-HC) aktiviteyi daha az oranda artıran (

vahşi tip aktivitenin % 170'i). Ayrıca, menteşeyi bükülmüş bir konformasyonda stabilize eden diğer mutasyonlar, spesifik aktiviteyi arttırır. Bu fenomen için en iyi örnek şurada bulunur: mjA' Q823 [21]. NS jannaschii BH-HC bölge, bükülmüş BH-H'de gözlenen elektrostatik bağı doğal olarak oluşturamazC diğer türlerin yapıları (örn. T. sucul [39]) yüksüz doğası nedeniyle mjA' Q823 [27]. Q823'ün aspartik asit veya tercihen glutamik asit ile ikamesi (mjA' Q823-D ve Q823-E, sırasıyla) BH-H'nin bükülmüş bir konformasyonunun karakteristiği olan farklı süperaktivite seviyeleri ile sonuçlanır.C. Bu elektrostatik etkileşimlerin varlığına dair daha fazla kanıt, yüklü kalıntıların pozisyonlarının değiştirilmesiyle elde edilmiştir [21].

Birlikte ele alındığında, menteşe bükülme oranındaki artışlar (BH-H'deki prolin ikameleri)n ve BH-HC) veya bükülmüş durumun yarı ömründe artışlar (BH-H'de elektrostatik etkileşimlerin stabilizasyonuC) NAC oranındaki önemli bir artışla güçlü bir şekilde ilişkilidir. Bu nedenle, Bridge Helix bükülmesinin, NAC'nin her döngüsü sırasında önemli bir rol oynayan doğal olarak meydana gelen bir süreç olduğunu varsaymak mantıklıdır. NAC'nin çeşitli aşamalarında katalitik bölgede meydana gelen konformasyonel değişikliklerin doğasını ele almamız ve bunların Bridge Helix bükülmesinden nasıl etkilenebileceğini görmemiz gerekiyor.

Kıvrılmış Köprü Helislerini gösteren ek kristal yapıların yokluğunda, belirli katalitik aşamalarda meydana gelebilecek konformasyonel değişikliklere dair daha fazla ipucu ortaya çıkarmak için öncelikle çevreleyen alanların sahaya yönelik mutajenez çalışmalarına güvenmek zorundayız. Özellikle ilgi çekici küçük bir alan olan Link alanı (bu yapının konumu için bkz. ]. Bağlantı alanı L şeklindedir ve görünüşe göre yerleştirme alanındaki rNTP ile Bridge Helix N-terminali arasında dolaylı bir konformasyonel bağlantı sağlar (Şekil 2(a)). arasındaki elektrostatik kontaklar y-rNTP'nin fosfatı ve evrimsel olarak değişmez bir arginin kalıntısı (Şekil 2(b) scmaya RNAPII içinde RPB2 R766 karşılık gelen mjB' R154 içinde jannaschii RNAP), yerleştirme bölgesinde rNTP'nin bağlanmasını stabilize etmesi muhtemeldir. Ancak bu etkileşim, ekleme bölgesinin işgalini bir rNTP tarafından Bridge Helix'e iletmek için bir moleküler sensör olarak eşit derecede önemli bir işleve sahip olabilir. Henüz yayınlanmamış çalışmada, moleküler dinamik simülasyonlarını kullanarak Link domeninin Bridge Helix'e yapısal bağlantısını inceledik. Sonuçlar, Bridge Helix ve Link alanı arasındaki temasların kritik olarak, Bridge Helix'in N-terminalinin başlık benzeri bir uzantısı olan F-Loop'un [43] varlığına bağlı olduğunu göstermektedir (Şekil 1(b)). F-Loop ve Link etki alanının varlığı BH-H ile etkileşime girmezn bükülme özellikleri gösterir ve tüm Bridge Helix N-terminali/F-Loop/Link alanı kompleksinin tek bir katı cisim olarak hareket ediyor gibi göründüğünü gösterir (Şekil 3(a) ve 3(b) ROJW, el yazması hazırlık aşamasındadır). Bu konsept daha fazla deneysel doğrulama gerektirse de, böyle bir mekanizmanın BH-H'yi indükleyen bir konformasyonel sensör olarak hizmet edebileceği düşünülebilir.n başarılı fosfodiester bağı oluşumu ve pirofosfat salınımından sonra bükülme (Şekil 3(c)).


(a)
(B)
(a)
(B)

&alfa-tabaka, değişen bir &alphaR &alphaL modelinde kalıntılardan oluşan bir protein ikincil yapısıdır.

Amiloid Hastalıklarında alfa sayfası

Alfa yaprağının amiloid oligomerlerinin hem toplanmasında hem de toksisitesinde kritik bir rol oynadığını öne sürdük. Hastalık sistemleriyle olan çalışmamız, amiloid türlerinin in vitro ve in vivo olarak kümelenmesini engelleyen ve toksisitesini azaltan şablonlu &alfa-yaprak peptitlerin tasarımı etrafında dönmektedir. Daha fazla bilgi edinmek için bu kutuyu tıklayın.

Amiloid Hastalıklarında alfa sayfası

Şu anda vücuttaki çeşitli dokuları etkileyen 50'den fazla bilinen amiloid hastalığı var. Amiloid hastalıkları, peptit/protein monomerlerinin toksik, çözünür oligomerler halinde toplanması ve nihayetinde nispeten toksik olmayan olgun, çözünmeyen plaklar ile karakterize edilir. Alfa yaprağının çözünür oligomerlerin hem toplanmasında hem de toksisitesinde kritik bir rol oynadığını öne sürdük. Hastalık sistemleriyle olan çalışmamız, amiloid türlerinin in vitro ve in vivo olarak kümelenmesini engelleyen ve toksisitesini azaltan şablonlu &alfa-yaprak peptitlerin tasarımı etrafında dönmektedir. Amiloid hastalıklarda &alfa yaprağının rolünü tanımlamamıza yardımcı olması için çeşitli standart ve yeni teknikler kullanıyoruz, bunlara aşağıdakiler dahildir: spektroskopik karakterizasyonlar hücre bazlı testler ilgili hayvan hastalığı modellerinde testler ve yapı bazlı testler. Alfa-yaprak içeriği ile toksisite arasında güçlü bir korelasyon bulduk ve toksik türlerin tespiti için plaka bazlı bir Çözünür Oligomer Bağlanma Testi (SOBA) geliştiriyoruz.

İlgili Yayınlar

  • Bi, T.M., Daggett, V. Alfa tabakasının amiloid oligomer agregasyonu ve toksisitesindeki rolü, Yale Biyoloji ve Tıp Dergisi, basında, 2018.
  • Hopping, G., Kellock, J., Barnwal, R.P., Law, P., Bryers, J.D., Varani, G., Caughey, B., Daggett, V. Tasarlanmış α-Sheet Peptides, Toksik Oligomerleri Hedefleyerek Amiloid Oluşumunu Engeller. eLIFE 3: e01681, 2014. [DOI]
  • Daggett V. &alpha-Sheet: Amiloid hastalıklarında toksik konformer mi? Kimyasal Araştırma Hesapları39: 594-602, 2006. [DOI]
  • Armen R.S., Alonso D.O.V. ve Daggett V. Bir amiloidojenik ara maddenin anatomisi: Asidik pH'ta transtiretin içinde & beta-tabakasının & alfa-katlı tabaka yapısına dönüştürülmesi. Yapı12: 1847-1863, 2004. [DOI]
  • Armen R.S., DeMarco M.L., Alonso D.O.V. ve Daggett V. Pauling ve Corey'nin & alfa kıvrımlı tabaka yapısı, amiloid hastalığında prefibriler amiloidojenik ara maddeyi tanımlayabilir. ABD Ulusal Bilimler Akademisi Bildirileri101: 11622-11627, 2004. [DOI]
    • Bu makaledeki editoryal Doğa. [DOI]
    • Bu makaledeki editoryal Bilim. [PDF] [HTML]

    Biyofilmlerdeki Bakteriyel Amiloid

    Birçok bakteri, biyokimyasal olarak memeli hastalığında oluşanlara benzeyen hücre dışı amiloid fibrilleri üretir, ancak patolojik amiloidlerin aksine, bakteriyel amiloidler, biyofilmin stabilize edilmesinde işlevsel bir rol oynamak için kasıtlı olarak üretilir. Daha fazlasını öğrenmek için bu kutuyu tıklayın!

    Biyofilmlerdeki Bakteriyel Amiloid

    Sağlık hizmetiyle ilişkili enfeksiyonlar (HAI), dünya çapında sağlık hizmeti sunumunda en yaygın olumsuz olaydır ve mortalite ve mali kayıplara önemli bir katkıda bulunur. Mikrobiyal enfeksiyonlar tipik olarak yüzeylerde (örneğin, protez kalp kapakçıkları, idrar ve damar içi kateterler, ortopedik implantlar) meydana geldiğinden, HAI'lerin yarısından fazlası biyofilm oluşumu ile ilişkilidir. Biyofilmler yüzeyle ilişkili, uzamsal olarak yapılandırılmış bakteri topluluklarıdır ve bu ortamların yüksek yoğunluğu, çekirdek algılama yoluyla özel hücreler arası iletişimi sağlar. Biyofilmlerdeki mikroplar ayrıca bağlanmaya aracılık etmek, hücreleri hareketsiz kılmak ve metabolit taşınmasını teşvik etmek için hücre dışı bir matris (EM) üretir. EM'nin koruyucu kaplaması, bakterileri eksojen bileşiklerden koruyarak, serbest yüzen mikroplara kıyasla antibiyotiklere duyarlılıklarını birkaç derece azaltıyor. Antibiyotiğe dirençli bakteriler artık tüm HAI'nin en az %14'ünde suçlanmaktadır [CDC, 2016].

    EM, hidratlı polisakaritler, hücre dışı DNA ve proteinlerden oluşur. EM'deki proteinler çeşitli roller üstlenir, ancak büyüyen bir araştırma grubu, bu karmaşık biyolojik materyalde amiloid fibrillerinin rolünü anlamaya çalışır.Amiloidin hücre dışı birikimi uzun zamandır protein yanlış katlanması ve Alzheimer hastalığı gibi nörodejeneratif durumlarla ilişkilendirilmiştir, ancak son araştırmalar birçok bakterinin biyofilmi güçlendirmek ve kimyasal veya mekanik ajanlar tarafından dağılmaya direnmek için hücre dışı amiloid fibrilleri ürettiğini göstermektedir. Bu fibriller biyokimyasal olarak memeli hastalıklarında oluşanlara benzer, ancak patolojik amiloidlerin aksine, bakteriyel amiloidler fonksiyonel bir rol oynamak için kasıtlı olarak üretilir. Milyonlarca yıllık evrim boyunca amiloid kıvrımının korunması, muhtemelen spesifik yan zincir kimyalarından ziyade amiloidlerin evrensel özelliklerine - omurga hidrojen bağı gibi - dayanır. Ek olarak, amiloid fibriller bir enerji kaynağının yokluğunda polimerize olur, bu nedenle EM ortamının sınırlı kaynaklarına rağmen metabolik olarak avantajlı bir moleküler yapı iskelesi olarak hizmet ederler.

    Fonksiyonel amiloid fibrillerinin biyofilm gelişimini etkileme yeteneği, onları terapötik müdahale için çekici bir hedef haline getirmiştir, ancak biyofilmlerde amiloid oluşumunu bastırma çabaları oldukça sınırlı kalmaktadır. Bu nedenle, S. aureus, P. aeruginosa ve E. coli olmak üzere üç patolojik biyofilmde bakteriyel amiloid oluşumunu inhibe etme yetenekleri açısından birkaç peptit tasarımı geliştirdik ve test ettik. Moleküler dinamik (MD) simülasyonlarında gözlemlenen benzersiz “α-tabaka” yapısal motiflerine dayanan tasarım yaklaşımımız, fibril oluşumuna giden yolda oluşan ön amiloid oligomerleri hedefler. Bu sonuçlar, α-tabakasının kaynak, dizi ve yapıdan bağımsız olarak amiloidogenez sırasında oluşan genel bir yapı olduğu hipotezimizi desteklemektedir. Tasarlanan a-tabaka peptitlerinin önleyici etkisinin, olgun biyofilmlerin karmaşık matrisinde bile devam ettiği gösterilmiştir.

    İlgili Yayınlar

    • Paranjapye, N., Daggett, V. De novo tasarımlı & alfa tabakalı peptitler, fonksiyonel amiloid oluşumunu inhibe eder. Streptococcus mutans biyofilmler, Moleküler Biyoloji Dergisi, basında, 2018.
    • Bleem, A., Christiansen, G., Madsen, D.J., Maric, H., Strømgaard K., Bryers, J.D., Daggett, V., Meyer, R.L., Otzen, D.E. Protein mühendisliği, fonksiyonel amiloid oluşum mekanizmalarını ortaya çıkarır. Pseudomonas aeruginosa biyofilmler, Moleküler Biyoloji Dergisi, basında, 2018.
    • Bleem, A., Francisco, R., Bryers, J.D., Daggett, V. Tasarlanmış ve alfa tabakalı peptitler, amiloid oluşumunu baskılar. stafilokok aureus biyofilm. Doğa Biyofilmleri ve Mikrobiyomlar, 3: 16, 2017.
    • Bleem, A., Daggett, V. Amiloid proteinleri arasındaki yapısal ve fonksiyonel çeşitlilik: Hastalık ajanları, biyolojinin yapı taşları ve moleküler mühendislik için çıkarımlar. Biyoteknoloji ve Biyomühendislik114: 7-20, 2017.

    &alfa-yaprak Yapısının Karakterizasyonu

    &alfa-yaprak hipotezi ilk olarak Valerie Daggett tarafından birkaç amiloid peptit/proteinin Moleküler Dinamik simülasyonları bu eşsiz ikincil yapı üzerinde birleştikten sonra önerildi. &alfa levha yapısını hem standart hem de yeni deneysel yöntemler kullanarak (şablonlu &alfa levha peptitlerimizi kullanarak) karakterize ediyor ve &alfa levha yapısı için standart atamalar geliştiriyoruz.

    &alfa-yaprak Yapısının Karakterizasyonu

    &alfa-yaprak hipotezi ilk olarak Valerie Daggett tarafından birkaç amiloid peptit/proteinin Moleküler Dinamik simülasyonlarının bu eşsiz ikincil yapı üzerinde birleşmesinden sonra önerildi. &alfa levha yapısını hem standart hem de yeni deneysel yöntemler kullanarak (şablonlu &alfa levha peptitlerimizi kullanarak) karakterize ediyor ve &alfa levha yapısı için standart atamalar geliştiriyoruz. &alfa yaprağı için spektroskopik imzalar - Dairesel Dikroizm, FTIR ve NMR kullanılarak - b-tabaka, a-sarmal ve rastgele bobin yapısından farklıdır. Redshift Bioanalytics'teki işbirlikçiler, IR ışığının absorpsiyonuna dayalı olarak çözüme dayalı ikincil yapı bilgisi veren mikroakışkan modülasyon spektroskopisine (MMS) öncülük etmiş ve &alfa-yaprak yapısının benzersiz olduğunu göstermiştir. Tasarım sürecimizde ince ayar yaparak, &alfa-tabaka karakterizasyonu için daha iyi standartlar geliştiriyoruz ve &alfa-tabakasının kümelenme ve toksisitedeki rolünü belirlemek için toplama işlemi boyunca amiloid peptitlerin/proteinlerin spektroskopik imzalarını araştırmayı umuyoruz.

    İlgili Yayınlar

    • Paranjapye, N., Daggett, V. De novo tasarımlı alfa-levha peptitleri, Streptococcus mutans biyofilmlerinin fonksiyonel amiloid oluşumunu engeller, Moleküler Biyoloji Dergisi, basında, 2018. [DOI]
    • Maris, N.L, Shea, D., Bleem, A., Bryers, J.D., Daggett, V. Amiloidogenezi inhibe etmek için tasarlanmış bir L/D alfa yaprak peptidinin yapısal izomerlerinde kimyasal ve fiziksel değişkenlik. biyokimya, 57:507-510, 2018. [DOI]
    • Bleem, A. , Francisco, R., Bryers, J.D., Daggett, V. Tasarlanmış ve alfa tabakalı peptitler, Staphylococcus aureus biyofilminde amiloid oluşumunu baskılar. Doğa Biyofilmleri ve Mikrobiyomlar, 3: 16, 2017. [DOI]
    • Childers, M.C., Daggett, V. Hesaplamalı protein tasarımı için moleküler dinamik simülasyonlarından içgörüler. Moleküler Sistemler Tasarımı ve Mühendisliği2: 9-33, 2017. [DOI]

    Amiloid İnhibitör Tasarımı

    Bazı proteinler amiloidojeniktir ve toksik türler halinde toplanır. Bu kümelenmeyi sınırlamak, hastalığın ilerlemesini yavaşlatmak amacıyla proteinler tasarlıyoruz.

    Amiloid İnhibitör Tasarımı

    Bazı proteinler amiloidojeniktir ve toksik türler halinde toplanır. Bu kümelenmeyi sınırlamak, hastalığın ilerlemesini yavaşlatmak amacıyla proteinler tasarlıyoruz. Bu amaçla, birçok amiloidojenik proteinde gözlemlediğimiz alfa-yaprak ikincil yapıdan yararlanıyoruz. &alfa-tabaka yapısına sahip peptitler (kısa amino asit dizileri) tasarlayarak, bu peptitlerin tercihen amiloidogenezde toksik ara maddelerle etkileşime girerek topaklanmayı inhibe ettiğini bulduk.

    Daha.

    İlgili Yayınlar

    • Paranjapye, N., Daggett, V. De novo tasarımlı alfa-levha peptitleri, Streptococcus mutans biyofilmlerinin fonksiyonel amiloid oluşumunu engeller, Moleküler Biyoloji Dergisi, basında, 2018. [DOI]
    • Maris, N.L, Shea, D., Bleem, A., Bryers, J.D., Daggett, V. Amiloidogenezi inhibe etmek için tasarlanmış bir L/D alfa yaprak peptidinin yapısal izomerlerinde kimyasal ve fiziksel değişkenlik. biyokimya, 57:507-510, 2018. [DOI]
    • Bleem, A. , Francisco, R., Bryers, J.D., Daggett, V. Tasarlanmış ve alfa tabakalı peptitler, Staphylococcus aureus biyofilminde amiloid oluşumunu baskılar. Doğa Biyofilmleri ve Mikrobiyomlar, 3: 16, 2017. [DOI]
    • Kellock, J., Hopping, G., Caughey, B., Daggett, V. Değişen L- ve D-amino asitlerden oluşan peptitler, diziden bağımsız olarak üç farklı amiloid sisteminde amiloidogenezi inhibe eder. Moleküler Biyoloji Dergisi428 : 2317-2328, 2016. [DOI]
    • Hopping, G., Kellock, J., Barnwal, R.P., Law, P., Bryers, J.D., Varani, G., Caughey, B., Daggett, V. Tasarlanmış α-Sheet Peptides, Toksik Oligomerleri Hedefleyerek Amiloid Oluşumunu Engeller. eLIFE3: e01681, 2014. [DOI]

    Amiloidogenezde Konformasyonel Değişiklikler

    Amiloid oluşumu ile ilişkili erken konformasyonel değişiklikler hakkında fikir edinmek için amiloidojenik koşullar altında proteinlerin MD simülasyonlarını gerçekleştiriyoruz.

    Amiloidogenezde Konformasyonel Değişiklikler

    Şu anda, amiloid hastalığı ve çözünmeyen, fibriler birikintilerin oluşumu ile ilişkili X'in üzerinde insan peptidi ve proteini bulunmaktadır. İlginç bir şekilde, bu proteinlerin ortak noktaları çok azdır - değişken doğal topolojilere ve ikincil yapı içeriğine (bazıları doğal olarak düzensizdir), amino asit bileşimine ve doğal işlevlere sahiptirler. Bu farklılıklara rağmen, ortaya çıkan olgun fibriller ve ara türler birçok özelliği paylaşır. Geleneksel olarak, tanısal ve/veya terapötik stratejilerin formülasyonu, hedef proteine ​​ilişkin yapısal içgörü gerektirir. Bununla birlikte, heterojen - ve potansiyel olarak düzensiz - ara amiloid türleri topluluğu, X-ışını kristalografisi veya NMR spektroskopisi gibi geleneksel yöntemlerle yapısal kavrayışı büyük ölçüde engeller. Bu boşluğu doldurmak için, amiloidogenez sırasında meydana gelen erken konformasyonel değişiklikleri modellemek için amiloidojenik koşullar altında amioid proteinlerinin atomistik simülasyonlarını gerçekleştiriyoruz. Transtiretin, süperoksit dismutaz, prion ve lizozim dahil olmak üzere birçok proteinin simülasyonlarında, &alfa levhası olarak adlandırdığımız olağandışı bir ikincil yapı tipinin oluşumunu gözlemledik. Bu ikincil yapının benzersiz özellikleri, laboratuvarımızın amiloidogenez ile ilgili merkezi hipotezine rehberlik etmiş ve çoklu sistemlerde amiloid oluşumunu engelleyebilen peptitlerin geliştirilmesine yol açmıştır.

    İlgili Yayınlar

    • Cheng, C.C., Koldsø, H., Van der Kamp, M.W., Schiøtt, B., Daggett, V., Simulations of Membran-bound Diglycosylated Human Prion Protein Reveal Potansiyel Koruyucu Mekanizmaları Yanlış Katlanmaya Karşı. Nörokimya Dergisi, 142: 171-182, 2017.
    • Cheng, C.J., Daggett, V. Farklı yanlış katlanma mekanizmaları ortak konformasyonel değişiklikler üzerinde birleşir: İnsan prion proteini patojenik mutantları Y218N ve E196K. prion8: 1-11, 2014.
    • Cheng, C.J., Daggett, V. Moleküler dinamik simülasyonları, sığır prion proteininin asidik pH'ta yanlış katlanmasını yakalar. biyomoleküller4: 181-201, 2014.
    • Schmidlin, T., Ploeger, K., Jonsson, A.L. Daggett, V. Süperoksit dismutaz 1'in termal açılmasındaki ilk adımlar, ALS ile ilişkili A4V mutasyonu ile ilişkili konformasyonel değişikliklere benzer. Protein Mühendisliği, Tasarım ve Seçimi, 26: 503-513, 2013.
    • Van der Kamp M.W. ve Daggett V. İnsan prion proteinindeki patojenik mutasyonların sonuçları. Protein Mühendisliği Tasarım ve Seçimi22: 461-468, 2009.
    • Steward R.E., Armen R.S. ve Daggett V. Transtiretin içindeki farklı hastalığa neden olan mutasyonlar aynı konformasyonel dönüşümü tetikler. Protein Mühendisliği, Tasarım ve Seçimi21: 187-195, 2008.
    • DeMarco M.L. ve Daggett V. İnsan Prion Proteininin Düşük pH ile Tetiklenen Yanlış Katlanması için Moleküler Mekanizma. biyokimya46: 3045-3054, 2007.
    • Daggett V. α-Sayfası: Amiloid hastalıklarında toksik konformer mi? Kimyasal Araştırma Hesapları39: 594-602, 2006.
    • Armen R.S. ve Daggett V. Farklı Morfolojideki Amiloid Fibrillerine Yol Açabilen İki Farklı β2-Mikroglobulin Açılma Ara Maddesinin Karakterizasyonu. biyokimya44: 16098-16107, 2005.
    • Armen R.S., Bernard B.M., Day R, Alonso D.O.V. ve Daggett V. Glutamin-tekrar hastalıklarında olası bir amiloidojenik öncünün karakterizasyonu. ABD Ulusal Bilimler Akademisi Bildirileri102: 13433-13438, 2005.
    • Armen R.S., DeMarco M.L., Alonso D.O.V. ve Daggett V. Pauling ve Corey'nin & alfa kıvrımlı tabaka yapısı, amiloid hastalığında prefibriler amiloidojenik ara maddeyi tanımlayabilir. Ulusal Bilimler Akademisi Bildiriler Kitabı101:11622-11627, 2004.
    • Armen R.S., Alonso D.O.V. ve Daggett V. Bir amiloidojenik ara maddenin anatomisi: Asidik pH'ta transtiretin içinde β-tabakasının α-pileli tabaka yapısına dönüştürülmesi. Yapı12: 1847-1863, 2004.

    Protein Katlama-Açılma Yolları

    Katlanmamış bir amino asit dizisinin karmaşık bir ikincil ve üçüncül yapıya katlandığı süreçler hala gizemini koruyor.

    Protein Katlama-Açılma Yolları

    DNA'dan fonksiyonel proteine ​​giden yol boyunca çok şey zaten anlaşılmıştır. DNA, daha sonra bir proteinin birincil yapısına çevrilen RNA'ya kopyalanır. Benzer şekilde, pek çok protein için, işledikleri mekanizmalar iyi belgelenmiştir. Bununla birlikte, katlanmamış bir amino asit dizisinin karmaşık bir ikincil ve üçüncül yapıya katlandığı süreçler hala gizemini koruyor.

    Ne yazık ki, katlanma yolu boyunca en önemli ve kararlı durumların bile değişken, dinamik ve kısa ömürlü doğası deneysel analizi zorlaştırmaktadır. Simülasyonlarda bile, katlama proteini tarafından atılabilecek tüm olası adımların kontrol edilmesinin inanılmaz hesaplama talebi nedeniyle katlanma yolu kolayca incelenemez. Bu problemler, protein katlanmasının mikroskobik olarak tersine çevrilebilirliği kullanılarak ele alınmaktadır. Moleküler dinamik simülasyonlarında - hesaplama açısından çok daha az yoğun bir görev olan - açılma yollarını inceleyerek, katlanma yolu hakkında büyük miktarda bilgi elde edilebilir.

    Açılım simülasyonlarından, doğal ve doğala yakın durumlardan önemli ortak ara maddelere ve denatüre duruma geçiş durumuna katlama/açılma yolu boyunca tüm önemli noktaları karakterize etmek mümkündür. Tüm bu durumları karakterize ederek, açılmadaki önemli olaylar açık hale gelir - hidrofobik çekirdek paketinin veya hidrojen bağlanmasının kaybı, dihedral açılarda değişiklik, doğal olmayan temasların oluşumu, vb. Bu olaylar açılma yönünde anlaşıldığında, daha sonra olabilir. katlama yönünü nasıl etkiledikleri gösterilecektir. Örneğin, açılma geçiş durumunda hidrofobik çekirdek paketinin kaybı, katlanma geçiş durumunda hidrofobik çekirdeğin oluşumunu veya paylaşılan bir açılma ara ürününde yüksek oranda korunan doğal olmayan temasların bu doğal olmayan temasın oluşum için önemli olduğunu gösterebilir. doğal yapının diğer bölümlerinin kıvrım yönünde. Bu tür içgörüler, herhangi bir protein veya protein ailesi için iyi karakterize edilmiş ve anlaşılmış bir katlama/açılma yoluna götürebilir.

    Bu amaçla, toplam 6000'den fazla simülasyon için hem doğal hem de açılma koşulları altında 800'den fazla farklı proteini simüle ettik. 180'den fazla farklı proteini temsil eden bu simülasyonların 1300'den fazlası için geçiş durumu tanımlanmış ve karakterize edilmiştir ve bunların beşi için geçiş durumu mevcut deneysel verilere göre doğrulanmıştır. Tüm bu geçiş durumu toplulukları için çözücüye maruz kalan yüzey alanı ve doğal temas sayısı gibi genel özellikler hesaplandığında, standart sapmaların küçük olduğu bulundu, bu da tüm geçiş durumlarının yapısını ve özelliklerini etkileyen ortak kuralların ve kıvrımların olduğunu gösterir. yollar. Daha sonra kapsayıcı hedef, moleküler dinamik simülasyonlarının daha fazla incelenmesi yoluyla bu kuralları aydınlatmak olur.

    İlgili Yayınlar

    • Mayor M., Guydosh N.R., Johnson C.M., Grossmann J.G., Sato S., Jas G.S., Freund S.M.V., Alonso D.O.V., Daggett V. ve Fersht A.R. Bir proteinin nanosaniyeden mikrosaniyeye tam katlanma yolu. Doğa421 : 863-867, 2003. [ DOI ]
    • Day R. ve Daggett V. Ensemble, tek moleküllü proteinin açılmasına karşı. ABD Ulusal Bilimler Akademisi Bildirileri102: 13445-13450, 2005. [DOI]
    • McCully M.E., Beck D.A.C., Fersht A.R. ve Daggett V. Engrailed Homeodomain'i Yeniden Katlamak: Katlanan Bir Ara Ürün Birikiminin Yapısal Temeli. Biyofizik Dergisi99:1628-1636, 2010. [DOI]

    Peptit ve Protein Tasarımı

    Hesaplamalı protein tasarım tekniklerini kullanarak homokiral ve heterokiral peptitler ve proteinler tasarlıyoruz. Tasarımlarımız, moleküler dinamik simülasyonlarının, içsel konformasyonel eğilimlerin ve daha pek çok şeyin sonuçlarıyla bilgilendirilir.

    Peptit ve Protein Tasarımı

    Hesaplamalı protein ve peptit tasarımı, sıfırdan yeni proteinlerin yaratılmasını veya doğal proteinlerin modifikasyonunu kapsar ve belirli bir kat veya işlevi benimsemek için en uygun amino asit dizisini belirlemeye çalışır. Ortaya çıkan mühendislik ürünü protein varyantları, proteinlerin biyofiziksel özellikleri hakkında fikir verebilir veya teşhis araçları, terapötik ajanlar veya fonksiyonel biyomalzemeler olarak formüle edilebilir. Rastgele yakın mutajenez yoluyla yeni diziler oluşturan hedeflenmiş evrim gibi geleneksel protein tasarım stratejilerinin aksine, hesaplamalı protein tasarımı, biyokimyasal sezginin yanı sıra genel olarak proteinler ve belirli kıvrımlar için mevcut protein anlayışımızı yansıtan verilerin bir kombinasyonu yoluyla yeni diziler oluşturur. . Örneğin, laboratuvarımızda, hem L- hem de D-amino asitlerin omurgaları ve yan zincirleri için içsel konformasyonel tercihleri ​​yansıtan amino asit eğilimlerinin dinamik kitaplıklarını oluşturmak için MD simülasyonlarını kullandık. Protein tasarımlarının referans MD simülasyonları, kat ailesine özgü dizi eğilimleri ve Dynameomics veri tabanından daha geniş kapsamlı bilgiler de protein tasarım çabalarını bilgilendirir.

    İlgili Yayınlar

    Protein Tasarımı
    • Gianni, S., McCully, M.E., Malagrino, F., Bonetti, D., De Simone, A., Brunori, M., Daggett, V. Bir protein alanında bir karboksilattan amid ikamesine geçiş ayarlamaları. Angewadte Kimya, revizyon gönderildi, 2018.
    • Childers, M.C., Daggett, V. Hesaplamalı protein tasarımı için moleküler dinamik simülasyonlarından içgörüler. Moleküler Sistemler Tasarımı ve Mühendisliği, 2: 9-33, 2017.
    • McCully M.E., Beck D.A.C., Daggett V. Rastgele temaslar ve yükseltilmiş dinamikler, yerleşik ev alan adının tasarlanmış bir varyantında termostabiliteyi artırır. Protein Mühendisliği, Tasarım ve Seçimi, 26:35-45, 2013.
    • Ladurner A.G., Itzhaki L.S., Daggett V. ve Fersht A.R. Protein Katlanmasının Enerji Manzarasını Tanımlamada Simülasyon ve Deney Arasındaki Sinerji. ABD Ulusal Bilimler Akademisi Bildirileri, 95: 8473-8478, 1998.
    • Storch E.M. ve Daggett V., Sitokrom b5'in Moleküler Dinamik Simülasyonları: Protein-Protein Tanıma için Etkiler. biyokimya, 34: 9682-9693, 1995.
    İçsel Yapısal Eğilimler
    • Childers, M.C., Towse, C.-L., Daggett, V. Homokiral ve heterokiral polipeptitler içindeki D-amino asitler için moleküler dinamiklerden türetilen kütüphaneler, Protein Mühendisliği, Tasarım ve Seçimi, basında, 2018.
    • Childers, M.C., Towse, C.-L., Daggett, V. Kiralite ve sterik engellemenin içsel omurga konformasyonel eğilimleri üzerindeki etkisi: Protein tasarımı için araçlar. Protein Mühendisliği Tasarımı ve Seçimi29 : 271-280, 2016.
    • Towse, C.-L., Rysavy, S.J., Vulovic, I.M., Daggett, V. Yeni Dinamik Rotamer Kütüphaneleri: Yan Zincir Yapısal Eğilimlerinin Veriye Dayalı Analizi. Yapı24 : 187-199, 2016.
    • Towse, C.-L., Vymetal, J., Vondrasek, J., Daggett, V. AAXAA konuk-konuk serisinin içsel φ/ψ eğilimlerinden katlanmamış proteinler hakkında bilgi verir. Biyofizik Dergisi110 : 348-361, 2016.
    • Towse, C.-L., Hopping, G., Vulovic, I., Daggett, V. Doğaya karşı tasarım: D-amino asitlerin konformasyonel eğilimleri ve yan zincir kiralitesinin önemi. Protein Mühendisliği, Tasarımı ve Seçimi27 : 447-455, 2014.
    • Beck D.A.C., Alonso D.O.V., Inoyama D. ve Daggett V. Doğal olarak oluşan 20 amino asidin içsel konformasyonel eğilimleri ve bu eğilimlerin proteinlerdeki yansıması. ABD Ulusal Bilimler Akademisi Bildirileri105: 12259-12264, 2008.
    Peptit Tasarımı
    • Maris, N.L, Shea, D., Bleem, A., Bryers, J.D., Daggett, V. Amiloidogenezi inhibe etmek için tasarlanmış bir L/D ve alfa-levha peptidinin yapısal izomerlerinde kimyasal ve fiziksel değişkenlik. biyokimya, 57:507-510, 2018.
    • Hopping, G., Kellock, J., Barnwal, R.P., Law, P., Bryers, J.D., Varani, G., Caughey, B., Daggett, V. Tasarlanmış α-Sheet Peptides, Toksik Oligomerleri Hedefleyerek Amiloid Oluşumunu Engeller. eLIFE3: e01681, 2014.
    • Daggett V. Protein mühendisliği ile amiloidoza ışık tutmak. Protein Mühendisliği Tasarım ve Seçimi22: 445, 2009.

    Yazılım geliştirme

    Protein ve peptit yapılarının ve yörüngelerinin görselleştirilmesini iyileştirmek için yazılımlar geliştiriyoruz. Mevcut yazılım geliştirmemiz, bir protein ve peptit tasarım ve görselleştirme aracı olan WRANGLER'a odaklanmıştır. Daha fazla bilgi edinmek için bu kutuyu tıklayın.

    Yazılım geliştirme

    Veri Yoğun Görselleştirme Motorumuz (DIVE), karmaşık veriler için oldukça güçlü, etki alanından bağımsız bir analiz aracıdır. DIVE, çok yönlü bir veri hattı aracılığıyla grafikler, veri analizi ve doğrudan SQL kullanarak Dynameomics veritabanına erişim sağlar.

    Aşağıdaki resimde, DIVE, aynı anda dahil edilmiş homeodomain proteininin (ENH) iki simülasyonunu görselleştirmek için kullanılıyor. Her iki simülasyon da Dynameomics ardışık düzeni aracılığıyla yüklenmiştir. C# tabanlı komut dosyası oluşturma yoluyla, proteinler solventle erişilebilen yüzey alanına göre renklendirilmiştir. Mevcut gerçek zamanlı grafiklerin çeşitliliğinden, iki yörünge arasındaki temaslardaki çeşitli farklılıkları vurgulayan, görüntülenmek üzere yörünge boyunca bir kalıntı temas haritası seçilmiştir. DIVE, simülasyon boyunca gerçek zamanlı olarak sol altta gösterilen kalıntı içi hidrojen bağlarının miktarı veya sağ altta gösterilen yörüngenin Ramachandran grafiği gibi diğer birçok spesifik miktarı görüntüleyebilir.

    WRANGLER

    WRANGLER, kullanıcının peptitleri ve proteinleri hızlı bir şekilde oluşturmasına ve mutasyona uğratmasına olanak tanıyan, şu anda geliştirilmekte olan bir tasarım ve görselleştirme yazılımıdır. Birkaç görselleştirme aracı mevcut olsa da, WRANGLER yapıları çok hızlı tasarlama yeteneği bakımından benzersizdir - kullanıcı, bir yapı oluşturmak için Sıra kutusuna tek harfli kalıntı kodları yazabilir veya hatta kopyalayıp yapıştırabilir. Ardından, yapının  ve  dihedral açıları, her kalıntı için benzersiz bir Ramachandran grafiği kullanılarak kalıntı bazında ayarlanabilir. İstenen yapısal konformasyonları bulmak için Ramachandran uzayı boyunca izleme düğmesine tıklayıp sürükleyebilirsiniz.

    Ek olarak, WRANGLER en güncel 2016 omurga bağımsız ve bağımlı Dynameomics rotamer kitaplıklarının yanı sıra l- veya d-amino asitlerle çevrili peptitlerin içsel konformasyonlarına özgü kitaplıkları içerir.

    WRANGLER ayrıca -levha eğilimi, kalıntıya göre eğilim ve hidrofobiklik için rastgele oluşturulmuş -yapraklı peptit dizilerine kıyasla hesaplamalar ve grafikler sağlar. Bu araçtaki rastgele bir dizi oluşturucu, tasarıma yardımcı olmak için kullanılabilir. Yerel kalıntılara ve etkileşimlere dayalı ikincil yapı tahminine yardımcı olmak için, -tabaka ve -sarmal için olanlar da dahil olmak üzere, daha hesaplamalı olarak türetilen konformasyonel eğilimler yolda.


    Arka plan

    1974'te Chou ve Fasman, 2473 amino asit kalıntısından oluşan 15 proteinin ikincil yapılarında her bir amino asidin hesaplanan oluşum sıklığını ve konformasyonel eğilimini yayınladı [1]. O zamandan beri, hem yapısal hem de evrimsel ilişkiyi yansıtacak şekilde çok sayıda protein yapısı belirlenmiş ve sınıflandırılmıştır [2, 3]. SCOP sınıflandırması (Structural Classification of Protein), bilinen tüm protein yapılarının ilişkilerinin ayrıntılı ve kapsamlı bir tanımını sağlayan ana veri tabanlarından biridir. Sınıflandırma hiyerarşik düzeylerdedir: ilk iki düzey, aile ve üst aile, yakın ve uzak evrimsel ilişkileri tanımlar, üçüncüsü kıvrım, geometrik ilişkileri tanımlar. Kıvrımların çoğu (899/1086), “all-α”, “all-β”, “α/β” (büyük ölçüde serpiştirilmiş α-helisli ve β-iplikli proteinler için) dört yapısal sınıftan birine atanır. ) ve “α + β” (α sarmallarının ve β sarmallarının büyük ölçüde ayrıldığı olanlar için). Kalan kıvrımlar "Multi-domain", "Zar ve hücre yüzeyi" veya "Küçük" protein sınıflarına atanır. 2009'da, proteinlerin üçüncül veya dördüncül yapılarının kapsamlı bir araştırmasını sağlamak için oligomer bilgilerinin SCOP sınıflandırmasına [2] eklendiği OLIGAMI [4] adlı proteinler için dörtlü bir yapısal veritabanı geliştirdik.

    α-sarmal ve β-tabaka için amino asit eğilimlerini elde etmek için çok sayıda çalışma yapılmıştır [1, 5-28]. Eğilimler, üç boyutlu yapıların istatistiksel analizinden [1, 6-15], peptitlerdeki α-sarmal veya β-yaprak içeriğinin deneysel olarak belirlenmesinden [16-23] ve mutant proteinlerin termodinamik stabilitesinin deneysel olarak belirlenmesinden tahmin edilmiştir. [23–28]. α-sarmal için elde edilen eğilimler, çalışmalar arasında tutarlıdır, çift yönlü korelasyon katsayısı (R) sıklıkla >0.8'dir, ancak Richardson ve ark. [7] ve Engel ve ark. [12], amino asitlere bağlı olarak a-sarmalının belirli konumları için amino asit eğilimlerinin farklı olduğunu gösterdi. Engel et al. ayrıca çoğu sarmalın amfifilik olduğunu ve a sarmalının çözücüyle erişilemeyen yüzünde hem başlama hem de sona erme konusunda güçlü bir eğilime sahip olduğunu gösterir, bu da a sarmalına yönelik eğilimlerin çözücüyle erişilebilen ve çözücüyle erişilemeyen yüzler arasında farklılık gösterdiğini düşündürür. Öte yandan, birkaç çalışma ile elde edilen β-levha eğilimleri, bağlamın β-levha eğilimini önemli ölçüde etkilediğini gösteren önemli ölçüde farklılık gösterir. β-tabakaları, β-ipliklerinin çeşitli kombinasyonlarından, iplikçik sayısı, paralel, anti-paralel, karışık β-yaprak vb. oluşur. Dört antiparalel β-şeritine sahip olan protein G'den IgG-bağlanma alanı için Minor ve Kim, merkez iplikte [27] ölçülen β-yaprak eğiliminin bir kenar iplikte ölçülenden [28] önemli ölçüde farklı olduğunu gösterdi. β-tabaka eğiliminin bu bağlama bağlı doğası, genel protein katına olan bağımlılığında yansıtılabilir. Daha önce, Jiang ve ark. [10] ve Costantini ve ark. [13], “all-α”, “all-β”, “α/β” ve “α + β” dört protein yapısal sınıfı için ikincil yapı eğilimlerini hesapladı ve β-tabaka eğiliminin bu yapısal sınıflara bağlı olduğunu gösterdi. Ancak, her bir katlama sınıfı farklı bağlama sahip çeşitli kıvrımlar içerdiğinden, bağımlılıklarının ne tür bir bağlamdaki farklılıktan kaynaklandığı açıklığa kavuşturulmamıştır. Bu nedenle, her amino asidin amino asit eğiliminin kat tipine bağlı olarak değişip değişmediğini ele almak ilginçtir.

    Bu çalışmada, amino asit eğilimi ve bağlam arasındaki ilişkiyi daha ayrıntılı açıklığa kavuşturmak için, proteinin SCOP katının bir fonksiyonu olarak her bir amino asit kalıntısının α-sarmal ve β-iplik konformasyonlarında oluşumunu hesapladık (yani daha önce ele alınandan daha düşük yapısal seviye) ve kalıntıları solvente maruz kalmış veya gömülü iç kısım olarak sınıflandırmıştır. Sonuçlar, α-sarmal eğilimlerinin kata göre önemli ölçüde farklılık göstermediğini, ancak β-yaprak eğilimlerinin çeşitli olduğunu ve gerçekten de katlamaya bağlı olduğunu göstermektedir. Ayrıca, bir protein kıvrımı ve bir amino asit eğilimi arasındaki korelasyonları analiz ederek yapısal bir özellik ile bir amino asit bileşimi arasındaki bazı ilişkileri bulduk.


    Teşekkür

    JM Berger, K. Brejc, D. Fass, D. Julius, EA Lumpkin ve BA Schulman'a veri toplama konusunda yardım için Gelişmiş Işık Kaynağında 8.3.1 ışın hattında J. Holton'un el yazması hakkındaki yorumları için teşekkür ederiz RW Tsien ve DT Yue Kalsiyum kanalı klonları ve Minör laboratuvar üyeleri için bu çalışmanın tüm aşamalarında destek için. Bu çalışma, D.L.M.'ye verilen ödüllerle desteklenmiştir. McKnight Nörobilim Vakfı'ndan, March of Dimes Basil O'Connor Scholar programından, Alfred P. Sloan Vakfı'ndan ve Rita Allen Vakfı'ndan. D.L.M. McKnight Vakfı Bilgini, Alfred P. Sloan Araştırma Üyesi ve Rita Allen Vakfı Bilginidir.


    İkincil Yapı Tahmini

    Teller ve tabakalar (β şeritler, paralel ve antiparalel β tabakalar)

    β-tabakaları, β-şeritlerinden oluşan daha geniş bir ikincil yapı türüdür. Teller, tipik olarak dört ila on kalıntı için "zikzak çizen" protein omurgasından oluşur. Tek β iplikleri enerjik olarak uygun değildir. Bununla birlikte, iki farklı β-şeritindeki kalıntılar arasında bir hidrojen bağı modeli ile karakterize edilen β-tabakaları oluşturabilirler. 1. iplikteki i tortusu 2. iplikteki j tortusu ile bir hidrojen bağı oluşturur. Sonraki bağ iki farklı şekilde oluşturulabilir: 1. iplikteki i+2 tortusu 2. iplikteki j+2'ye bağlanır (paralel β olarak adlandırılır). -levha) veya iplik 1'deki i+2 tortusu, iplik 2'deki j−2'ye bağlanır (anti-paralel β-yaprak olarak adlandırılır). Helislerin durumunun aksine, β-tabakalarındaki hidrojen bağı kalıntıları sıralı olarak çok uzakta olabilir. Çoğu β-tabaka ikiden fazla iplikten oluşur. Tipik olarak, β-iplikleri ve -yaprakları E harfi ile kısaltılır.


    Videoyu izle: Protein Structure Part 2 of 4 - Secondary Structure - Alpha Helix (Mayıs Ayı 2022).