stringtranslate.com

Белок

Изображение трехмерной структуры белка миоглобина с бирюзовыми α-спиралями . Этот белок был первым, структура которого была определена с помощью рентгеновской кристаллографии . Ближе к правому центру среди катушек находится простетическая группа , называемая гемовой группой (показана серым цветом) со связанной молекулой кислорода (красным).

Белки — это крупные биомолекулы и макромолекулы , которые содержат одну или несколько длинных цепочек аминокислотных остатков . Белки выполняют широкий спектр функций внутри организмов, включая катализацию метаболических реакций , репликацию ДНК , реакцию на стимулы , обеспечение структуры клеток и организмов и транспортировку молекул из одного места в другое. Белки отличаются друг от друга прежде всего последовательностью аминокислот, которая определяется нуклеотидной последовательностью их генов и обычно приводит к сворачиванию белка в специфическую трехмерную структуру , определяющую его активность.

Линейная цепь аминокислотных остатков называется полипептидом . Белок содержит по крайней мере один длинный полипептид. Короткие полипептиды, содержащие менее 20–30 остатков, редко считаются белками и обычно называются пептидами . Отдельные аминокислотные остатки связаны между собой пептидными связями и соседними аминокислотными остатками. Последовательность аминокислотных остатков в белке определяется последовательностью гена , который закодирован в генетическом коде . В общем, генетический код определяет 20 стандартных аминокислот; но у некоторых организмов генетический код может включать селеноцистеин и — у некоторых архей — пирролизин . Вскоре после или даже во время синтеза остатки белка часто химически модифицируются путем посттрансляционной модификации , которая изменяет физические и химические свойства, укладку, стабильность, активность и, в конечном итоге, функцию белков. К некоторым белкам присоединены непептидные группы, которые можно назвать простетическими группами или кофакторами . Белки также могут работать вместе для достижения определенной функции, и они часто объединяются, образуя стабильные белковые комплексы .

После образования белки существуют только в течение определенного периода, а затем разлагаются и перерабатываются клеточными механизмами в процессе белкового обмена . Продолжительность жизни белка измеряется периодом его полураспада и охватывает широкий диапазон. Они могут существовать в течение минут или лет со средней продолжительностью жизни 1–2 дня в клетках млекопитающих. Аномальные или неправильно свернутые белки разлагаются быстрее либо из-за того, что они предназначены для разрушения, либо из-за своей нестабильности.

Подобно другим биологическим макромолекулам, таким как полисахариды и нуклеиновые кислоты , белки являются важными частями организмов и участвуют практически во всех процессах внутри клеток . Многие белки представляют собой ферменты , которые катализируют биохимические реакции и имеют жизненно важное значение для обмена веществ . Белки также выполняют структурные или механические функции, такие как актин и миозин в мышцах и белки цитоскелета , которые образуют систему каркаса , поддерживающую форму клеток. Другие белки важны для передачи сигналов в клетках, иммунных реакций , клеточной адгезии и клеточного цикла . В рационе животных белки необходимы для обеспечения незаменимых аминокислот , которые не могут быть синтезированы . Пищеварение расщепляет белки для метаболического использования.

Белки могут быть очищены от других клеточных компонентов с использованием различных методов, таких как ультрацентрифугирование , осаждение , электрофорез и хроматография ; появление генной инженерии сделало возможным ряд методов облегчения очистки. Методы, обычно используемые для изучения структуры и функции белка, включают иммуногистохимию , сайт-направленный мутагенез , рентгеновскую кристаллографию , ядерный магнитный резонанс и масс-спектрометрию .

История и этимология

В восемнадцатом веке Антуан Фуркрой и другие признали белки как отдельный класс биологических молекул , отличающихся способностью молекул коагулировать или флокулировать при обработке теплом или кислотой. [1] Известные примеры в то время включали альбумин из яичных белков , альбумин сыворотки крови , фибрин и пшеничный глютен .

Белки были впервые описаны голландским химиком Герардусом Йоханнесом Мюлдером и названы шведским химиком Йонсом Якобом Берцелиусом в 1838 году . 400 Н 620 Н 100 О 120 П 1 С 1 . [4] Он пришел к ошибочному выводу, что они могут состоять из одного типа (очень больших) молекул. Термин «белок» для описания этих молекул был предложен соратником Малдера Берцелиусом; Белок происходит от греческого слова πρώτειος ( протеиос ), означающего «первичный», [5] «впереди», или «стоящий впереди», [6] + -ин . Далее Малдер идентифицировал продукты деградации белков, такие как аминокислота лейцин , для которой он обнаружил (почти правильную) молекулярную массу 131 Да . [4] До слова «белок» использовались другие названия, например, «альбумины» или «белковые материалы» ( Eiweisskörper , на немецком языке). [7]

Ранние ученые-диетологи, такие как немец Карл фон Войт, считали, что белок является наиболее важным питательным веществом для поддержания структуры тела, поскольку обычно считалось, что «плоть делает плоть». [8] Карл Генрих Риттхаузен расширил известные формы белка, идентифицировав глутаминовую кислоту . На сельскохозяйственной экспериментальной станции Коннектикута подробный обзор растительных белков составил Томас Берр Осборн . Работая с Лафайетом Менделем и применяя закон минимума Либиха при кормлении лабораторных крыс , были установлены незаменимые в питании аминокислоты . Работу продолжил и сообщил Уильям Камминг Роуз . Понимание белков как полипептидов пришло благодаря работе Франца Хофмайстера и Германа Эмиля Фишера в 1902 году. [9] [10] Центральная роль белков как ферментов в живых организмах не была полностью оценена до 1926 года, когда Джеймс Б. Самнер показал, что фермент уреаза на самом деле был белком. [11]

Трудность очистки белков в больших количествах делала их изучение очень трудным для первых биохимиков белков. Следовательно, ранние исследования были сосредоточены на белках, которые можно было очистить в больших количествах, например, белках крови, яичного белка, различных токсинов и пищеварительных/метаболических ферментов, полученных на скотобойнях. В 1950-х годах компания Armor Hot Dog Co. очистила 1 кг чистой бычьей панкреатической рибонуклеазы А и предоставила ее ученым бесплатно; этот жест помог рибонуклеазе А стать основной мишенью биохимических исследований на следующие десятилетия. [4]

Лайнусу Полингу приписывают успешное предсказание регулярных вторичных структур белков, основанных на водородных связях , идею , впервые выдвинутую Уильямом Эстбери в 1933 году . исследования Кая Линдерстрема-Ланга [ 15] способствовали пониманию сворачивания и структуры белков, опосредованных гидрофобными взаимодействиями .

Первым белком, который секвенировали , был инсулин , предложенный Фредериком Сэнгером в 1949 году. Сэнгер правильно определил аминокислотную последовательность инсулина, тем самым убедительно продемонстрировав, что белки состоят из линейных полимеров аминокислот, а не из разветвленных цепей, коллоидов или циклолов . [16] За это достижение он получил Нобелевскую премию в 1958 году. [17]

Джон Кендрю с моделью миоглобина в разработке

С развитием рентгеновской кристаллографии стало возможным секвенировать белковые структуры. [18] Первыми белковыми структурами , которые нужно было решить, были гемоглобин Макса Перуца и миоглобин Джона Кендрю в 1958 году. [19] [20] Использование компьютеров и увеличение вычислительной мощности также способствовали секвенированию сложных белков. В 1999 году Роджеру Корнбергу удалось секвенировать весьма сложную структуру РНК-полимеразы с помощью рентгеновских лучей высокой интенсивности от синхротронов . [18]

С тех пор получила развитие криоэлектронная микроскопия (криоЭМ) крупных макромолекулярных ансамблей [21] . В крио-ЭМ используются замороженные образцы белков, а не кристаллы, и пучки электронов , а не рентгеновские лучи. Это наносит меньше вреда образцу, позволяя ученым получить больше информации и проанализировать более крупные структуры. [18] Вычислительное предсказание структуры белков небольших белковых доменов [22] также помогло исследователям приблизиться к разрешению белковых структур на атомном уровне. По состоянию на 2017 год Банк данных белков насчитывает более 126 060 структур белков с атомным разрешением. [23]

Количество белков, закодированных в геномах

Число белков, кодируемых в геноме , примерно соответствует числу генов (хотя может существовать значительное количество генов, кодирующих РНК белка, например рибосомальные РНК ). Вирусы обычно кодируют от нескольких до нескольких сотен белков, археи и бактерии — от нескольких сотен до нескольких тысяч, тогда как эукариоты обычно кодируют от нескольких тысяч до десятков тысяч белков ( список примеров см. в разделе « Размер генома »).

Классификация

Белки в первую очередь классифицируются по последовательности и структуре, хотя обычно используются и другие классификации. Специально для ферментов система нумерации ЕС обеспечивает схему функциональной классификации. Точно так же онтология генов классифицирует как гены, так и белки по их биологическим и биохимическим функциям, а также по их внутриклеточному расположению.

Сходство последовательностей используется для классификации белков как с точки зрения эволюционного, так и функционального сходства. При этом могут использоваться либо целые белки, либо белковые домены , особенно в многодоменных белках . Белковые домены позволяют классифицировать белки по сочетанию последовательности, структуры и функции, и их можно комбинировать множеством различных способов. В раннем исследовании 170 000 белков примерно двум третям был присвоен по крайней мере один домен, причем более крупные белки содержали больше доменов (например, белки, содержащие более 600 аминокислот , имели в среднем более 5 доменов). [24]

Биохимия

Химическая структура пептидной связи (внизу) и трехмерная структура пептидной связи между аланином и соседней аминокислотой (вверху/вставка). Сама связь состоит из элементов CHON .
Резонансные структуры пептидной связи , связывающей отдельные аминокислоты с образованием белкового полимера.

Большинство белков состоят из линейных полимеров , построенных из серий до 20 различных L -α- аминокислот. Все протеиногенные аминокислоты обладают общими структурными особенностями, включая α-углерод , с которым связана аминогруппа , карбоксильная группа и вариабельная боковая цепь . Только пролин отличается от этой базовой структуры, поскольку он содержит необычное кольцо у N-концевой аминогруппы, которое заставляет амидный фрагмент CO–NH принять фиксированную конформацию. [25] Боковые цепи стандартных аминокислот, подробно описанные в списке стандартных аминокислот , имеют большое разнообразие химических структур и свойств; именно совокупное воздействие всех боковых цепей аминокислот в белке в конечном итоге определяет его трехмерную структуру и химическую активность. [26] Аминокислоты в полипептидной цепи связаны пептидными связями . После соединения в белковой цепи отдельная аминокислота называется остатком , а связанный ряд атомов углерода, азота и кислорода известен как основная цепь или основная цепь белка. [27] : 19 

Пептидная связь имеет две резонансные формы, которые придают некоторый характер двойной связи и препятствуют вращению вокруг своей оси, так что альфа-углероды примерно копланарны . Два других двугранных угла в пептидной связи определяют локальную форму, принимаемую основной цепью белка. [27] : 31  Конец со свободной аминогруппой известен как N-конец или аминоконец, тогда как конец белка со свободной карбоксильной группой известен как С-конец или карбокси-конец (последовательность белка пишется от N-конца к С-концу, слева направо).

Слова «белок» , «полипептид» и «пептид» немного двусмысленны и могут перекрываться по смыслу. Белок обычно используется для обозначения полной биологической молекулы в стабильной конформации , тогда как пептид обычно используется для коротких аминокислотных олигомеров, часто не имеющих стабильной трехмерной структуры. Но граница между ними нечетко определена и обычно лежит в районе 20–30 остатков. [28] Полипептид может относиться к любой отдельной линейной цепи аминокислот, обычно независимо от длины, но часто подразумевает отсутствие определенной конформации .

Взаимодействия

Белки могут взаимодействовать со многими типами молекул, в том числе с другими белками , с липидами , углеводами и ДНК . [29] [30] [27] [31]

Обилие в клетках

Было подсчитано, что бактерии среднего размера содержат около 2 миллионов белков на клетку (например, E. coli и Staphylococcus aureus ). Меньшие бактерии, такие как микоплазма или спирохеты , содержат меньше молекул — примерно от 50 000 до 1 миллиона. Напротив, эукариотические клетки крупнее и, следовательно, содержат гораздо больше белка. Например, по оценкам, дрожжевые клетки содержат около 50 миллионов белков, а человеческие клетки — от 1 до 3 миллиардов. [32] Концентрация отдельных копий белка колеблется от нескольких молекул на клетку до 20 миллионов. [33] Не все гены, кодирующие белки, экспрессируются в большинстве клеток, и их количество зависит, например, от типа клеток и внешних раздражителей. Например, из примерно 20 000 белков, кодируемых геномом человека, только 6 000 обнаруживаются в лимфобластоидных клетках. [34]

Синтез

Биосинтез

Рибосома производит белок, используя мРНК в качестве матрицы.
Последовательность ДНК гена кодирует аминокислотную последовательность белка.

Белки собираются из аминокислот с использованием информации, закодированной в генах. Каждый белок имеет свою уникальную аминокислотную последовательность, которая определяется нуклеотидной последовательностью гена, кодирующего этот белок. Генетический код представляет собой набор наборов из трех нуклеотидов, называемых кодонами , и каждая комбинация из трех нуклеотидов обозначает аминокислоту, например AUG ( аденин - урацил - гуанин ) является кодом метионина . Поскольку ДНК содержит четыре нуклеотида, общее число возможных кодонов равно 64; следовательно, в генетическом коде существует некоторая избыточность: некоторые аминокислоты определяются более чем одним кодоном. [31] : 1002–42  Гены, закодированные в ДНК, сначала транскрибируются в пре- мессенджерную РНК (мРНК) с помощью таких белков, как РНК-полимераза . Большинство организмов затем обрабатывают пре-мРНК (также известную как первичный транскрипт ), используя различные формы посттранскрипционной модификации , чтобы сформировать зрелую мРНК, которая затем используется рибосомой в качестве матрицы для синтеза белка . У прокариот мРНК может либо использоваться сразу после образования, либо связываться с рибосомой после удаления от нуклеоида . Напротив, эукариоты производят мРНК в ядре клетки , а затем перемещают ее через ядерную мембрану в цитоплазму , где затем происходит синтез белка . Скорость синтеза белка у прокариот выше, чем у эукариот, и может достигать до 20 аминокислот в секунду. [35]

Процесс синтеза белка из матрицы мРНК известен как трансляция . мРНК загружается на рибосому и считывается по три нуклеотида за раз путем сопоставления каждого кодона с антикодоном спаривания оснований , расположенным на молекуле транспортной РНК , которая несет аминокислоту, соответствующую распознаваемому ею кодону. Фермент аминоацил-тРНК-синтетаза «заряжает» молекулы тРНК правильными аминокислотами. Растущий полипептид часто называют зарождающейся цепью . Белки всегда биосинтезируются от N-конца к С-концу . [31] : 1002–42. 

Размер синтезированного белка можно измерить по количеству содержащихся в нем аминокислот и по его общей молекулярной массе , которая обычно выражается в дальтонах ( синоним атомных единиц массы ) или производной единице килодальтон (кДа). Средний размер белка увеличивается от архей к бактериям и эукариотам (283, 311, 438 остатков и 31, 34, 49 кДа соответственно) за счет большего числа белковых доменов , составляющих белки у высших организмов. [36] Например, дрожжевые белки имеют длину в среднем 466 аминокислот и массу 53 кДа. [28] Самыми крупными известными белками являются титины , компонент мышечного саркомера , с молекулярной массой почти 3000 кДа и общей длиной почти 27 000 аминокислот. [37]

Химический синтез

Короткие белки также можно синтезировать химическим путем с помощью семейства методов, известных как пептидный синтез , которые основаны на методах органического синтеза, таких как химическое лигирование, для получения пептидов с высоким выходом. [38] Химический синтез позволяет вводить неприродные аминокислоты в полипептидные цепи, например прикреплять флуоресцентные зонды к боковым цепям аминокислот. [39] Эти методы полезны в лабораторной биохимии и клеточной биологии , но, как правило, не для коммерческого применения. Химический синтез неэффективен для полипептидов длиной более 300 аминокислот, и синтезированные белки могут с трудом принять свою нативную третичную структуру . Большинство методов химического синтеза действуют от С-конца к N-концу, в противоположность биологической реакции. [40]

Состав

Кристаллическая структура шаперонина , огромного белкового комплекса. Выделена одна белковая субъединица. Шаперонины способствуют сворачиванию белков.
Три возможных представления трехмерной структуры белка триозофосфатизомеразы . Слева : представление всех атомов, раскрашенное в зависимости от типа атома. В центре: упрощенное изображение, иллюстрирующее конформацию основной цепи, окрашенное вторичной структурой. Справа : изображение поверхности, доступной для растворителя, окрашенной в зависимости от типа остатка (кислотные остатки - красный, основные остатки - синий, полярные остатки - зеленый, неполярные остатки - белый).

Большинство белков складываются в уникальные трехмерные структуры. Форма, в которую естественным образом сворачивается белок, известна как его нативная конформация . [27] : 36  Хотя многие белки могут сворачиваться без посторонней помощи, просто благодаря химическим свойствам их аминокислот, другим для сворачивания в нативное состояние требуется помощь молекулярных шаперонов . [27] : 37  Биохимики часто называют четыре различных аспекта структуры белка: [27] : 30–34 

Белки не являются полностью жесткими молекулами. В дополнение к этим уровням структуры белки могут переключаться между несколькими родственными структурами во время выполнения своих функций. В контексте этих функциональных перестроек эти третичные или четвертичные структуры обычно называют « конформациями », а переходы между ними называют конформационными изменениями. Такие изменения часто вызываются связыванием молекулы субстрата с активным центром фермента или физической областью белка, которая участвует в химическом катализе. В растворе структура белков также меняется из-за тепловой вибрации и столкновений с другими молекулами. [31] : 368–75. 

Молекулярная поверхность нескольких белков показывает их сравнительные размеры. Слева направо: иммуноглобулин G (IgG, антитело ), ​​гемоглобин , инсулин (гормон), аденилаткиназа (фермент) и глутаминсинтетаза (фермент).

Белки можно неофициально разделить на три основных класса, которые коррелируют с типичными третичными структурами: глобулярные белки , волокнистые белки и мембранные белки . Почти все глобулярные белки растворимы , многие из них являются ферментами. Фиброзные белки часто являются структурными, например, коллаген , основной компонент соединительной ткани, или кератин , белковый компонент волос и ногтей. Мембранные белки часто служат рецепторами или обеспечивают каналы для прохождения полярных или заряженных молекул через клеточную мембрану . [31] : 165–85 

Особый случай внутримолекулярных водородных связей внутри белков, плохо защищенных от воздействия воды и, следовательно, способствующих их собственной дегидратации , называется дегидронами . [41]

Белковые домены

Многие белки состоят из нескольких белковых доменов , то есть сегментов белка, которые складываются в отдельные структурные единицы. Домены обычно также имеют специфические функции, такие как ферментативная активность (например, киназа ), или они служат связывающими модулями (например, домен SH3 связывается с богатыми пролином последовательностями в других белках).

Мотив последовательности

Короткие аминокислотные последовательности внутри белков часто служат сайтами узнавания для других белков. [42] Например, домены SH3 обычно связываются с короткими мотивами PxxP (т.е. 2 пролинами [P], разделенными двумя неуказанными аминокислотами [x], хотя окружающие аминокислоты могут определять точную специфичность связывания). Многие такие мотивы собраны в базе данных Eukaryotic Linear Motif (ELM).

Топология белка

Топология белка описывает перепутывание основной цепи и расположение контактов внутри свернутой цепи. [43] Для характеристики топологии белка были применены две теоретические основы: теория узлов и топология цепей . Возможность описать топологию белка открывает новые пути для белковой инженерии и фармацевтических разработок, а также расширяет наше понимание заболеваний, связанных с неправильным сворачиванием белков, таких как нервно-мышечные расстройства и рак.

Клеточные функции

Белки являются главными действующими лицами в клетке и, как говорят, выполняют обязанности, определенные информацией, закодированной в генах. [28] За исключением некоторых типов РНК , большинство других биологических молекул являются относительно инертными элементами, на которые действуют белки. Белки составляют половину сухой массы клетки Escherichia coli , тогда как другие макромолекулы, такие как ДНК и РНК, составляют только 3% и 20% соответственно. [44] Набор белков, экспрессируемых в определенной клетке или типе клеток, известен как ее протеом .

Фермент гексокиназа показан в виде традиционной молекулярной модели шарика и стержня. В масштабе в верхнем правом углу показаны два его субстрата: АТФ и глюкоза .

Главной характеристикой белков, которая также обеспечивает их разнообразный набор функций, является их способность специфически и прочно связывать другие молекулы. Область белка, ответственная за связывание другой молекулы, известна как место связывания и часто представляет собой углубление или «карман» на поверхности молекулы. Эта связывающая способность опосредована третичной структурой белка, которая определяет карман сайта связывания, а также химическими свойствами боковых цепей окружающих аминокислот. Связывание с белками может быть чрезвычайно прочным и специфичным; например, белок -ингибитор рибонуклеазы связывается с ангиогенином человека с субфемтомолярной константой диссоциации (<10-15 М ), но вообще не связывается со своим гомологом онконазой амфибий ( >1 ​​М). Чрезвычайно незначительные химические изменения, такие как добавление одной метильной группы к партнеру по связыванию, иногда могут быть достаточными для почти полного устранения связывания; например, аминоацил-тРНК-синтетаза, специфичная для аминокислоты валин , дискриминирует очень похожую боковую цепь аминокислоты изолейцин . [45]

Белки могут связываться с другими белками, а также с низкомолекулярными субстратами. Когда белки специфически связываются с другими копиями той же молекулы, они могут олигомеризоваться с образованием фибрилл; этот процесс часто происходит в структурных белках, которые состоят из глобулярных мономеров, которые самоассоциируются с образованием жестких волокон. Белково-белковые взаимодействия также регулируют ферментативную активность, контролируют ход клеточного цикла и позволяют собирать большие белковые комплексы , которые выполняют множество тесно связанных реакций с общей биологической функцией. Белки также могут связываться с клеточными мембранами или даже интегрироваться в них. Способность партнеров по связыванию вызывать конформационные изменения в белках позволяет строить чрезвычайно сложные сигнальные сети. [31] : 830–49  Поскольку взаимодействия между белками обратимы и сильно зависят от доступности различных групп белков-партнеров для формирования агрегатов, способных выполнять дискретные наборы функций, изучение взаимодействий между конкретными белками является ключевым моментом. понять важные аспекты клеточной функции и, в конечном итоге, свойства, которые отличают определенные типы клеток. [46] [47]

Ферменты

Самая известная роль белков в клетке — это ферменты , катализирующие химические реакции. Ферменты обычно высокоспецифичны и ускоряют только одну или несколько химических реакций. Ферменты осуществляют большинство реакций, участвующих в метаболизме , а также манипулируют ДНК в таких процессах, как репликация ДНК , репарация ДНК и транскрипция . Некоторые ферменты действуют на другие белки, добавляя или удаляя химические группы в процессе, известном как посттрансляционная модификация. Известно около 4000 реакций, катализируемых ферментами. [48] ​​Ускорение скорости, обеспечиваемое ферментативным катализом, часто бывает огромным — в 10 17 раз больше скорости по сравнению с некатализируемой реакцией в случае оротатдекарбоксилазы (78 миллионов лет без фермента, 18 миллисекунд с ферментом). [49]

Молекулы, связанные и подвергающиеся воздействию ферментов, называются субстратами . Хотя ферменты могут состоять из сотен аминокислот, обычно лишь небольшая часть остатков контактирует с субстратом, а еще меньшая часть — в среднем три-четыре остатка — принимает непосредственное участие в катализе. [50] Область фермента, которая связывает субстрат и содержит каталитические остатки, известна как активный центр .

Белки-диригенты относятся к классу белков, определяющих стереохимию соединений , синтезируемых другими ферментами. [51]

Передача сигналов в клетках и связывание лигандов

Ленточная диаграмма мышиного антитела против холеры , связывающего углеводный антиген .

Многие белки участвуют в процессе клеточной передачи сигналов и передачи сигналов . Некоторые белки, такие как инсулин , являются внеклеточными белками, которые передают сигнал от клетки, в которой они были синтезированы, к другим клеткам в отдаленных тканях . Другие представляют собой мембранные белки , действующие как рецепторы , основная функция которых заключается в связывании сигнальной молекулы и индукции биохимического ответа в клетке. Многие рецепторы имеют сайт связывания, расположенный на поверхности клетки, и эффекторный домен внутри клетки, который может обладать ферментативной активностью или может претерпевать конформационные изменения , обнаруживаемые другими белками внутри клетки. [30] : 251–81. 

Антитела — это белковые компоненты адаптивной иммунной системы , основная функция которых — связывать антигены или чужеродные вещества в организме и нацеливать их на разрушение. Антитела могут секретироваться во внеклеточную среду или закрепляться в мембранах специализированных В-клеток , известных как плазматические клетки . В то время как ферменты ограничены в своей аффинности связывания со своими субстратами из-за необходимости проведения реакции, антитела таких ограничений не имеют. Аффинность связывания антитела с его мишенью чрезвычайно высока. [31] : 275–50 

Многие белки-переносчики лигандов связывают отдельные небольшие биомолекулы и транспортируют их в другие места тела многоклеточного организма. Эти белки должны иметь высокую аффинность связывания, когда их лиганд присутствует в высоких концентрациях, но также должны высвобождать лиганд, когда он присутствует в низких концентрациях в тканях-мишенях. Каноническим примером лиганд-связывающего белка является гемоглобин , который переносит кислород из легких в другие органы и ткани у всех позвоночных и имеет близких гомологов во всех биологических царствах . [31] : 222–29  Лектины представляют собой сахарсвязывающие белки , которые высокоспецифичны в отношении своих сахарных фрагментов. Лектины обычно играют роль в явлениях биологического распознавания , затрагивающих клетки и белки. [52] Рецепторы и гормоны представляют собой высокоспецифичные связывающие белки.

Трансмембранные белки также могут служить белками-переносчиками лигандов, которые изменяют проницаемость клеточной мембраны для небольших молекул и ионов. Сама по себе мембрана имеет гидрофобное ядро, через которое не могут диффундировать полярные или заряженные молекулы . Мембранные белки содержат внутренние каналы, которые позволяют таким молекулам входить в клетку и выходить из нее. Многие белки ионных каналов специализируются на выборе только определенного иона; например, калиевые и натриевые каналы часто различают только один из двух ионов. [30] : 232–34. 

Структурные белки

Структурные белки придают жесткость и жесткость биологическим компонентам, которые в противном случае были бы жидкими. Большинство структурных белков являются волокнистыми белками ; например, коллаген и эластин являются важнейшими компонентами соединительной ткани, такой как хрящ , а кератин содержится в твердых или нитевидных структурах, таких как волосы , ногти , перья , копыта и панцири некоторых животных . [31] : 178–81  Некоторые глобулярные белки также могут выполнять структурные функции, например, актин и тубулин являются глобулярными и растворимыми в виде мономеров, но полимеризуются с образованием длинных жестких волокон, составляющих цитоскелет , что позволяет клетке сохранять свою форма и размер.

Другими белками, выполняющими структурные функции, являются моторные белки, такие как миозин , кинезин и динеин , которые способны генерировать механические силы. Эти белки имеют решающее значение для клеточной подвижности одноклеточных организмов и спермы многих многоклеточных организмов, которые размножаются половым путем . Они также генерируют силы, возникающие при сокращении мышц [31] : 258–64, 272  , и играют важную роль во внутриклеточном транспорте.

Эволюция белка

Ключевой вопрос молекулярной биологии заключается в том, как развиваются белки, т.е. как мутации (или, скорее, изменения в последовательности аминокислот ) могут привести к появлению новых структур и функций? Большинство аминокислот в белке можно изменить без нарушения активности или функции, как это видно из многочисленных гомологичных белков разных видов (собранных в специализированных базах данных для семейств белков , например, PFAM ). [53] Чтобы предотвратить драматические последствия мутаций, ген можно дублировать, прежде чем он сможет свободно мутировать. Однако это также может привести к полной потере функции генов и, следовательно, псевдогенов . [54] Чаще всего изменения отдельных аминокислот имеют ограниченные последствия, хотя некоторые из них могут существенно изменить функцию белков, особенно ферментов . Например, многие ферменты могут изменить свою субстратную специфичность посредством одной или нескольких мутаций. [55] Изменениям в субстратной специфичности способствует неразборчивость субстратов , то есть способность многих ферментов связывать и обрабатывать несколько субстратов . Когда происходят мутации, специфичность фермента может увеличиваться (или уменьшаться) и, следовательно, его ферментативная активность. [55] Таким образом, бактерии (или другие организмы) могут адаптироваться к различным источникам пищи, включая неестественные субстраты, такие как пластик. [56]

Методы исследования

Активность и структуру белков можно исследовать in vitro , in vivo и in silico . Исследования очищенных белков in vitro в контролируемых средах полезны для изучения того, как белок выполняет свою функцию: например, исследования кинетики ферментов изучают химический механизм каталитической активности фермента и его относительное сродство к различным возможным молекулам субстрата. Напротив, эксперименты in vivo могут предоставить информацию о физиологической роли белка в клетке или даже в целом организме . В исследованиях in silico для изучения белков используются вычислительные методы.

Очистка белка

Для проведения анализа in vitro белок необходимо очистить от других клеточных компонентов. Этот процесс обычно начинается с лизиса клеток , при котором клеточная мембрана разрушается и ее внутреннее содержимое высвобождается в раствор, известный как сырой лизат . Полученную смесь можно очистить с помощью ультрацентрифугирования , при котором различные клеточные компоненты фракционируются на фракции, содержащие растворимые белки; мембранные липиды и белки; клеточные органеллы и нуклеиновые кислоты . Осаждение методом, известным как высаливание, позволяет сконцентрировать белки из этого лизата. Затем используются различные типы хроматографии для выделения интересующего белка или белков на основе таких свойств, как молекулярная масса, суммарный заряд и аффинность связывания. [27] : 21–24  Уровень очистки можно контролировать с помощью различных типов гель-электрофореза , если известны молекулярная масса и изоэлектрическая точка желаемого белка , с помощью спектроскопии , если белок имеет различимые спектроскопические характеристики, или с помощью ферментативного анализа , если белок ферментативная активность. Кроме того, белки можно изолировать в зависимости от их заряда с помощью электрофокусирования . [57]

Для натуральных белков может потребоваться ряд стадий очистки, чтобы получить белок, достаточно чистый для лабораторного применения. Чтобы упростить этот процесс, часто используется генная инженерия , чтобы придать белкам химические свойства, которые облегчают их очистку, не влияя на их структуру или активность. Здесь «метка», состоящая из определенной аминокислотной последовательности, часто серии остатков гистидина (« His-метка »), прикреплена к одному концу белка. В результате, когда лизат пропускают через хроматографическую колонку, содержащую никель , остатки гистидина связывают никель и прикрепляются к колонке, в то время как непомеченные компоненты лизата проходят беспрепятственно. Был разработан ряд различных меток, которые помогают исследователям очищать определенные белки из сложных смесей. [58]

Клеточная локализация

Белки в различных клеточных компартментах и ​​структурах, помеченные зеленым флуоресцентным белком (здесь белый)

Изучение белков in vivo часто связано с синтезом и локализацией белка внутри клетки. Хотя многие внутриклеточные белки синтезируются в цитоплазме , а мембраносвязанные или секретируемые белки - в эндоплазматическом ретикулуме , особенности того, как белки направляются на определенные органеллы или клеточные структуры, часто неясны. Полезный метод оценки клеточной локализации использует генную инженерию для экспрессии в клетке слитого белка или химеры , состоящей из интересующего природного белка, связанного с « репортером », таким как зеленый флуоресцентный белок (GFP). [59] Положение слитого белка внутри клетки затем можно четко и эффективно визуализировать с помощью микроскопии , [60] , как показано на рисунке напротив.

Другие методы выяснения клеточного расположения белков требуют использования известных компартментарных маркеров для таких областей, как ЭР, Гольджи, лизосомы или вакуоли, митохондрии, хлоропласты, плазматическая мембрана и т. д. С использованием флуоресцентно меченных версий этих маркеров или антител к известным маркерам становится гораздо проще определить локализацию интересующего белка. Например, непрямая иммунофлуоресценция позволит колокализировать флуоресценцию и продемонстрировать ее местоположение. Флуоресцентные красители используются для маркировки клеточных компартментов с той же целью. [61]

Существуют и другие возможности. Например, в иммуногистохимии обычно используются антитела к одному или нескольким интересующим белкам, которые конъюгированы с ферментами, дающими либо люминесцентные, либо хромогенные сигналы, которые можно сравнивать между образцами, что позволяет получить информацию о локализации. Другим применимым методом является кофракционирование в градиентах сахарозы (или другого материала) с использованием изопикнического центрифугирования . [62] Хотя этот метод не доказывает колокализацию компартмента известной плотности и интересующего белка, он увеличивает вероятность и более поддается крупномасштабным исследованиям.

Наконец, золотым стандартом клеточной локализации является иммуноэлектронная микроскопия . В этом методе наряду с классическими методами электронной микроскопии также используются антитела к интересующему белку. Образец готовят для обычного электронного микроскопического исследования, а затем обрабатывают антителом к ​​интересующему белку, которое конъюгировано с чрезвычайно электроплотным материалом, обычно с золотом. Это позволяет локализовать как ультраструктурные детали, так и интересующий белок. [63]

С помощью другого приложения генной инженерии, известного как сайт-направленный мутагенез , исследователи могут изменить последовательность белка и, следовательно, его структуру, клеточную локализацию и восприимчивость к регуляции. Этот метод даже позволяет включать неприродные аминокислоты в белки с использованием модифицированных тРНК [64] и может позволить рационально создавать новые белки с новыми свойствами. [65]

Протеомика

Полный набор белков, присутствующих одновременно в клетке или типе клеток, известен как ее протеом , и изучение таких крупномасштабных наборов данных определяет область протеомики , названную по аналогии со смежной областью геномики . Ключевые экспериментальные методы в протеомике включают 2D-электрофорез [66] , который позволяет разделять многие белки, масс-спектрометрию , [67] которая позволяет быстро и высокопроизводительно идентифицировать белки и секвенировать пептиды (чаще всего после расщепления в геле ), микрочипы , которые позволяют определять относительные уровни различных белков, присутствующих в клетке, и двухгибридный скрининг , который позволяет систематически исследовать белок-белковые взаимодействия . [68] Полный набор биологически возможных таких взаимодействий известен как интерактом . [69] Систематическая попытка определить структуру белков, представляющих все возможные складки, известна как структурная геномика . [70]

Определение структуры

Открытие третичной структуры белка или четвертичной структуры его комплексов может дать важные сведения о том, как белок выполняет свою функцию и как на него можно повлиять, например, при разработке лекарств . Поскольку белки слишком малы, чтобы их можно было увидеть под световым микроскопом , для определения их структуры приходится использовать другие методы. Общие экспериментальные методы включают рентгеновскую кристаллографию и ЯМР-спектроскопию , оба из которых могут предоставить структурную информацию с атомным разрешением. Однако эксперименты ЯМР могут предоставить информацию, на основе которой можно оценить подмножество расстояний между парами атомов, а окончательные возможные конформации белка определяются путем решения проблемы геометрии расстояний . Интерферометрия двойной поляризации — это количественный аналитический метод измерения общей конформации белка и конформационных изменений , вызванных взаимодействиями или другими стимулами. Круговой дихроизм — еще один лабораторный метод определения внутреннего β-листного/α-спирального состава белков. Криоэлектронная микроскопия используется для получения структурной информации с более низким разрешением об очень больших белковых комплексах, включая собранные вирусы ; [30] : 340–41  вариант, известный как электронная кристаллография , также может в некоторых случаях давать информацию с высоким разрешением, особенно для двумерных кристаллов мембранных белков. [71] Решенные структуры обычно хранятся в Банке данных белков (PDB), свободно доступном ресурсе, из которого можно получить структурные данные о тысячах белков в форме декартовых координат для каждого атома белка. [72]

Известно гораздо больше последовательностей генов, чем белковых структур. Кроме того, набор решенных структур смещен в сторону белков, которые можно легко подвергнуть условиям, необходимым для рентгеновской кристаллографии , одного из основных методов определения структуры. В частности, глобулярные белки сравнительно легко кристаллизовать при подготовке к рентгеновской кристаллографии. Мембранные белки и крупные белковые комплексы, напротив, трудно кристаллизовать, и они недостаточно представлены в PDB. [73] Инициативы в области структурной геномики попытались исправить эти недостатки путем систематического решения репрезентативных структур основных классов складок. Методы прогнозирования структуры белка пытаются предоставить средства создания вероятной структуры белков, структура которых не была определена экспериментально. [74]

Прогнозирование структуры

Составляющие аминокислоты можно проанализировать для прогнозирования вторичной, третичной и четвертичной структуры белка, в данном случае гемоглобина, содержащего гемовые единицы.

В дополнение к области структурной геномики, прогнозирование структуры белков разрабатывает эффективные математические модели белков для вычислительного предсказания молекулярных образований в теории, вместо обнаружения структур с помощью лабораторных наблюдений. [75] Самый успешный тип предсказания структуры, известный как моделирование гомологии , основан на существовании «шаблонной» структуры с последовательностью, сходной с моделируемым белком; Цель структурной геномики - обеспечить достаточное представительство в решенных структурах для моделирования большинства из тех, которые остались. [76] Хотя создание точных моделей остается проблемой, когда доступны только отдаленно родственные матричные структуры, было высказано предположение, что выравнивание последовательностей является узким местом в этом процессе, поскольку вполне точные модели могут быть созданы, если известно «идеальное» выравнивание последовательностей. [77] Многие методы предсказания структуры послужили основой для новой области белковой инженерии , в которой уже созданы новые белковые складки. [78] Также белки (у эукариот ~33%) содержат большие неструктурированные, но биологически функциональные сегменты и могут быть классифицированы как внутренне неупорядоченные белки . [79] Таким образом, прогнозирование и анализ белковых нарушений является важной частью характеристики структуры белка. [80]

Биоинформатика

Для анализа структуры, функций и эволюции белков был разработан широкий спектр вычислительных методов. Разработка таких инструментов была обусловлена ​​большим количеством геномных и протеомных данных, доступных для различных организмов, включая геном человека . Экспериментально изучить все белки просто невозможно, поэтому лишь некоторые из них подвергаются лабораторным экспериментам, а для экстраполяции на аналогичные белки используются вычислительные инструменты. Такие гомологичные белки можно эффективно идентифицировать в отдаленно родственных организмах путем выравнивания последовательностей . Геном и последовательности генов можно искать с помощью различных инструментов по определенным свойствам. Инструменты профилирования последовательностей могут находить сайты рестрикционных ферментов , открытые рамки считывания в нуклеотидных последовательностях и прогнозировать вторичные структуры . С помощью специального программного обеспечения, такого как ClustalW, можно построить филогенетические деревья и разработать эволюционные гипотезы относительно происхождения современных организмов и генов, которые они экспрессируют. Область биоинформатики сейчас незаменима для анализа генов и белков.

Моделирование динамических процессов in silico

Более сложной вычислительной проблемой является предсказание межмолекулярных взаимодействий, таких как стыковка молекул , [81] сворачивание белков , белок-белковое взаимодействие и химическая реактивность. Математические модели для моделирования этих динамических процессов включают молекулярную механику , в частности, молекулярную динамику . В связи с этим моделирование in silico обнаружило сворачивание небольших α-спиральных белковых доменов , таких как головной убор злодея , [82] вспомогательный белок ВИЧ [83] , а гибридные методы, сочетающие стандартную молекулярную динамику с квантово-механической математикой, исследовали электронные состояния родопсины . [84]

Помимо классической молекулярной динамики, методы квантовой динамики позволяют моделировать белки в атомистических деталях с точным описанием квантово-механических эффектов. Примеры включают многослойный, мультиконфигурационный, зависящий от времени метод Хартри (MCTDH) и подход иерархических уравнений движения (HEOM), которые были применены к криптохромам растений [85] и светособирающим комплексам бактерий [86] соответственно. Как квантовое, так и классическое механическое моделирование систем биологического масштаба чрезвычайно требовательно к вычислительным ресурсам, поэтому инициативы по распределенным вычислениям (например, проект Folding@home [87] ) облегчают молекулярное моделирование , используя достижения в параллельной обработке графических процессоров и методах Монте-Карло .

Химический анализ

Общий азот органического вещества в основном формируется за счет аминогрупп белков. Общий азот по Кьельдалю ( TKN ) — это показатель азота, широко используемый при анализе (сточных) вод, почвы, пищевых продуктов, кормов и органических веществ в целом. Как следует из названия, применяется метод Кьельдаля . Существуют более чувствительные методы. [88] [89]

Питание

Большинство микроорганизмов и растений могут биосинтезировать все 20 стандартных аминокислот , в то время как животные (включая человека) должны получать часть аминокислот из рациона . [44] Аминокислоты, которые организм не может синтезировать самостоятельно, называются незаменимыми аминокислотами . У животных отсутствуют ключевые ферменты, синтезирующие определенные аминокислоты, такие как аспартокиназа , которая катализирует первый этап синтеза лизина , метионина и треонина из аспартата . Если аминокислоты присутствуют в окружающей среде, микроорганизмы могут сохранять энергию, поглощая аминокислоты из окружающей среды и подавляя свои пути биосинтеза.

У животных аминокислоты получаются при употреблении в пищу продуктов, содержащих белок. Поглощенные белки затем расщепляются на аминокислоты посредством пищеварения , которое обычно включает денатурацию белка под воздействием кислоты и гидролиз ферментами, называемыми протеазами . Некоторые поступившие в организм аминокислоты используются для биосинтеза белка, тогда как другие преобразуются в глюкозу посредством глюконеогенеза или поступают в цикл лимонной кислоты . Такое использование белка в качестве топлива особенно важно в условиях голодания , поскольку оно позволяет использовать собственные белки организма для поддержания жизни, особенно те, которые содержатся в мышцах . [90]

У животных, таких как собаки и кошки, белок поддерживает здоровье и качество кожи, способствуя росту и кератинизации волосяных фолликулов и тем самым снижая вероятность кожных проблем, вызывающих неприятный запах. [91] Белки низкого качества также влияют на здоровье желудочно-кишечного тракта, увеличивая вероятность возникновения метеоризма и неприятных запахов у собак, поскольку, когда белки достигают толстой кишки в непереваренном состоянии, они ферментируются с образованием сероводорода, индола и скатола. [92] Собаки и кошки переваривают животные белки лучше, чем растительные, но плохо перевариваются продукты некачественного животного происхождения, в том числе кожа, перья и соединительная ткань. [92]

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ Томас Берр Осборн (1909): Растительные белки, заархивированные 22 марта 2016 г. в Wayback Machine , История, стр. 1–6, с сайта archive.org
  2. ^ Малдер Г.Дж. (1838). «Сюр-ла-композиция некоторых животных веществ». Bulletin des Sciences Physiques et Naturelles en Néerlande : 104.
  3. ^ Гарольд Х (1951). «Происхождение слова «белок».» Природа . 168 (4267): 244. Бибкод : 1951Natur.168..244H. дои : 10.1038/168244a0 . PMID  14875059. S2CID  4271525.
  4. ^ abc Perrett D (август 2007 г.). «От белка к истокам клинической протеомики». Протеомика: Клиническое применение . 1 (8): 720–38. дои : 10.1002/prca.200700525. PMID  21136729. S2CID  32843102.
  5. ^ Новый Оксфордский словарь английского языка
  6. ^ Рейнольдс Дж. А., Танфорд С. (2003). Роботы природы: история белков (Оксфордские книги в мягкой обложке) . Нью-Йорк, Нью-Йорк: Издательство Оксфордского университета. п. 15. ISBN 978-0-19-860694-9.
  7. ^ Рейнольдс и Танфорд (2003).
  8. ^ Бишофф Т.Л., Войт С (1860). Die Gesetze der Ernaehrung des Pflanzenfressers durch neue Untersuchungen festgestellt (на немецком языке). Лейпциг, Гейдельберг.{{cite book}}: CS1 maint: отсутствует местоположение издателя ( ссылка )
  9. ^ "Хофмейстер, Франц". энциклопедия.com. Архивировано из оригинала 5 апреля 2017 года . Проверено 4 апреля 2017 г.
  10. ^ «Белок, раздел: Классификация белков». britannica.com. Архивировано из оригинала 4 апреля 2017 года . Проверено 4 апреля 2017 г.
  11. ^ Самнер Дж.Б. (1926). «Выделение и кристаллизация фермента уреазы. Предварительная статья» (PDF) . Журнал биологической химии . 69 (2): 435–41. дои : 10.1016/S0021-9258(18)84560-4 . Архивировано из оригинала 25 марта 2011 г. Проверено 16 января 2011 г.
  12. ^ Полинг Л., Кори Р.Б. (май 1951 г.). «Координаты атомов и структурные факторы для двух спиральных конфигураций полипептидных цепей» (PDF) . Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 37 (5): 235–40. Бибкод : 1951PNAS...37..235P. дои : 10.1073/pnas.37.5.235 . ПМЦ 1063348 . PMID  14834145. Архивировано (PDF) из оригинала 28 ноября 2012 г. Проверено 14 апреля 2009 г. 
  13. ^ Каузманн В. (май 1956 г.). «Структурные факторы денатурации белка». Журнал клеточной физиологии . 47 (Приложение 1): 113–31. дои : 10.1002/jcp.1030470410. ПМИД  13332017.
  14. ^ Каузманн В. (1959). «Некоторые факторы интерпретации денатурации белка». Достижения в области химии белков. Том 14 . Том. 14. стр. 1–63. дои : 10.1016/S0065-3233(08)60608-7. ISBN 978-0-12-034214-3. ПМИД  14404936.
  15. ^ Кальман С.М., Линдерстрем-Ланг К., Оттесен М., Ричардс Ф.М. (февраль 1955 г.). «Деградация рибонуклеазы субтилизином». Биохимика и биофизика Acta . 16 (2): 297–99. дои : 10.1016/0006-3002(55)90224-9. ПМИД  14363272.
  16. ^ Сэнгер Ф (1949). «Концевые пептиды инсулина». Биохимический журнал . 45 (5): 563–74. дои : 10.1042/bj0450563. ПМК 1275055 . ПМИД  15396627. 
  17. ^ Сэнгер Ф. (1958), Нобелевская лекция: Химия инсулина (PDF) , Nobelprize.org, заархивировано (PDF) из оригинала 19 марта 2013 г. , получено 9 февраля 2016 г.
  18. ^ abc Стоддарт, Шарлотта (1 марта 2022 г.). «Структурная биология: как белки стали крупным планом». Знающий журнал . doi : 10.1146/knowable-022822-1 . Проверено 25 марта 2022 г.
  19. ^ Мюрхед Х., Перуц М.Ф. (август 1963 г.). «Структура гемоглобина. Трехмерный Фурье-синтез восстановленного гемоглобина человека с разрешением 5,5 Å». Природа . 199 (4894): 633–38. Бибкод : 1963Natur.199..633M. дои : 10.1038/199633a0. PMID  14074546. S2CID  4257461.
  20. ^ Кендрю Дж.К., Бодо Дж., Динцис Х.М., Пэрриш Р.Г., Вайкофф Х., Филлипс, округ Колумбия (март 1958 г.). «Трехмерная модель молекулы миоглобина, полученная методом рентгеноструктурного анализа». Природа . 181 (4610): 662–66. Бибкод : 1958Natur.181..662K. дои : 10.1038/181662a0. PMID  13517261. S2CID  4162786.
  21. ^ Чжоу Чж. (апрель 2008 г.). «На пути к структурному определению атомного разрешения с помощью одночастичной криоэлектронной микроскопии». Современное мнение в области структурной биологии . 18 (2): 218–28. doi :10.1016/j.sbi.2008.03.004. ПМК 2714865 . ПМИД  18403197. 
  22. ^ Кескин О, Тункбаг Н, Гурсой А (апрель 2008 г.). «Характеристика и прогнозирование белковых интерфейсов для определения сетей белок-белкового взаимодействия». Современная фармацевтическая биотехнология . 9 (2): 67–76. дои : 10.2174/138920108783955191. hdl : 11511/32640 . ПМИД  18393863.
  23. ^ "Банк данных белков RCSB" . Архивировано из оригинала 18 апреля 2015 г. Проверено 19 января 2017 г.
  24. ^ Экман, Диана; Бьёрклунд, Оса К.; Фрей-Скотт, Йоханнес; Элофссон, Арне (апрель 2005 г.). «Мультидоменные белки в трех царствах жизни: сиротские домены и другие неназначенные области». Журнал молекулярной биологии . 348 (1): 231–243. дои : 10.1016/j.jmb.2005.02.007. ПМИД  15808866.
  25. ^ Нельсон Д.Л., Кокс М.М. (2005). Принципы биохимии Ленингера (4-е изд.). Нью-Йорк, Нью-Йорк: WH Freeman and Company.
  26. ^ Гаттеридж А., Торнтон Дж. М. (ноябрь 2005 г.). «Понимание каталитического инструментария природы». Тенденции биохимических наук . 30 (11): 622–29. doi :10.1016/j.tibs.2005.09.006. ПМИД  16214343.
  27. ^ abcdefg Мюррей РФ, Харпер Х.В., Граннер Д.К., Мэйс П.А., Родвелл Ф.В. (2006). Иллюстрированная биохимия Харпера . Нью-Йорк: Lange Medical Books/McGraw-Hill. ISBN 978-0-07-146197-9.
  28. ^ abc Лодиш Х., Берк А., Мацудайра П., Кайзер CA, Кригер М., Скотт М.П., ​​Зипуркси С.Л., Дарнелл Дж. (2004). Молекулярно-клеточная биология (5-е изд.). Нью-Йорк, Нью-Йорк: WH Freeman and Company.
  29. ^ Ардеяни М.С., Пауэрс ET, Келли Дж.В. (август 2017 г.). «Использование кооперативно свернутых пептидов для измерения энергии взаимодействия и конформационных склонностей». Отчеты о химических исследованиях . 50 (8): 1875–1882. doi : 10.1021/acs.accounts.7b00195. ПМЦ 5584629 . ПМИД  28723063. 
  30. ^ abcd Брэнден С., Туз Дж. (1999). Введение в структуру белка . Нью-Йорк: Паб Garland. ISBN 978-0-8153-2305-1.
  31. ^ abcdefghij Ван Холде К.Э., Мэтьюз К.К. (1996). Биохимия. Менло-Парк, Калифорния: Паб Benjamin/Cummings. ISBN компании, Inc. 978-0-8053-3931-4.
  32. ^ Майло Р. (декабрь 2013 г.). «Каково общее количество молекул белка в объеме клетки? Призыв переосмыслить некоторые опубликованные значения». Биоэссе . 35 (12): 1050–55. doi :10.1002/bies.201300066. ПМК 3910158 . ПМИД  24114984. 
  33. ^ Бек М., Шмидт А., Мальмстрем Дж., Клаассен М., Ори А., Шимборска А., Херцог Ф., Риннер О., Элленберг Дж., Эберсольд Р. (ноябрь 2011 г.). «Количественный протеом линии клеток человека». Молекулярная системная биология . 7 : 549. дои : 10.1038/msb.2011.82. ПМК 3261713 . ПМИД  22068332. 
  34. ^ Ву Л, Кандилль С.И., Чой Ю, Се Д., Цзян Л., Ли-Пук-Тан Дж., Тан Х., Снайдер М. (июль 2013 г.). «Изменение и генетический контроль содержания белка у человека». Природа . 499 (7456): 79–82. Бибкод : 2013Natur.499...79W. дои : 10.1038/nature12223. ПМЦ 3789121 . ПМИД  23676674. 
  35. ^ Добсон CM (2000). «Природа и значение сворачивания белка». В боли Р.Х. (ред.). Механизмы сворачивания белка . Оксфорд, Оксфордшир: Издательство Оксфордского университета. стр. 1–28. ISBN 978-0-19-963789-8.
  36. ^ Козловский LP (январь 2017 г.). «Протеом-pI: база данных изоэлектрических точек протеома». Исследования нуклеиновых кислот . 45 (Д1): Д1112–Д1116. дои : 10.1093/nar/gkw978. ПМК 5210655 . ПМИД  27789699. 
  37. ^ Фултон AB, Исаакс ВБ (апрель 1991 г.). «Титин, огромный эластичный саркомерный белок, который, вероятно, играет роль в морфогенезе». Биоэссе . 13 (4): 157–61. doi : 10.1002/bies.950130403. PMID  1859393. S2CID  20237314.
  38. ^ Брукдорфер Т., Мардер О., Альберисио Ф. (февраль 2004 г.). «От производства пептидов в миллиграммах для исследований до многотонных количеств лекарств будущего». Современная фармацевтическая биотехнология . 5 (1): 29–43. дои : 10.2174/1389201043489620. ПМИД  14965208.
  39. ^ Шварцер Д., Коул П.А. (декабрь 2005 г.). «Полусинтез белка и выраженное лигирование белка: в погоне за хвостом белка». Современное мнение в области химической биологии . 9 (6): 561–69. дои : 10.1016/j.cbpa.2005.09.018. ПМИД  16226484.
  40. ^ Кент SB (февраль 2009 г.). «Тотальный химический синтез белков». Обзоры химического общества . 38 (2): 338–51. дои : 10.1039/b700141j. PMID  19169452. S2CID  5432012.
  41. ^ Фернандес А., Скотт Р. (сентябрь 2003 г.). «Дегидрон: структурно закодированный сигнал взаимодействия белков». Биофизический журнал . 85 (3): 1914–28. Бибкод : 2003BpJ....85.1914F. дои : 10.1016/S0006-3495(03)74619-0. ПМЦ 1303363 . ПМИД  12944304. 
  42. ^ Дэйви Н.Э., Ван Рой К., Уэзеритт Р.Дж., Тоедт Г., Уяр Б., Альтенберг Б., Бадд А., Диелла Ф., Динкель Х., Гибсон Т.Дж. (январь 2012 г.). «Признаки коротких линейных мотивов». Молекулярные биосистемы . 8 (1): 268–81. дои : 10.1039/c1mb05231d. ПМИД  21909575.
  43. ^ [Скальвини Б., Шейххассани В., Вудард Дж., Аупич Дж., Дам Р.Т., Джерала Р., Машаги А., Топология свернутых молекулярных цепей: от одиночных биомолекул до искусственного оригами. Тенденции в химии 2 (7), P609-622 (2020) https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2589597420301118]
  44. ^ ab Voet D, Voet JG. (2004). Биохимия Том 1 3-е изд. Уайли: Хобокен, Нью-Джерси.
  45. ^ Шанкаранараянан Р., Морас Д. (2001). «Правильность перевода генетического кода». Акта Биохимика Полоника . 48 (2): 323–35. дои : 10.18388/abp.2001_3918 . ПМИД  11732604.
  46. ^ Копленд Дж.А., Шеффилд-Мур М., Колджич-Зиванович Н., Джентри С., Лампроу Г., Цорцату-Статопулу Ф., Зумпурлис В., Урбан Р.Дж., Влахопулос С.А. (июнь 2009 г.). «Рецепторы половых стероидов при дифференцировке скелета и эпителиальной неоплазии: возможно ли тканеспецифическое вмешательство?». Биоэссе . 31 (6): 629–41. doi :10.1002/bies.200800138. PMID  19382224. S2CID  205469320.
  47. ^ Самарин С., Нусрат А. (январь 2009 г.). «Регуляция эпителиального апикального соединительного комплекса с помощью ГТФаз семейства Rho». Границы бионауки . 14 (14): 1129–42. дои : 10.2741/3298 . ПМИД  19273120.
  48. ^ Байрох А (январь 2000 г.). «База данных ENZYME в 2000 году» (PDF) . Исследования нуклеиновых кислот . 28 (1): 304–05. дои : 10.1093/нар/28.1.304. ПМК 102465 . PMID  10592255. Архивировано из оригинала (PDF) 1 июня 2011 г. 
  49. ^ Радзичка А., Вольфенден Р. (январь 1995 г.). «Опытный фермент». Наука . 267 (5194): 90–3. Бибкод : 1995Sci...267...90R. дои : 10.1126/science.7809611. ПМИД  7809611.
  50. ^ Внешние службы EBI (20 января 2010 г.). «Атлас каталитических сайтов Европейского института биоинформатики». Ebi.ac.uk. Архивировано из оригинала 3 августа 2013 г. Проверено 16 января 2011 г.
  51. ^ Пикель Б., Шаллер А. (октябрь 2013 г.). «Директивные белки: молекулярные характеристики и потенциальные биотехнологические применения». Прикладная микробиология и биотехнология . 97 (19): 8427–38. дои : 10.1007/s00253-013-5167-4. PMID  23989917. S2CID  1896003.
  52. ^ Рюдигер Х., Зиберт Х.К., Солис Д., Хименес-Барберо Х., Ромеро А., фон дер Лит К.В., Диас-Мариньо Т., Габиус Х.Дж. (апрель 2000 г.). «Медицинская химия, основанная на коде сахара: основы лектинологии и экспериментальные стратегии с лектинами в качестве мишени». Современная медицинская химия . 7 (4): 389–416. дои : 10.2174/0929867003375164. ПМИД  10702616.
  53. ^ Малдер, Нью-Джерси (28 сентября 2007 г.). «Базы данных по семействам белков». ЭЛС . Чичестер, Великобритания: John Wiley & Sons, Ltd., стр. a0003058.pub2. дои : 10.1002/9780470015902.a0003058.pub2. ISBN 978-0-470-01617-6.
  54. ^ Сису С, Пей Б, Ленг Дж, Франкиш А, Чжан Ю, Баласубраманиан С и др. (сентябрь 2014 г.). «Сравнительный анализ псевдогенов трех типов». Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 111 (37): 13361–6. Бибкод : 2014PNAS..11113361S. дои : 10.1073/pnas.1407293111 . ПМК 4169933 . ПМИД  25157146. 
  55. ^ аб Гусман Г.И., Сандберг Т.Е., Лакруа Р.А., Ньергес А., Папп Х., де Раад М. и др. (апрель 2019 г.). «Распутство ферментов формирует адаптацию к новым субстратам роста». Молекулярная системная биология . 15 (4): е8462. дои : 10.15252/msb.20188462. ПМК 6452873 . ПМИД  30962359. 
  56. ^ Рухи, Бано К., Куддус М., Захир М.Р., Зия К., Хан М.Ф., Ашраф Г.М., Гупта А., Алиев Г. (2017). «Микробная ферментативная деградация биоразлагаемых пластмасс». Современная фармацевтическая биотехнология . 18 (5): 429–440. дои : 10.2174/1389201018666170523165742. ПМИД  28545359.
  57. ^ Эй Дж, Пош А, Коэн А, Лю Н, Харберс А (2008). «Фракционирование сложных белковых смесей жидкофазным изоэлектрическим фокусированием». 2D-СТРАНИЦА: Подготовка проб и фракционирование . Методы молекулярной биологии. Том. 424. стр. 225–39. дои : 10.1007/978-1-60327-064-9_19. ISBN 978-1-58829-722-8. ПМИД  18369866.
  58. ^ Терпе К (январь 2003 г.). «Обзор слияний белков-меток: от молекулярных и биохимических основ до коммерческих систем». Прикладная микробиология и биотехнология . 60 (5): 523–33. дои : 10.1007/s00253-002-1158-6. PMID  12536251. S2CID  206934268.
  59. ^ Степаненко О.В., Верхуша В.В., Кузнецова И.М., Уверский В.Н., Туроверов К.К. (август 2008 г.). «Флуоресцентные белки как биомаркеры и биосенсоры: освещают молекулярные и клеточные процессы цветным светом». Современная наука о белках и пептидах . 9 (4): 338–69. дои : 10.2174/138920308785132668. ПМК 2904242 . ПМИД  18691124. 
  60. ^ Юсте Р. (декабрь 2005 г.). «Флуоресцентная микроскопия сегодня». Природные методы . 2 (12): 902–4. дои : 10.1038/nmeth1205-902. PMID  16299474. S2CID  205418407.
  61. ^ Марголин В. (январь 2000 г.). «Зеленый флуоресцентный белок как репортер макромолекулярной локализации в бактериальных клетках». Методы . 20 (1): 62–72. дои : 10.1006/meth.1999.0906. ПМИД  10610805.
  62. ^ Уокер Дж. Х., Уилсон К. (2000). Принципы и методы практической биохимии . Кембридж, Великобритания: Издательство Кембриджского университета. стр. 287–89. ISBN 978-0-521-65873-7.
  63. ^ Мэйхью Т.М., Люкок Дж.М. (август 2008 г.). «Разработки клеточной биологии для количественной иммуноэлектронной микроскопии на срезах: обзор». Гистохимия и клеточная биология . 130 (2): 299–313. дои : 10.1007/s00418-008-0451-6. ПМК 2491712 . ПМИД  18553098. 
  64. ^ Хосака Т., Сисидо М. (декабрь 2002 г.). «Включение неприродных аминокислот в белки». Современное мнение в области химической биологии . 6 (6): 809–15. дои : 10.1016/S1367-5931(02)00376-9. ПМИД  12470735.
  65. ^ Седрон Ф, Менез А, Кеменёр Э (август 2000 г.). «Настройка новых функций ферментов путем рационального изменения». Современное мнение в области структурной биологии . 10 (4): 405–10. дои : 10.1016/S0959-440X(00)00106-8. ПМИД  10981626.
  66. ^ Горг А., Вайс В., Данн М.Дж. (декабрь 2004 г.). «Современная технология двумерного электрофореза для протеомики». Протеомика . 4 (12): 3665–85. дои : 10.1002/pmic.200401031. PMID  15543535. S2CID  28594824.
  67. ^ Конротто П, Сушельницкий С (сентябрь 2008 г.). «Протеомные подходы в биологических и медицинских науках: принципы и приложения». Экспериментальная онкология . 30 (3): 171–80. ПМИД  18806738.
  68. ^ Коегль М., Уец П. (декабрь 2007 г.). «Совершенствование двухгибридных систем скрининга дрожжей». Брифинги по функциональной геномике и протеомике . 6 (4): 302–12. дои : 10.1093/bfgp/elm035 . PMID  18218650. Архивировано из оригинала 11 сентября 2017 г. Проверено 23 июля 2017 г.
  69. ^ Плевчинский Д., Гинальский К. (2009). «Интерактом: предсказание белок-белковых взаимодействий в клетках». Письма по клеточной и молекулярной биологии . 14 (1): 1–22. дои : 10.2478/s11658-008-0024-7. ПМК 6275871 . ПМИД  18839074. 
  70. ^ Чжан С., Ким Ш. (февраль 2003 г.). «Обзор структурной геномики: от структуры к функции». Современное мнение в области химической биологии . 7 (1): 28–32. дои : 10.1016/S1367-5931(02)00015-7. PMID  12547423. Архивировано из оригинала 19 ноября 2018 г. Проверено 29 июня 2019 г.
  71. ^ Гонен Т., Ченг Ю., Слиз П., Хироаки Ю., Фудзиёси Ю., Харрисон СК, Уолц Т. (декабрь 2005 г.). «Липид-белковые взаимодействия в двухслойных двумерных кристаллах AQP0». Природа . 438 (7068): 633–38. Бибкод : 2005Natur.438..633G. дои : 10.1038/nature04321. ПМК 1350984 . ПМИД  16319884. 
  72. ^ Стэндли Д.М., Киндзё А.Р., Киносита К., Накамура Х (июль 2008 г.). «Базы данных о структурах белков с новыми веб-сервисами для структурной биологии и биомедицинских исследований». Брифинги по биоинформатике . 9 (4): 276–85. дои : 10.1093/нагрудник/bbn015 . ПМИД  18430752.
  73. ^ Валиан П., Кросс Т.А., Япончик Б.К. (2004). «Структурная геномика мембранных белков». Геномная биология . 5 (4): 215. doi : 10.1186/gb-2004-5-4-215 . ПМЦ 395774 . ПМИД  15059248. 
  74. ^ Слиатор Р.Д. (2012). «Прогнозирование функций белка». Функциональная геномика . Методы молекулярной биологии. Том. 815. стр. 15–24. дои : 10.1007/978-1-61779-424-7_2. ISBN 978-1-61779-423-0. ПМИД  22130980.
  75. ^ Чжан Ю (июнь 2008 г.). «Прогресс и проблемы в предсказании структуры белка». Современное мнение в области структурной биологии . 18 (3): 342–48. doi :10.1016/j.sbi.2008.02.004. ПМК 2680823 . ПМИД  18436442. 
  76. ^ Сян Цзы (июнь 2006 г.). «Достижения в моделировании структуры гомологических белков». Современная наука о белках и пептидах . 7 (3): 217–27. дои : 10.2174/138920306777452312. ПМЦ 1839925 . ПМИД  16787261. 
  77. ^ Чжан Ю, Сколник Дж (январь 2005 г.). «Проблема предсказания структуры белка может быть решена с использованием текущей библиотеки PDB». Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 102 (4): 1029–34. Бибкод : 2005PNAS..102.1029Z. дои : 10.1073/pnas.0407152101 . ПМЦ 545829 . ПМИД  15653774. 
  78. ^ Кульман Б., Дантас Г., Иретон Г.К., Варани Г., Стоддард Б.Л., Бейкер Д. (ноябрь 2003 г.). «Разработка новой складки глобулярного белка с точностью на атомном уровне». Наука . 302 (5649): 1364–68. Бибкод : 2003Sci...302.1364K. дои : 10.1126/science.1089427. PMID  14631033. S2CID  1939390.
  79. ^ Уорд Дж. Дж., Соди Дж. С., Макгаффин Л. Дж., Бакстон Б. Ф., Джонс Д. Т. (март 2004 г.). «Прогнозирование и функциональный анализ нативных нарушений в белках трех царств жизни». Журнал молекулярной биологии . 337 (3): 635–45. CiteSeerX 10.1.1.120.5605 . дои : 10.1016/j.jmb.2004.02.002. ПМИД  15019783. 
  80. ↑ Томпа П., Фершт А. (18 ноября 2009 г.). Структура и функции внутренне неупорядоченных белков. ЦРК Пресс. ISBN 978-1-4200-7893-0. Архивировано из оригинала 19 апреля 2017 года . Проверено 19 октября 2016 г.
  81. ^ Ричи Д.В. (февраль 2008 г.). «Последний прогресс и будущие направления в стыковке белков с белками». Современная наука о белках и пептидах . 9 (1): 1–15. CiteSeerX 10.1.1.211.4946 . дои : 10.2174/138920308783565741. ПМИД  18336319. 
  82. ^ Загрович Б., Snow CD, Shirts MR, Pande VS (ноябрь 2002 г.). «Моделирование сворачивания небольшого альфа-спирального белка в атомистических деталях с использованием распределенных по всему миру вычислений». Журнал молекулярной биологии . 323 (5): 927–37. CiteSeerX 10.1.1.142.8664 . doi : 10.1016/S0022-2836(02)00997-X. ПМИД  12417204. 
  83. ^ Хергес Т., Венцель В. (январь 2005 г.). «Складывание трехспирального белка in silico и характеристика его ландшафта свободной энергии в полноатомном силовом поле». Письма о физических отзывах . 94 (1): 018101. arXiv : физика/0310146 . Бибкод : 2005PhRvL..94a8101H. doi : 10.1103/PhysRevLett.94.018101. PMID  15698135. S2CID  1477100.
  84. ^ Хоффманн М., Ванко М., Стродел П., Кениг П.Х., Фрауэнхайм Т., Шультен К., Тиль В., Тайхоршид Э., Эльстнер М. (август 2006 г.). «Настройка цвета родопсинов: механизм спектрального сдвига между бактериородопсином и сенсорным родопсином II». Журнал Американского химического общества . 128 (33): 10808–18. дои : 10.1021/ja062082i. ПМИД  16910676.
  85. ^ Мендиве-Тапия Д., Манго Э., Фирмино Т., де ла Ланде А., Десаутер-Лекомт М., Мейер Х.Д., Гатти Ф (2018). «Многомерное квантово-механическое моделирование электронного переноса и электронной когерентности в криптохромах растений: роль начальных условий ванны». Дж. Физ. хим. Б. _ 122 (1): 126–136. doi : 10.1021/acs.jpcb.7b10412. ПМИД  29216421.
  86. ^ Стрюмпфер Дж, Шультен К (2012). «Открытые расчеты квантовой динамики с помощью иерархических уравнений движения на параллельных компьютерах». Дж. Хим. Теория вычислений . 8 (8): 2808–2816. дои : 10.1021/ct3003833. ПМК 3480185 . ПМИД  23105920. 
  87. ^ Шерага Х.А., Халили М., Ливо А. (2007). «Динамика сворачивания белков: обзор методов молекулярного моделирования». Ежегодный обзор физической химии . 58 : 57–83. Бибкод : 2007ARPC...58...57S. doi :10.1146/annurev.physchem.58.032806.104614. ПМИД  17034338.
  88. ^ Муньос-Уэрта, Рафаэль Ф.; Гевара-Гонсалес, Рамон Г.; Контрерас-Медина, Луис М.; Торрес-Пачеко, Иринео; Прадо-Оливарес, Хуан; Окампо-Веласкес, Розалия В. (16 августа 2013 г.). «Обзор методов определения статуса азота в растениях: преимущества, недостатки и последние достижения». Датчики . 13 (8): 10823–10843. Бибкод : 2013Senso..1310823M. дои : 10.3390/s130810823 . ПМК 3812630 . ПМИД  23959242. 
  89. ^ Мартин, PD; Мэлли, DF; Мэннинг, Г.; Фуллер, Л. (1 ноября 2002 г.). «Определение органического углерода и азота почвы на полевом уровне методом ближней инфракрасной спектроскопии». Канадский журнал почвоведения . 82 (4): 413–422. дои : 10.4141/S01-054.
  90. ^ Броснан JT (июнь 2003 г.). «Межорганный транспорт аминокислот и его регуляция». Журнал питания . 133 (6 Приложение 1): 2068S–72S. дои : 10.1093/jn/133.6.2068S . ПМИД  12771367.
  91. ^ Уотсон ТД (1998). «Диета и кожные заболевания у собак и кошек». Журнал питания . 128 (12 Доп.): 2783S–89S. дои : 10.1093/jn/128.12.2783S . ПМИД  9868266.
  92. ^ ab Case LP, Даристотель Л., Хайек М.Г., Рааш М.Ф. (2010). Электронная книга о питании собак и кошек: ресурс для специалистов по домашним животным . Elsevier Науки о здоровье.

дальнейшее чтение

Учебники

Внешние ссылки

Базы данных и проекты

Учебники и образовательные сайты