stringtranslate.com

Конформационное изменение

Конформационные изменения могут вызывать движение белкового комплекса . Кинезин , идущий по микротрубочке, является молекулярной биологической машиной, использующей динамику белковых доменов в наномасштабах.

В биохимии конформационное изменение — это изменение формы макромолекулы , часто вызванное факторами окружающей среды.

Макромолекула обычно гибка и динамична. Ее форма может меняться в ответ на изменения в ее среде или других факторах; каждая возможная форма называется конформацией, а переход между ними называется конформационным изменением . Факторы, которые могут вызывать такие изменения, включают температуру, pH , напряжение , свет в хромофорах , концентрацию ионов , фосфорилирование или связывание лиганда . Переходы между этими состояниями происходят в различных масштабах длины (десятые доли Å до нм) и временных масштабах (нс до с) и связаны с функционально значимыми явлениями , такими как аллостерическая сигнализация [1] и ферментативный катализ . [2]

Лабораторный анализ

Многие биофизические методы, такие как кристаллография , ЯМР , электронный парамагнитный резонанс (ЭПР) с использованием методов спиновых меток , круговой дихроизм (КД) , водородный обмен и FRET могут быть использованы для изучения макромолекулярных конформационных изменений. Двухполяризационная интерферометрия является настольным методом, способным предоставлять информацию о конформационных изменениях в биомолекулах. [3]

Специфическая нелинейная оптическая техника, называемая генерацией второй гармоники (ГВГ), недавно была применена для изучения конформационных изменений в белках. [4] В этом методе зонд, активный во второй гармонике, помещается в участок, который претерпевает движение в белке посредством мутагенеза или неспецифического присоединения к сайту, и белок адсорбируется или специфически иммобилизуется на поверхности. Изменение конформации белка приводит к изменению чистой ориентации красителя относительно плоскости поверхности и, следовательно, интенсивности пучка второй гармоники. В образце белка с четко определенной ориентацией угол наклона зонда может быть количественно определен в реальном пространстве и реальном времени. В качестве зондов также могут использоваться неприродные аминокислоты, активные во второй гармонике. [ необходима цитата ]

Другой метод использует электропереключаемые биоповерхности , где белки помещаются поверх коротких молекул ДНК, которые затем протаскиваются через буферный раствор путем применения переменных электрических потенциалов. Измеряя их скорость, которая в конечном итоге зависит от их гидродинамического трения, можно визуализировать конформационные изменения. [ необходима цитата ]

«Наноантенны», изготовленные из ДНК , — новый тип оптических антенн в наномасштабе — могут быть прикреплены к белкам и генерировать сигнал посредством флуоресценции для их различных конформационных изменений. [5] [6]

Вычислительный анализ

Рентгеновская кристаллография может предоставить информацию об изменениях в конформации на атомном уровне, но стоимость и сложность таких экспериментов делают вычислительные методы привлекательной альтернативой. [7] Анализ нормального режима с моделями эластичных сетей, такими как модель гауссовой сети , может использоваться для исследования траекторий молекулярной динамики, а также известных структур. [8] [9] ProDy является популярным инструментом для такого анализа. [10]

Примеры

Конформационные изменения важны для:

Смотрите также

Ссылки

  1. ^ Bu Z, Callaway DJ (2011). «Белки движутся! Динамика белков и дальняя аллостерия в клеточной сигнализации». Структура белков и заболевания . Т. 83. С. 163–221. doi :10.1016/B978-0-12-381262-9.00005-7. ISBN 9780123812629. PMID  21570668. {{cite book}}: |journal=проигнорировано ( помощь )
  2. ^ Fraser JS, Clarkson MW, Degnan SC, Erion R, Kern D, Alber T (декабрь 2009 г.). «Скрытые альтернативные структуры пролинизомеразы, необходимые для катализа». Nature . 462 (7273): 669–73. Bibcode :2009Natur.462..669F. doi :10.1038/nature08615. PMC 2805857 . PMID  19956261. 
  3. ^ Freeman NJ, Peel LL, Swann MJ, Cross GH, Reeves A, Brand S, Lu JR (2004-06-19). "Исследования адсорбции и структуры белков в реальном времени и с высоким разрешением на границе раздела твердое тело–жидкость с использованием двойной поляризационной интерферометрии". Journal of Physics: Condensed Matter . 16 (26): S2493–S2496. Bibcode : 2004JPCM...16S2493F. doi : 10.1088/0953-8984/16/26/023. ISSN  0953-8984. S2CID  250737643.
  4. ^ Salafsky JS, Cohen B (ноябрь 2008 г.). «Второгармонически-активная неприродная аминокислота как структурный зонд биомолекул на поверхностях». Журнал физической химии B. 112 ( 47): 15103–7. doi :10.1021/jp803703m. PMID  18928314.
  5. ^ «Химики используют ДНК для создания самой маленькой в ​​мире антенны». Монреальский университет . Получено 19 января 2022 г.
  6. ^ Harroun, Scott G.; Lauzon, Dominic; Ebert, Maximilian CCJC; Desrosiers, Arnaud; Wang, Xiaomeng; Vallée-Bélisle, Alexis (январь 2022 г.). «Мониторинг конформационных изменений белков с использованием флуоресцентных наноантенн». Nature Methods . 19 (1): 71–80. doi : 10.1038/s41592-021-01355-5 . ISSN  1548-7105. PMID  34969985. S2CID  245593311.
  7. ^ Kim Y, Bigelow L, Borovilos M, Dementieva I, Duggan E, Eschenfeldt W и др. (2008-01-01). "Глава 3. Высокопроизводительная очистка белков для рентгеновской кристаллографии и ЯМР". Advances in Protein Chemistry and Structural Biology . 75 : 85–105. doi :10.1016/S0065-3233(07)75003-9. PMC 3366499 . PMID  20731990. 
  8. ^ Tang QY, Kaneko K (февраль 2020 г.). «Дальнодействующая корреляция в динамике белков: подтверждение структурными данными и анализом нормальных мод». PLOS Computational Biology . 16 (2): e1007670. Bibcode : 2020PLSCB..16E7670T. doi : 10.1371/journal.pcbi.1007670 . PMC 7043781. PMID  32053592 . 
  9. ^ Zheng W, Doniach S (ноябрь 2003 г.). «Сравнительное исследование движений моторных белков с использованием простой модели эластичной сети». Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 100 (23): 13253–8. Bibcode : 2003PNAS..10013253Z. doi : 10.1073/pnas.2235686100 . PMC 263771. PMID  14585932. 
  10. ^ Бакан А, Мейрелеш ЛМ, Бахар И (июнь 2011 г.). «ProDy: динамика белков, выведенная из теории и экспериментов». Биоинформатика . 27 (11): 1575–7. doi :10.1093/bioinformatics/btr168. PMC 3102222. PMID  21471012 . 
  11. ^ Понте-Сукре А, изд. (2009). ABC-транспортеры в микроорганизмах . Кайстер Академик. ISBN 978-1-904455-49-3.
  12. ^ Камерлин СК, Варшел А (май 2010). «На заре 21-го века: является ли динамика недостающим звеном для понимания ферментативного катализа?». Белки . 78 (6): 1339–75. doi :10.1002/prot.22654. PMC 2841229. PMID  20099310 . 
  13. ^ Howard J (2001). Механика моторных белков и цитоскелета (1-е изд.). Sunderland, MA: Sinauer Associates. ISBN 9780878933334.
  14. ^ Callaway DJ, Matsui T, Weiss T, Stingaciu LR, Stanley CB, Heller WT, Bu Z (апрель 2017 г.). «Управляемая активация наномасштабной динамики в неупорядоченном белке изменяет кинетику связывания». Журнал молекулярной биологии . 429 (7): 987–998. doi :10.1016/j.jmb.2017.03.003. PMC 5399307. PMID  28285124 . 
  15. ^ Хилле Б (2001) [1984]. Ионные каналы возбудимых мембран (3-е изд.). Сандерленд, Массачусетс: Sinauer Associates, Inc. стр. 5. ISBN 978-0-87893-321-1.
  16. ^ Nicholl ID, Matsui T, Weiss TM, Stanley CB, Heller WT, Martel A и др. (август 2018 г.). «Структура α-катенина и наномасштабная динамика в растворе и в комплексе с F-актином». Biophysical Journal . 115 (4): 642–654. Bibcode :2018BpJ...115..642N. doi :10.1016/j.bpj.2018.07.005. hdl :2436/621755. PMC 6104293 . PMID  30037495. 
  17. ^ Дональд В. (2011). Биохимия . Voet, Judith G. (4-е изд.). Hoboken, NJ: John Wiley & Sons. ISBN 9780470570951. OCLC  690489261.
  18. ^ Страницы биологии Кимбалла Архивировано 25.01.2009 в Wayback Machine , Клеточные мембраны
  19. ^ Синглтон П. (1999). Бактерии в биологии, биотехнологии и медицине (5-е изд.). Нью-Йорк: Wiley. ISBN 978-0-471-98880-9.

Внешние ссылки