Məlumat

Niyə aşağı temperaturda olan membran zülallarında beta təbəqələrdən daha çox alfa helikası var?

Niyə aşağı temperaturda olan membran zülallarında beta təbəqələrdən daha çox alfa helikası var?


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.

Niyə aşağı temperaturda tapılan orqanizmlərdə beta vərəqləri ilə müqayisədə daha çox alfa spiral faizi olan membran zülalları var?


Səbəb, daha sərt beta hesabatı ilə müqayisədə alfa sarmalının daha böyük hərəkətliliyi ola bilər. Bu, fermentin aşağı temperaturda funksional qalmasına imkan verir. Bu cür orqanizmlərin zülalları daha az hidrofob bölgələrə və kovalent bağlara malikdirlər.

https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC1692995/pdf/12171655.pdf Soyuq adaptasiyanın molekulyar əsasları Salvino D'Amico, Paule Claverie, Tony Collins, Daphne' Georlette, Emmanuelle Holoux, Anneuelle Gratia , Marie-Alice Meuwis, Georges Feller və Charles Gerday*

Bu, açıq şəkildə alfa spiralına aid edilmir, lakin alfa spiralının beta vərəqlərindən daha çox çevikliyə imkan verdiyi məlumdur, buna görə də alfa spiralındakı artımın daha çevik fermentlər əldə etmək üçün istifadə edilən bir neçə strategiyadan biri ola biləcəyini iddia etmək ağlabatandır. sənəddə göstərilən digər vasitələr.

Bu nöqtəni Brock-Biology of Microorganisms (2015) səh.161 də qeyd edir.

Quruluşları məlum olan bir neçə soyuq aktiv fermentlər soyuqda az aktivlik göstərən və ya heç bir fəaliyyət göstərməyən fermentlərə nisbətən daha çox α-spiral və daha az β-vərəqli ikincil struktur (Bölmə 4.14) göstərir. Β-təbəqə ikincil strukturları α-helikesdən daha sərt olmağa meylli olduqları üçün, soyuq aktiv fermentlərin daha çox α-sarmal tərkibi bu zülalların soyuq temperaturda reaksiyalarını katalizasiya etmək üçün daha çox elastikliyə imkan verir.

Ancaq təəssüf ki, bu iddia ilə bağlı heç bir məlumat verilmir.


Biomakromoleküllərdə bağlayıcılar

Tejas M. Gupte ,. Sivaraj Sivaramakrishnan, Enzimologiyada Metodlar, 2021

1.1 α-sarmallar zülallarda dominant struktur elementidir

α-spirallar, β-vərəqlər və təsadüfi rulonlar zülallarda ikinci dərəcəli quruluşun ən çox yayılmış elementləridir. α-spirallar spiralın ilkin oxuna paralel olan onurğa sümüyünün qarşılıqlı təsirləri ilə əmələ gəlir və saxlanılır. Bu qarşılıqlı təsirlər karbonil oksigen və amin azot arasındakı hidrogen bağlarıdır. ici və i + 4-cü amin turşuları. A-sarmaldakı bütün qalıqların yan zəncirləri xaricə və sarmal oxdan uzaqlaşdırılır və sarmalda qütblü və ya yüklü yan zəncirlərin meydana gəlməsi sarmaldakı digər yan zəncirlər və ya xaricindəki digər elementlərlə əlavə qarşılıqlı əlaqəni asanlaşdıra bilər. spiral quruluş, əlavə sabitlik verir (Pauling, Corey, & Branson, 1951). Nəticə etibarilə, α-spirallar ən çox rast gəlinən ikinci dərəcəli strukturdur və orta qlobular zülalın strukturunun 30%-ni təşkil edir (Pace & Scholtz, 1998). Qlobulyar domenlərdə α-spirallar müxtəlif quruluşlarda β-vərəqləri ilə də yığıla bilər. Bunların arasında, α-sarmalın β-təbəqələrin ipləri boyunca oriyentasiyası enerjili olaraq daha çox üstünlük verilir, daha sonra sabitlikdə sarmal oxun β-ipliklərinə dik istiqamətləndirilməsi (Chou, Némethy, Rumsey, Tuttle, & amp Scheraga, 1985) ). α-sarmallar da coil-coil domenlərinin və transmembran paketlərinin əsas komponentidir. Qıvrımlı sahələr, iki-yeddi α-helikesdən ibarətdir, burada ayrı-ayrı helikslər "deşik-deşik" motivindən sonra yan zəncirvari qarşılıqlı təsirlərin hidrofobik hissələri vasitəsilə bir-birini sabitləşdirirlər (Crick, 1953). Əsasən hidrofobik amin turşularından ibarət olan birdən çox α-sarmallar da protein-protein və protein-lipid qarşılıqlı təsirləri ilə transmembran dəstələrinə səbəb ola bilər (Lee, 2003).


Biomakromoleküllərdə bağlayıcılar

Tejas M. Gupte ,. Sivaraj Sivaramakrishnan, Enzimologiyada Metodlar, 2021

1.1 α-sarmallar zülallarda dominant struktur elementidir

α-spirallar, β-vərəqlər və təsadüfi rulonlar zülallarda ikinci dərəcəli quruluşun ən çox yayılmış elementləridir. α-sarmallar, sarmalın əsas oxuna paralel olan onurğa qarşılıqlı təsirləri ilə əmələ gəlir və saxlanılır. Bu qarşılıqlı təsirlər karbonil oksigen və amin azot arasındakı hidrogen bağlarıdır. ici və i + 4-cü amin turşuları. A-sarmaldakı bütün qalıqların yan zəncirləri xaricə və sarmal oxdan uzaqlaşdırılır və sarmalda qütblü və ya yüklü yan zəncirlərin meydana gəlməsi sarmaldakı digər yan zəncirlər və ya xaricindəki digər elementlərlə əlavə qarşılıqlı əlaqəni asanlaşdıra bilər. daha çox sabitlik verən sarmal quruluş (Pauling, Corey və amp Branson, 1951). Nəticədə, α-sarmallar orta kürəcikli zülalın strukturunun 30% -ni təşkil edən ən çox rast gəlinən ikincil quruluşdur (Pace & amp Scholtz, 1998). Qlobulyar domenlərdə α-spirallar müxtəlif quruluşlarda β-vərəqləri ilə də yığıla bilər. Bunların arasında, α-sarmalın β-təbəqələrin ipləri boyunca oriyentasiyası enerjili olaraq daha çox üstünlük verilir, daha sonra sabitlikdə sarmal oxun β-ipliklərinə dik istiqamətləndirilməsi (Chou, Némethy, Rumsey, Tuttle, & amp Scheraga, 1985) ). α-sarmallar da coil-coil domenlərinin və transmembran paketlərinin əsas komponentidir. Qıvrılmış qıvrım domenləri iki-yeddi α-spiraldan ibarətdir, burada ayrı-ayrı spirallar “deşiklərə-dəliklərə” motivindən sonra yan zəncir qarşılıqlı hidrofobik yamaqlar vasitəsilə bir-birini sabitləşdirir (Crick, 1953). Əsasən hidrofobik amin turşularından ibarət olan birdən çox α-sarmallar da protein-protein və protein-lipid qarşılıqlı təsirləri ilə transmembran dəstələrinə səbəb ola bilər (Lee, 2003).


CH450 və CH451: Biokimya - Molekulyar Səviyyədə Həyatın Müəyyənləşdirilməsi

Zülallarcanlı sistemlərdə ən bol üzvi molekullardan biridir və bütün makromolekulların ən müxtəlif funksiyalarına malikdir. Proteinlər nəqliyyat, saxlama və ya membranlarda xidmət edə biləcək struktur, tənzimləyici, müqavilə və ya qoruyucu ola bilər və ya toksinlər və ya fermentlər ola bilər. Canlı sistemdəki hər bir hüceyrədə hər birinin özünəməxsus funksiyası olan minlərlə müxtəlif zülal ola bilər. Onların strukturları, funksiyaları kimi, çox müxtəlifdir. Hamısı, xətti ardıcıllıqla düzülmüş və kovalent bağlarla bağlanmış alfa amin turşularının polimerləridir.

Alfa amin turşularının quruluşu

Zülalların əsas tikinti bloku adlanır alfa (α) amin turşuları. Adından da göründüyü kimi, tərkibində bir karboksilik turşu və bir amin funksional qrupu var. Alfa təyinatı bu iki funksional qrupun bir karbon qrupu ilə bir -birindən ayrıldığını göstərmək üçün istifadə olunur. Amin və karboksilik turşuya əlavə olaraq, alfa karbon da bir hidrogenə və ölçüsü və uzunluğu dəyişə bilən bir əlavə qrupa bağlıdır. Aşağıdakı diaqramda bu qrup R qrupu olaraq təyin edilmişdir. Canlı orqanizmlərdə zülal tikinti blokları kimi istifadə edilən 20 amin turşusu var. Bir-birlərindən yalnız R qrupu mövqeyində fərqlənirlər. Bir amin turşusunun əsas quruluşu aşağıda göstərilmişdir:

Şəkil 2.1 Alfa amin turşusunun ümumi quruluşu

Ümumilikdə zülal strukturlarına daxil olan cəmi 20 alfa amin turşusu var (Şəkil 2.x). Fərqli R-qrupları funksional qruplara daxil edilmiş atomların təbiətindən asılı olaraq fərqli xüsusiyyətlərə malikdir. Əsasən karbon və hidrogen ehtiva edən və çox qeyri-qütblü və ya hidrofobik olan R-qrupları var. Digərlərində spirtlər, amidlər və tiollar kimi polar yüklənməmiş funksional qruplar var. Bir neçə amin turşusu əsasdır (tərkibində amin funksional qrupları var) və ya turşular (tərkibində karboksilik turşu funksional qrupları var). Bu amin turşuları tam yüklənmə qabiliyyətinə malikdir və ion qarşılıqlı təsir göstərə bilər. Hər bir amin turşusu üç və bir hərf kodundan istifadə edərək qısaldılmış ola bilər.

Şəkil 2.2 Zülal Sintezində İstifadə Edilən 20 Alfa Amin Turşusunun Quruluşu. R-qrupları hər bir molekulun dairəvi/rəngli hissəsi ilə göstərilir. Rənglər xüsusi amin turşuları siniflərini göstərir: Hidrofobik – Yaşıl və Sarı, Hidrofilik Qütb Şarj edilməmiş – Portağal, Hidrofilik Asidik – Mavi, Hidrofilik Əsas – Gül.

Qütb olmayan (hidrofob) amin turşuları

Qeyri-qütblü amin turşuları əsasən iki daha spesifik sinifə bölünə bilər alifatik amin turşuları və aromatik amin turşuları. The alifatik amin turşuları (glisin, alanin, valin, lösin, izolösin və prolin) adətən qlisindən leysin və valinin daha mürəkkəb strukturları olan budaqlanmış karbohidrogen zəncirlərini ehtiva edir. Proline eyni zamanda alifatik bir amin turşusu olaraq təsnif edilir, lakin xüsusi xüsusiyyətlərə malikdir, çünki karbohidrogen zənciri terminal aminlə çevrilərək 5 üzvlü halqa quruluşu yaradır. Birincil quruluşu əhatə edən növbəti hissədə görəcəyimiz kimi, prolin, polipeptid zəncirinə daxil edildikdə və ümumiyyətlə zülal bölgələrində tapıldıqda halqa quruluşunun struktur sərtliyinə görə 3 ölçülü quruluşunu əhəmiyyətli dərəcədə dəyişə bilər. kıvrımlar və ya döngələr meydana gəlir.

The aromatik amin turşuları (fenilalanin, tirozin və triptofan), adından da göründüyü kimi, tərkibində aromatik funksional qruplar vardır ki, onları yüksək karbon/hidrogen tərkibinə görə böyük ölçüdə polar olmayan və hidrofob edir. Bununla belə, qeyd etmək lazımdır ki, hidrofobiklik və hidrofillik sürüşmə miqyasını təmsil edir və müxtəlif amin turşularının hər biri quruluşundan asılı olaraq müxtəlif fiziki və kimyəvi xüsusiyyətlərə malik ola bilər. Məsələn, tirozində olan hidroksil qrupu, fenilalaninə nisbətən reaktivliyini və həll qabiliyyətini artırır.

Kükürd tərkibli amin turşularından biri olan metionin adətən, polar olmayan, hidrofob amin turşuları altında təsnif edilir, çünki terminal metil qrupu, ümumiyyətlə molekul daxilində daimi bir dipol yarada bilməyən və aşağı həll qabiliyyətini saxlayan bir tioeter funksional qrup yaradır.

Qütb (hidrofilik) amin turşuları

Qütblü, hidrofilik amin turşuları üç əsas sinfə bölünə bilər: qütb yüksüz, turşu və əsas funksional qruplar. Daxilində qütb yüklənməmiş sinif, yan zəncirlər R qrupu daxilində daimi dipollar əmələ gətirə bilən heteroatomları (O, S və ya N) ehtiva edir. Bunlara daxildir hidroksil və sulfoksil tərkibli amin turşuları, serin, treonin və sistein, və amid tərkibli amin turşuları, glutamin və asparigin.İki amin turşusu, qlutamik turşu (qlutamat) və aspartik turşu (aspartat) turşulu amin turşularını təşkil edir. və həllində tam ionlaşa bilən karboksilik turşu funksional qrupları olan yan zəncirlər ehtiva edir. The əsas amin turşuları, lizin, arginin və histidintam bir yük daşımaq üçün protonlaşdırıla bilən amin funksional qruplarını ehtiva edir.

Hidrofilik R-qrupları olan bir çox amin turşusu tərkibində iştirak edə bilər aktiv sayt fermentlərdən ibarətdir. Bir aktiv saytbir fermentin bir substrata birbaşa bağlanan və reaksiya aparan hissəsidir. Zülal mənşəli fermentlər ehtiva edir katalitik qruplar Bağların əmələ gəlməsini və parçalanmasını təşviq edən amin turşusu R qruplarından ibarətdir. Aktiv sahənin bağlanma spesifikliyində əhəmiyyətli rol oynayan amin turşuları birincil quruluşda adətən bir -birinə bitişik deyillər, lakin sonradan görəcəyiniz kimi üçüncül quruluşun yaradılmasında qatlanma nəticəsində aktiv sahəni meydana gətirirlər. fəsil.

Əsas amin turşularından hazırlanan protein quruluşları yüzlərlə amin turşusu ola bilər. Beləliklə, sadəlik naminə, protein sintezi üçün istifadə olunan 20 amin turşusunda həm üç hərf, həm də bir hərf kodu var (Cədvəl 2.1). Bu qısaltmalar ümumiyyətlə bioinformatik və tədqiqat məqsədləri üçün protein ardıcıllığını təyin etmək üçün istifadə olunur.

Cədvəl 2.1 α-Amin turşusu qısaltmaları

Düşünülmüş Sual: Triptofan tərkibində amin funksional qrupu var, niyə triptofan əsas deyil?

Cavab: Triptofan, amin funksional qrupunu ehtiva edən indol halqa quruluşuna malikdir. Bununla birlikdə, aromatik halqa quruluşunun yaxınlığı və elektron çəkmə xüsusiyyəti səbəbiylə azotdakı tək elektron cütü bir protonu qəbul etmək üçün mövcud deyildir. Bunun əvəzinə onlar formalaşmasında iştirak edirlər pi-indol halqası üçün mümkün olan bir neçə fərqli rezonans quruluşundakı bağlar. Şəkil 2.3A, indol üçün mümkün olan dörd rezonans quruluşunu göstərir. Əksinə, histidində tapılan immidazol halqa strukturunda iki azot atomu var, onlardan biri rezonans strukturlarının formalaşmasında iştirak edir (Şəkil 2.3B-də Azot #1) və protonu qəbul edə bilmir, digəri isə (Azot #3) ) bir protonu qəbul etmək üçün mövcud olan tək elektron cütü olan.

Şəkil 2.3 İndol və İmmidizol Üzük Strukturlarında Proton Qəbul Etmək Üçün Azotda Tək Cüt Elektronların Struktur Mövcudluğunun Müqayisəsi. (A) Azotun üzərindəki tək elektron cütlüyünün əmələ gəlməsində iştirak etdiyini nümayiş etdirən indol halqa strukturunun dörd rezonans strukturu göstərilir. pi-istiqrazlar. (B) İmmidazol halqa quruluşunda rezonans quruluşlarda iştirak edən (göstərilməmiş) bir azot (1) var və bir protonu qəbul etmək mümkün deyil, ikinci azotda (3) protonu qəbul etmək üçün tək bir cüt elektron var. göstərildiyi kimi.

Öz üzərində işləyin:

Yuxarıdakı nümunəni nəzərə alaraq, asparagin və qlutamində olan amid azot atomlarının niyə əsas olmadığını kimyəvi bir diaqramla izah edin.

Alfa amin turşuları xiral molekullardır

Hər bir amin turşusunun tərkibindəki alfa karbonun quruluşunu araşdırsanız, qlisin istisna olmaqla, bütün amin turşularının kiral molekullar (Şəkil 2.4) A. xiral molekul güzgü görüntüsü ilə üst-üstə düşməyən biridir. Baş barmağı, barmaqları eyni qaydada olan, lakin ayna şəkilləri olan və eyni olmayan sağ və sol əllər kimi, şiral molekullar eyni şeylərə eyni ardıcıllıqla yapışdırılır, lakin güzgü şəkilləridir və eyni deyil. Şiral molekulların güzgü görüntüsü versiyaları, bir -birindən demək olar ki, eyni olan fiziki xüsusiyyətlərə malikdir, bu da onları bir -birindən ayırmaq və ya ayırmaq çox çətindir. Bu təbiətə görə onlara xüsusi bir stereoizomer adı verilir enantiomerlərvə əslində birləşmələrin özlərinə eyni ad verilir! Bu molekullar düz qütblü işığı döndərmə üsulları və bioloji molekullarla reaksiya vermə və qarşılıqlı təsir baxımından fərqlənir. İşığı sağ tərəfə çevirən molekullara dekstrorotary deyilir və onlara D hərfi təyin olunur. İşığı sol əllə çevirən molekullara levorotary deyilir və bir enantiomerini digərindən fərqləndirmək üçün L hərfi təyin edirlər. Alaninin D- və L- formaları Şəkil 2.4B-də göstərilmişdir.

Əksər amin turşuları həm sol, həm də sağ əlli formada ola bilsə də, Yerdəki həyat demək olar ki, yalnız sol əlli amin turşularından ibarətdir. Ribosomlar tərəfindən zülallara daxil olan proteinogen amin turşuları həmişə L-konformasiyasındadır. Bəzi bakteriyalar D-amin turşularını ribozomal olaraq kodlanmamış peptidlərə daxil edə bilərlər, lakin təbiətdə D-amin turşularının istifadəsi nadirdir. Maraqlıdır ki, XX fəsildə şəkərlərin quruluşunu müzakirə edəcəyimiz zaman, karbohidrat strukturlarına daxil olan şəkərlərin demək olar ki, yalnız D konformasiyasında olduğunu görərik. Bunun niyə belə olduğunu heç kim bilmir. Lakin, Dr. John Cronin və Sandra Pizzarello, meteoritlərdə kosmosdan yerə düşən amin turşularının D konformasiyasından daha çox L konformasiyasında olduğunu göstərdilər. Beləliklə, əsasən L-amin turşularından ibarət olduğumuzun səbəbi kosmosdan gələn amin turşuları ola bilər.

Niyə kosmosdakı amin turşuları L konformasiyasına üstünlük verir? Heç kim həqiqətən bilmir, lakin radiasiyanın sol və sağ əlli formalarda da ola biləcəyi məlumdur. Deməli, adlı bir nəzəriyyə var Bonner hipotezi, kosmosda (məsələn, fırlanan neytron ulduzundan) üstünlük təşkil edən şüalanma formalarının L-amin turşuları və D-şəkərləri kimi homoxiral molekulların selektiv əmələ gəlməsinə səbəb ola biləcəyini irəli sürür. Bu hələ də spekulyativdir, lakin meteoritlərin son tapıntıları bu fərziyyəni daha inandırıcı edir.

Şəkil 2.4 Amin turşusu şirallığı. Ən sadə amin turşusu, glisin istisna olmaqla, protein quruluşlarına daxil olan digər amin turşularının hamısı təbiətdə kiraldır. (A) Qeyri-spesifik R qrupu istifadə edildikdə əsas alfa amin turşusu quruluşunun şirallığını nümayiş etdirir. (B) D- və L-Alanin enantiomer cütü, yuxarı diaqram top və çubuq modelini, aşağı diaqram isə xəttin strukturunu təmsil edir.

Qeyd edək ki, D və L təyinatları molekulun düz qütbləşmiş işığın fırlanması üçün istifadə olunan xüsusi terminlərdir. Bu, molekulun mütləq stereo konfiqurasiyasını ifadə etmir. Bir mütləq konfiqurasiya şiral molekulyar varlığın (və ya qrupun) atomlarının məkan düzülüşünə və onun stereokimyəvi təsvirinə, məs. R və ya S, istinad edərək Rektus, və ya Pismüvafiq olaraq.

Şiral molekul üçün mütləq konfiqurasiyalar (saf formada) ən çox rentgen kristalloqrafiyası ilə əldə edilir. Alternativ üsullar optik fırlanan dispersiya, titrəmə dairəvi dikroizm, proton NMR və Coulomb partlayış görüntüsündə şiral sürüşmə reaktivlərinin istifadəsi. Mütləq konfiqurasiya əldə edildikdə R və ya S -ə əsaslanır Cahn – Ingold – Prelog prioritet qaydaları, linki izləyərək və Şəkil 2.5 -də nəzərdən keçirilə bilər. Sistein istisna olmaqla, bütün şiral amin turşuları da S konformasiyasındadır. Sistein, kükürd atomunu ehtiva edir, bu da R qrupunun karboksilik turşu funksional qrupundan daha yüksək prioritetə ​​sahib olmasına səbəb olur və mütləq stereokimya üçün R-konformasiyasına səbəb olur. Bununla birlikdə, sistein düz qütblü işığı levorotary və ya sol əlli istiqamətdə döndərir. Beləliklə, R və S işarələri həmişə D- və L- konformasiyasına uyğun gəlmir.

Şəkil 2.5 Mütləq Konfiqurasiya Rectus (R) və Sinister (S) Təyinatları ilə Müəyyən edilir. Şiral mərkəzlərin adlandırılması üçün Cahn Ingold Prelog sistemində, şiral mərkəzə bağlı qruplar ən yüksək prioritet alan ən yüksək atom nömrəsinə (yuxarıdakı diaqramda A) və ən aşağı prioritetli ən aşağı atom nömrəsinə malik olan atom nömrələrinə görə sıralanır. (yuxarıdakı diaqramda D). Daha sonra qiymətləndirmək üçün molekulu düzgün istiqamətləndirmək üçün ən aşağı prioritet izləyicidən uzaqlaşdırılır. Daha sonra #1, #2 və #3 (yuxarıdakı A, B və C -yə uyğun) prioritetlərin yolu izlənilir.Əgər yol saat əqrəbi istiqamətindədirsə, xiral mərkəzə R təyinatı verilir, əgər yol saat əqrəbinin əksinədirsə, S təyinatı verilir.

Amin turşuları Zwitterionlardır

Kimya elmində A. zwitterion iki və ya daha çox funksional qrupa malik olan bir molekuldur ki, bunlardan ən azı biri müsbət, biri mənfi elektrik yüküdür və bütün molekulun xalis yükü müəyyən bir pH -da sıfırdır. Onların tərkibində ən azı bir müsbət və bir mənfi yük olduğundan, bəzən zvitterionlar da deyilir daxili duzlar. Fərqli funksional qruplardakı yüklər bir-birini tarazlaşdırır və bütövlükdə molekul müəyyən bir pH-da elektrik cəhətdən neytral ola bilər. Bunun baş verdiyi pH kimi tanınır izoelektrik nöqtə.

Yalnız əmələ gələ bilən sadə amfoter birləşmələrdən fərqli olaraq ya bir katyonik və ya anyonik növ, bir zwitterion eyni zamanda hər iki ion vəziyyətinə malikdir. Amin turşuları zvitterionlara misaldır (Şəkil 2.6). Bu birləşmələr bir ammonium və bir karboksilat qrupu ehtiva edir və bir növ molekullararası turşu -əsas reaksiyası nəticəsində əmələ gələ bilər: Amin qrupu karboksilik turşunun məhlulunu ləğv edir.

Şəkil 2.6 Amin turşuları Zwitterionlardır. Bir amin turşusu həm turşu (karboksilik turşu fraqmenti), həm də əsas (amin fraqmenti) mərkəzlərini ehtiva edir. Sağdakı izomer zvitterionik formadır.

Amin turşuları zwitterion olduğundan və bir neçəsi də R qruplarında ionlaşma potensialını ehtiva edir in vivo, və beləliklə, onların reaktivliyi yerləşdikləri yerli mikromühitin pH, temperatur və solvasiya vəziyyətindən asılı olaraq dəyişə bilər. Standart cədvəli pKa amin turşularının dəyərləri Cədvəl 2.1 -də göstərilmişdir və amin turşularının və onların əmələ gətirdiyi peptidlərin/zülalların ionlaşma/yüklənmə vəziyyətini proqnozlaşdırmaq üçün istifadə edilə bilər. Bununla birlikdə, bir amin turşusunun mikro mühitindəki solvasiya vəziyyətinin nisbi dəyişə biləcəyini qeyd etmək lazımdır pKa Bu funksional qrupların dəyərləri və fermentlərin aktiv yerlərində unikal reaktiv xüsusiyyətlər təmin edir (Cədvəl 2.1). Desolvasiyanın təsirlərinin daha dərindən müzakirəsi fermentlərin reaksiya mexanizmlərini müzakirə edən XX Fəsildə veriləcəkdir.

Cədvəl 2.1

Cədvəl 2.1-də göründüyü kimi, yeddi amin turşusu ionlaşdırıla bilən yan zəncirli R qruplarını ehtiva edir və ümumiyyətlə fermentlərin aktiv yerlərində olur. Xatırladaq ki, pKa bir molekul daxilində ionlaşdırıla bilən bir funksional qrupun ionlaşmış və birləşmiş formalarının bərabər konsentrasiyalarda mövcud olduğu pH olaraq təyin olunur. Beləliklə, funksional qrup öz pK-dan yuxarı və ya aşağı sürüşüra dəyər, ionlaşmış və birləşmiş formaların konsentrasiyalarında bir vəziyyəti digərinə üstünlük verən yerdəyişmə olacaq. Şəkil 2.7, birləşmiş və ionlaşmış vəziyyətlərindəki müxtəlif R-qruplarını və ya pK-nin üstündə və ya altında üstünlük verdikləri vəziyyətləri göstərir.a dəyər.

Şəkil 2.7 Ümumi Amin Turşularda İonlaşan Funksional Qruplar. Bütün amin turşularının tərkibində həm karboksilik turşu funksional qrupu (C-terminus), həm də amin funksional qrupu (N-terminus) ionlaşma qabiliyyətinə malikdir. Bundan əlavə, yeddi amin turşusu (aspartik turşusu, qlutamik turşusu, arginin, histidin, lizin, tirozin və sistein) də R qrupları daxilində ionlaşa bilən funksional qruplar ehtiva edir. Funksional qrupun və ya#8217 -nin bəyəndiyi dövlətlər, müvafiq pK -nin üstündə və ya altında göstərilira dəyərlər.

Tipik olaraq, ionlaşan qrup, müvafiq pK-dan aşağı olan pH şəraitində protonlanmış vəziyyətə üstünlük verəcəkdira dəyərləri və müvafiq pK -dan yuxarı olan pH şəraitində depotonasiya vəziyyətinə üstünlük verəcəkdira dəyər. Beləliklə, pKa dəyərlər müəyyən edilmiş mühitdə amin turşularının və onların yaranan peptidlərin/zülalların ümumi yük vəziyyətlərini proqnozlaşdırmaq üçün istifadə edilə bilər. Məsələn, əsas amin turşusu olan histidin üçün titrasiya əyrisinə baxsaq (şəkil 2.8). Hər pK olaraqa əldə edildikdə, amin turşusunun yükləmə vəziyyəti dəyişir və bu, qoruyulmamış vəziyyətə çevrilir. Beləliklə, histidin yavaş -yavaş çox aşağı pH -da (tam protonlaşdırılmış) ümumi +2 yükdən çox yüksək pH -da (tam deprotonasiya edilmiş) ümumi -1 yükə doğru irəliləyəcəkdir.

Şəkil 2.8 Müxtəlif pH mühitlərində histidinin ionlaşma vəziyyəti. (A) Aşağı pH -dan yüksək pH -a qədər histidinin titrasiya əyrisi. Hər bir ekvivalentlik nöqtəsi (pKa) göstərilir. (B) Hər bir pK keçidindən sonra histidinin əlverişli ionlaşma vəziyyətini göstərira dəyər.

Əlavə Təcrübə:

Glutamik turşusu çəkin və pH = 1, pH = 3, pH = 7 və pH = 12 olan amin turşusunun ümumi yük vəziyyətini proqnozlaşdırın.

Sistein və Disulfid Bağlarının Oluşması

Sistein həm də unikal amin turşusudur, çünki bu yan zəncir geri dönən oksidləşmə-reduksiyaya məruz qala bilir (redoks) digər sistein qalıqları ilə bir kovalent əmələ gətirən reaksiya disulfid bağoksidləşmiş vəziyyətdə (Şəkil 2.9). Xatırladaq ki, molekullar oksidləşəndə ​​elektron itirirlər və molekullar azaldıqda elektron qazanırlar. Bioloji redoks reaksiyaları zamanı hidrogen ionları (protonlar) oksidləşmə zamanı tez-tez molekuldan elektronlarla birlikdə çıxarılır və reduksiya zamanı geri qaytarılır. Beləliklə, əgər reaksiya proton itirirsə və ya qazanırsa, bu, onun da elektron itirdiyini və ya qazandığını və redoks reaksiyasının baş verdiyini göstərən yaxşı bir göstəricidir. Beləliklə, proton qazanması və ya itkisi bu reaksiya növünü müəyyən etmək üçün asan bir yol ola bilər.

Disulfid bağları zülalların 3 ölçülü strukturunun formalaşmasında ayrılmazdır və buna görə də yaranan zülalın funksiyasına yüksək təsir göstərə bilər. Hüceyrə sistemlərində disulfid bağının əmələ gəlməsi/pozulması bir fermentin təsir etdiyi bir reaksiyadır və zülalın fəaliyyətini idarə etmək üçün bir mexanizm olaraq istifadə edilə bilər. Disulfid bağları bu bölmədə və XX bölmədə daha ətraflı 2.xx bölməsində müzakirə olunacaq.

Şəkil 2.9 Sistein disulfid bağları yaratmaq üçün oksidləşə bilər. Disulfid bağının yaranması zamanı iki sistein oksidləşərək sistin molekulunu əmələ gətirir. Bunun üçün iki proton və iki elektron itkisi lazımdır.

Yuxarıya qayıt

2.2 Peptid Bağlarının Oluşması və Birincil Protein Quruluşu

Hüceyrə sistemlərində zülallar, RNT və zülalların qarışığını ehtiva edən böyük bir ferment kompleksi ilə bir -birinə bağlanır. Bu kompleksə deyilir ribosom. Beləliklə, amin turşuları müəyyən bir zülal meydana gətirmək üçün bir -birinə bağlandıqca, xəbərçi RNT (mRNA) molekulundakı genetik məlumatların diktə etdiyi çox spesifik bir nizam daxilində yerləşdirilir. Amin turşularının bu xüsusi sıralanması zülal olaraq bilinir ilkin ardıcıllıq. Zülalları sintez etmək üçün ribosomun istifadə etdiyi tərcümə mexanizmi XX Fəsildə ətraflı müzakirə olunacaq. Bu fəsildə yalnız sintez zamanı meydana gələn kimyəvi reaksiyaya və nəticədə meydana gələn peptidlərin/zülalların fiziki xüsusiyyətlərinə diqqət yetiriləcəkdir.

Bir zülalın əsas ardıcıllığı istifadə edərək bir-birinə bağlıdır susuzlaşdırma sintezi (su itkisi), yuxarıdakı amin turşusunun karboksilik turşusunu, aşağıdakı amin turşusunun amin funksional qrupu ilə birləşdirərək bir amid əlaqəsi yaradır (Şəkil 2.10). Eynilə, əks reaksiya hidroliz və iki amin turşusunu ayırmaq və amid bağını qırmaq üçün su molekulunun daxil olmasını tələb edir. Xüsusilə, ribosomzülal molekullarının qurulması üçün tələb olunan susuzlaşdırma sintezi reaksiyalarına vasitəçilik edən ferment kimi xidmət edir, halbuki fermentlər sinfi adlanır. proteazlar protein hidrolizi üçün lazımdır.

Protein quruluşlarında, amin turşuları arasındakı amid əlaqəsi "olaraq bilinir peptid bağı. Sonrakı amin turşuları artan zülalın karboksilik turşu terminalına əlavə olunacaq. Beləliklə, zülallar həmişə aminlə başlayıb karboksilik turşu quyruğu ilə bitən istiqamətli şəkildə sintez olunur. Yeni amin turşuları həmişə karboksilik turşu quyruğuna əlavə olunur, heç vaxt zəncirdəki birinci amin turşusunun amininə. Protein sintezinin istiqaməti ribosom tərəfindən diktə edilir və adlanır N-dən C-yə sintez.

Şəkil 2.10 Peptid Bağının formalaşması. Bir peptid yaratmaq üçün iki amin turşusunun əlavə edilməsi dehidratasiya sintezini tələb edir.

Yuxarıda zvitterion bölməsində qeyd edildiyi kimi, amid bağları rezonans quruluşuna malikdir ki, bu da azotlu tək elektron cütünün əsas rolunu oynamasına imkan verməyəcəkdir (Şəkil 2.11).

Şəkil 2.11 Amid rezonans strukturu. Amid rezonansı zamanı azotdan olan tək cüt elektronlar iştirak edir pi-ikiqat bağı meydana gətirən karbonil karbonla bağlanma. Beləliklə, amid azotları əsas deyil. Bundan əlavə, amid quruluşundakı C-N bağı kosmosda sabitdir və səbəbiylə dönə bilməz pi-bağ xarakteri.

Əksinə, işə qarışırlar pi-karbonil karbonla bağ əmələ gətirir. Bundan əlavə, amid quruluşundakı C-N bağı kosmosda sabitdir və səbəbiylə dönə bilməz pi-bağ xarakteri. Bu, hər ikisində də artan peptid içərisində R qruplarının sabit fiziki yerlərini yaradır cis və ya trans uyğunlaşmalar. R-qrupları olduqca həcmli ola bildiyinə görə, onlar adətən böyüyən protein zəncirinin hər iki tərəfində bir-birini əvəz edir. trans uyğunlaşma. The cis konformasiyaya yalnız bir spesifik amin turşusu ilə üstünlük verilir, prolin. Bu, prolinin R-qrupunun siklik quruluşu və prolin qəbul edərkən yaranan sterik maneə ilə bağlıdır. trans uyğunluq (Şəkil 2.12). Beləliklə, prolin qalıqları əmələ gələn peptidin 3-D quruluşuna böyük təsir göstərə bilər.

Şəkil 2.12 CisTrans Amin turşusu R qruplarının konformasiyası. Üst diaqramda göstərilir cistrans prolin istisna olmaqla, 20 amin turşusundan hər hansı birini göstərən X və Y kimi qeyd olunan iki bitişik amin turşusunun uyğunlaşmaları. İçində trans uyğunluq X amin turşusundan olan R-qrupu Y amin turşusundan olan R-qrupu ilə müqayisədə molekulun digər tərəfində fırlanır. Bu konformasiya amin turşusu ilə müqayisədə ən az sterik maneə verir cis R qruplarının eyni tərəfdə və bir-birinə yaxın yerləşdiyi konformasiya. Aşağı diaqramda hər hansı bir amin turşusu, X prolin qalığının yuxarı axınında yerləşir. Prolin R-qrupunun onurğa sümüyündə amid azotu ilə siklləşməsi səbəbindən bu, prolin R-qrupunun mövqeyini X amin turşusunu qəbul edərkən R-qrupuna daha yaxın olmaq üçün dəyişir. trans uyğunlaşma. Beləliklə, prolin tərəfdarıdır cis daha az sterik maneə törədən konformasiya.

Zülallar çox xüsusi ardıcıllıqla bir-birinə bağlı çoxlu amin turşusu qalıqlarını ehtiva edən çox böyük molekullardır. Zülalların ölçüləri uzunluğu 50 amin turşusundan 33,423 amin turşusu olan ən böyük məlum proteinə qədər dəyişir. 50 -dən az amin turşusu olan makromolekullar kimi tanınır peptidlər(Şəkil 2.13).


Şəkil 2.13 Peptidlər və Proteinlər, amid bağları vasitəsi ilə birləşmiş amin turşularının uzun zəncirlərindən qurulmuş makromolekullardır. Zülalın ilkin ardıcıllığında amin turşularının sırası və təbiəti zülalın ətraf mühitinə əsaslanaraq zülalın bükülmə modelini müəyyən edir (yəni hüceyrənin daxilindədirsə, çox güman ki, çox qütblü mühitdə su ilə əhatə olunub, zülal plazma membranına daxil olarsa, çox qütblü olmayan karbohidrogen quyruqları ilə əhatə olunacaq).

Zülalın hər bir mövqeyinə daxil edilə bilən amin turşularının böyük hovuzuna görə, yeni protein strukturları yaratmaq üçün istifadə edilə bilən milyardlarla müxtəlif mümkün protein birləşmələri var! Məsələn, bu amin turşusu hovuzundan hazırlanmış bir tripeptidi düşünün. Hər mövqeyə daxil edilə bilən 20 fərqli seçim var. Beləliklə, mümkün olan tripeptidlərin ümumi sayı 20 X 20 X 20 və ya 20 3 olacaqdır ki, bu da 8000 müxtəlif tripeptid variantına bərabərdir! İndi 40 amin turşusu olan kiçik bir peptidin neçə variantının olacağını düşünün. 20 40 variant və ya ağılları qarışdıran 1.09 X 10 52 potensial ardıcıllıq variantı olardı! Bu variantların hər biri ümumi zülal formasında dəyişərdi, çünki amin turşusu yan zəncirlərinin təbiəti zülalın digər qalıqlarla zülalın özünün və ətraf mühitlə qarşılıqlı təsirini təyin etməyə kömək edir.

Zülaldakı amin turşularının xarakteri zülalın qatlanmasına və 3 ölçülü quruluşunun formalaşmasına kömək edir. Məhz bu 3 ölçülü forma zülalın funksional fəaliyyəti üçün tələb olunur (yəni. protein forması = protein funksiyası). Hüceyrənin sulu mühitində olan zülallar üçün hidrofobik amin turşuları tez-tez zülal strukturunun daxili hissəsində, suyu sevən hidrofilik amin turşuları isə hidrogen bağı qura və su molekulları ilə qarşılıqlı əlaqədə ola biləcək səthdə olur. Proline unikaldır, çünki əsas zəncirdə amin funksional qrupu ilə siklik bir quruluş yaradan yeganə R qrupuna malikdir. Bu siklizasiya prolinin qəbul etməsinə səbəb olur cis uyğunluqdan daha çox trans onurğa içərisində konformasiya. Bu dəyişiklik, çox vaxt prolinlərin zülal içərisində əyilmələrin və ya istiqamət dəyişikliyinin meydana gəldiyi mövqelər olduğu mənasına gəlir. Metionin, təbiətdə tanınan minlərlə zülalın demək olar ki hamısının başlanğıc amin turşusu olaraq xidmət etməsi ilə bənzərsizdir. Sisteinlərin tərkibində tiol funksional qrupları var və beləliklə, zülal strukturunda kovalent disulfid bağları yaratmaq üçün digər sistein qalıqları ilə oksidləşə bilər (Şəkil 2.14). Disulfid körpüləri 3-D quruluşuna əlavə sabitlik əlavə edir və zülalın düzgün qatlanması və işləməsi üçün çox vaxt tələb olunur (Şəkil 2.14).

Şəkil 2.14 Disulfid Bağları. Disulfid bağları bir peptid və ya zülal ardıcıllığı daxilində iki sistein qalığı arasında və ya müxtəlif peptid və ya protein zəncirləri arasında əmələ gəlir. Yuxarıdakı nümunədə insulin hormonunu meydana gətirən iki peptid zənciri təsvir edilmişdir. Bu hormonun düzgün işləməsi üçün qanda qlükoza səviyyəsini tənzimləmək üçün iki zəncir arasındakı disulfid körpüləri lazımdır.

Protein forması və funksiyası

Hər bir zülalın əsas quruluşu, bu xüsusi zülal üçün xarakterik olan bənzərsiz qatlama nümunəsinə gətirib çıxarır. Xülasə, birincil ardıcıllıq amin turşularının zülal zəncirində bir-birinə bağlandığı üçün onların xətti düzülüşüdür (Şəkil 2.15). Növbəti hissədə ikincil, üçüncül və bəzən dördüncü protein strukturlarına səbəb olan zülal qatlanmasını müzakirə edəcəyik.

Şəkil 2.15 İlkin zülal quruluşu amin turşularının xətti ardıcıllığıdır.

Yuxarıya qayıt

2.3 İkinci dərəcəli zülal strukturu

Əvvəlki hissədə, amin turşularının bir-biri ilə birləşdiyi zaman C-N bağının amid bağında yaratdığı sərtliyi qeyd etdik və bunun amin turşusu R qruplarının xeyirxahlığa səbəb olduğunu öyrəndik. trans qıcıqlanma (prolini istisna olmaqla cis uyğunluq). Zülal onurğası ilə bu sərtlik, nəticədə meydana gələn zülalın qatlama potensialını və nümunələrini məhdudlaşdırır. Bununla birlikdə, α-karbonuna bağlanan bağlar sərbəst şəkildə dönə bilər və zülallarda görünən elastikliyə və bənzərsiz qatlama nümunələrinə kömək edə bilər. Α-karbon ətrafında yarana biləcək mümkün fırlanma nümunələrini qiymətləndirmək üçün Phi (Φ) və Psi (ψ) burulma bucaqları ümumiyyətlə ölçülür. Burulma bucağı Phi (Φ), α-karbon – azot bağından aşağıya doğru baxarkən iki qonşu karbonil karbon arasındakı bucağı qiymətləndirərək α-karbon – azot bağı ətrafında fırlanmanı ölçür. kağız (Şəkil 2.16). Əksinə, burulma açısı Psi (ψ), α-karbon – karbonil karbon bağına birbaşa baxdığınız zaman iki qonşu azot atomu arasındakı bucağı qiymətləndirərək α-karbon – karbonil karbon bağı ətrafında fırlanmanı ölçür ( Şəkil 2.16).

Şəkil 2.16 Phi (Φ) və Psi (ψ) Burulma bucaqları. (A) Phi (Φ) burulma bucağı, α-karbon və amid azotu arasındakı bağ ətrafında fırlanma ölçüsüdür. Aşağı paneldə göstərilən bağa bitişik iki karbonil karbon atomu arasındakı bucaq olaraq ölçülür. (B) Psi (ψ) burulma açısı α-karbon və karbonil karbon arasındakı bağ ətrafında fırlanma ölçüsüdür. Aşağı paneldə göstərilən bağa bitişik iki azot atomu arasındakı bucaq olaraq ölçülür.

α-karbon ətrafındakı bağlar sərbəst dönə bilsə də, üstünlük verilən burulma bucaqları daha kiçik imkanlar alt dəstləri ilə məhdudlaşır, çünki qonşu atomlar onlarla əlaqəli yüksək sterik maneə olan konformasiyalardan qaçır. G.N. Ramachandran Phi (Φ) və Psi (ψ) burulma bucaqlarının sabit konformasiyalarını təyin etmək üçün kiçik peptidlərin kompüter modellərini yaratdı. Nəticələri ilə ən əlverişli Phi (Φ) və Psi (ψ) burulma bucaqlarının üst -üstə düşən bölgələrini qrafik olaraq göstərən Ramachandran Plotu olaraq bilinən şeyi yaratdı (Şəkil 2.17)

Şəkil 2.17 Ramaçandran sahəsi. Əlverişli və yüksək əlverişli Phi (Φ) və Psi (ψ) burulma bucaqları müvafiq olaraq sarı və qırmızı ilə göstərilir. Ümumi ikincil protein quruluşları üçün bağ açıları göstərilir.

Hər bir zülalın içərisində zülalın kiçik bölgələri spesifik, təkrarlanan qatlama nümunələri qəbul edə bilər. Bu xüsusi motivlərə və ya nümunələrə deyilir ikinci dərəcəli quruluş. Ən ümumi ikincil struktur xüsusiyyətlərindən ikisi daxildir alfa sarmal beta-büzməli təbəqə(Şəkil 2.18). Bu strukturlar daxilində, molekullararası qarşılıqlı təsirlər, xüsusən də onurğa amini və karbonil funksional qrupları arasında hidrogen bağlanması 3 ölçülü forma saxlamaq üçün çox vacibdir.

Şəkil 2.18 Zülal strukturunda ikinci dərəcəli struktur xüsusiyyətləri. Sağ əlli alfa spiral və beta qatlı təbəqə əksər zülallarda rast gəlinən ümumi struktur motivlərdir. Amin turşusu onurğası içərisində olan amin və karbonil oksigen arasında hidrogen bağlaması ilə bir yerdə tutulurlar.

Alpha Helix

Alfa spiral quruluşlar üçün sağ əlli spiral çox yaygındır, halbuki sol əlli heliks çox nadirdir. Bu, sol əlli alfa spiral quruluşunu əldə etmək üçün tələb olunan Phi (Φ) və Psi (ψ) burulma bucaqları ilə bağlıdır. Sol əlli sarmal üçün doğru oriyentasiya əldə etməzdən əvvəl zülal bir çox əlverişsiz açıdan qatlanmalı və bükülməlidir. Beləliklə, təbiətdə çox yaygın deyillər.

Sağ əlli alfa sarmalı üçün hər spiral döngədə 3.6 amin turşusu qalığı olur (Şəkil 2.19). Polipeptidin R qrupları (variant qrupları) α-sarmal zənciri. Polipeptid onurğası bir karbonil oksigen və bir amin hidrogen arasında hidrogen bağları ilə sabitləşən təkrarlanan spiral quruluş meydana gətirir.Bu hidrogen bağları hər dördüncü amin turşusundan bir hidrogen bağının müntəzəm intervalında meydana gəlir və polipeptid onurğasının bir sarmal meydana gəlməsinə səbəb olur. Hər bir amin turşusu sarmalını öz oxu boyunca 1,5 by irəli aparır. Spiralın hər döngəsi 3,6 amin turşusundan ibarətdir, ona görə də spiralın hündürlüyü 5,4 Å-dir. Sarmalda orta hesabla on amin turşusu qalığı var. Fərqli amin turşularının əmələ gəlməsi fərqli xüsusiyyətlərə malikdir α-sarmal. Zülallarda spiral formasiyalar qəbul etməyi üstün tutan amin turşularına metionin, alanin, lösin, qlutamat və lizin daxildir. Prolin və glisinin heliks əmələ gətirmə meyli demək olar ki yoxdur.

Şəkil 2.19 Sağ əlli Alfa Sarmağının Quruluşu. (A) Top və Çubuq Modelinin Yan Görünüşü. Bir döngə yaratmaq üçün cəmi 3.6 amin turşusu lazımdır α-sarmal. Karbonil oksigeni ilə 4-cü amin turşusunun azotu arasındakı hidrogen bağı spiral quruluşu sabitləşdirir. Göstərilən strukturda qara atomlar alfa karbon, boz karbonil karbon, qırmızı oksigen, mavi azot, yaşıl R qrupları və açıq bənövşəyi hidrogen atomlarıdır. (B) Genişləndirilmiş Yan Görünüş Xətti Quruluş və Məkan Doldurma Modeli (C) Genişləndirilmiş Üst Görünüş Xətti Quruluş və Məkan Doldurma Modeli

Şəkil dəyişdirildi: Maksim Şəkil B və C: Henry Jakubowski

Alpha Helix haqqında əsas məqamlar:

  • Alfa sarmal, phi/psi açıları 180 o olan tam uzadılmış polipeptid zəncirindən daha yığcamdır.
  • Zülallarda, sarmalda olan amin turşularının orta sayı 11 -dir ki, bu da 3 növbə verir.
  • Sol əlli alfa sarmalı, Ramachandran sahəsinin yoxlanmasına icazə verilsə də, nadir hallarda müşahidə olunur, çünki zülal quruluşu yaratmaq üçün istifadə olunan amin turşuları L-amin turşularıdır və sağ əlli sarmal meydana gətirməkdə qərəzlidir. Sol əlli helikonlar meydana gəldikdə, düzgün protein qatlanması, zülal sabitliyi üçün çox vacibdir və ya aktiv sahənin meydana gəlməsində birbaşa iştirak edirlər.

Şəkil 2.20 Sol əlli Alfa Helix Strukturu. Bu diaqramda sarı rənglə göstərilən sol əlli alfa spiral zülal strukturu daxilində saç sancağının bir hissəsidir və sarı rəngdə göstərilən iki disulfid körpüsü ilə sabitləşir.

  • Sarmalın nüvəsi sıx bağlanmışdır. Sarmalda dəliklər və məsamələr yoxdur.
  • Bütün R qrupları xaricə və sarmal oxundan uzaqlaşır. R-qrupları hidrofilik və ya hidrofobik ola bilər və zülalda amfipatik bölgələr meydana gətirən spiral üzərində xüsusi mövqelərdə lokallaşdırıla bilər və ya tam hidrofobik spirallər də Şəkil 2.21-də göstərildiyi kimi plazma membranından keçə bilər.

Şəkil 2.21 Alfa Helisel Strukturlar daxilində R Qruplarının Yerləşdirilməsi. R-qrupları, protein içərisində amfipatik bölgələr yaratmaq üçün alfa sarmalının içərisində yerləşdirilə bilər, burada hidrofilik qalıqlar sarmalın bir tərəfində, digər tərəfində isə hidrofobik olaraq yan görünüşdə (A) və ya yuxarıdan aşağıya doğru görünüşlərdə (B) göstərilir. & C). R qrupları, (D) -də göstərildiyi kimi plazma membranını əhatə edən alfa sarmalları içərisində də tam hidrofob ola bilər.

  • Bəzi amin turşuları digərlərinə nisbətən alfa sarmallarında daha çox olur. Budur adətən olan amin turşuları YOX Alfa spiral quruluşlarda tapılır: Gly alfa helikaslarında yüksək tezliklə tapıla bilməyəcək qədər kiçik və uyğun olaraq çevikdir Pro çox sərt və içərisindədir cis- uyğunlaşma. Pro tez -tez zülalda əyilmələrə səbəb olaraq sarmal quruluşu pozur. H-bağlaşa bilən yan zəncirli bəzi amin turşuları (Ser, Asp,Asn) və çox uzun deyil, əsas zəncir H bağının donoru və qəbuledicilərinin rəqibləri kimi çıxış edir və alfa spirallarını qeyri-sabitləşdirir. kimi erkən budaqlanan R-qrupları Valİlə,həcmli yan zəncirlərin sarmal onurğa ilə sterik qarşılıqlı təsirləri səbəbiylə alfa sarmalını sabitləşdirmək.
  • Alfa sarmalları üçün amin turşularına meyllərin xülasəsi (və həmçinin beta strukturu)
  • Saçın, dərinin, xəzin, dimdiyin və dırnaqların əsas komponenti olan alfa keratinlər, demək olar ki, hamısı alfa spiraldır.

Jmol: Antifriz Zülalından təcrid olunmuş bir spiral yeniləndi Jmol14 (Java) | JSMol (HTML5)

Beta Pleated Sheet:

β qatlı təbəqədə “qırışıqlar” polipeptid zəncirinin onurğa sütununda yerləşən atomlar arasında hidrogen bağlanması nəticəsində əmələ gəlir. R qrupları karbonlara yapışdırılır və qıvrımların yuxarı və aşağı hissələrində uzanır trans uyğunlaşma. Bükülmüş seqmentlər bir-birinə paralel və ya antiparalel düzülür və amin qrupundakı qismən müsbət azot atomu ilə peptid onurğasının karbonil qrupunun qismən mənfi oksigen atomu arasında hidrogen bağları əmələ gəlir (Şəkil 2.21).

Şəkil 2.21 Beta qatlı təbəqə strukturu. Β-büzməli təbəqə qırmızı lent oxları ilə təmsil olunan β-bükülmüş təbəqə ilə yuxarıda (A) -da göstərilən paralel və ya antiparallel istiqamətdə istiqamətləndirilə bilər. Okun istiqaməti zülalın oriyentasiyasını göstərdi və ox N-dən C-yə doğru gedirdi. Onurğa karbonil və onurğa amin funksional qrupları arasında hidrogen bağlanması həm antiparallel (B solda), həm də paralel (B sağda) β qatlı təbəqə quruluşlarını sabitləşdirdi.

Digər ikinci dərəcəli struktur motivləri:

Digər vacib ikincil strukturlar daxildir döngələr, döngələr, saç tokalarıçevik bağlayıcılar. Nin bir çox fərqli təsnifatı var dönürdaxil olmaqla protein strukturu daxilindədir α-dönmələr, β-dönmələr, γ-dönmələr, δ-dönmələrπ dönüşlər. β dönüşlər (ən çox yayılmış forma) adətən dörd amin turşusu qalıqlarından ibarətdir (Şəkil 2.22). Prolin və Glisin adətən növbə motivlərində olur, belə ki, Prolinin cis uyğunluğu daha kəskin konformasiya əyilmələrinə üstünlük verir, minimal Glisin yan zənciri isə növbə quruluşuna üstünlük vermək üçün amin turşularının daha sıx bağlanmasına imkan verir.

Şəkil 2.22 Tip I və II β-növbə sxemləri.

Bir ω döngə sabit daxili hidrogen bağı olmadan daha uzun, uzadılmış və ya düzensiz bir döngə üçün tutulan bir termindir. A saç sancağı zülal onurğasının istiqamətinin tərsinə çevrildiyi və yan tərəfdəki ikincil quruluş elementlərinin qarşılıqlı təsir etdiyi xüsusi bir dönüş hadisəsidir. Məsələn, a beta saç tokası iki hidrogenə bağlı, antiparallel β-zənciri birləşdirir. Dönüşlər bəzən zülal sahələrini birləşdirən çevik bağlayıcılarda və ya döngələrdə olur. Bağlayıcı ardıcıllıqların uzunluğu fərqlidir və adətən qütb yüksüz amin turşuları ilə zəngindir. Çevik bağlayıcılarbirləşdirən domenlərin zülal domeninin dinamikası vasitəsilə məcburi tərəfdaşlarını işə götürmək üçün sərbəst şəkildə bükülməsinə və fırlanmasına imkan verir.

Yuxarıya qayıt

2.4 İkinci dərəcəli quruluş və zülal motivləri

Zülalların ikincil quruluşu və üçüncül quruluşu arasında, bir çox fərqli protein quruluşunda müəyyən edilmiş daha böyük 3 ölçülü xüsusiyyətlər vardır. Kimi tanınırlar supersekonder quruluş və kimi protein motivlər. İkinci dərəcəli quruluşadətən bir dönmə ilə bir-birinə bağlanan iki ikincil quruluşdan ibarətdir və sarmal-dönmə-sarmal, sarmal-döngə-sarmal, α-α küncləri, β-β küncləri və β-saç tokası-β daxildir (Şəkil 2.23).

Şəkil 2.23 Superikincil strukturların nümunələri. (A) β-hairpin-β strukturları, iki β-bükülmüş təbəqə quruluşunun hidrogen bağlamasını pozmayan kəskin bir saç tokası ilə xarakterizə olunur. (B) Taspase1 zülalının təklif edilən spiral-dönmə-heliks strukturu, (C) Mioqlobin zülalında mövcud olan α-α künc strukturu.

Protein motivləri bir çox zülal strukturlarında görüntülənən təkrar üsullar olan ikincili və ikinci dərəcəli struktur komponentlərdən yaradılmış daha mürəkkəb strukturlardır.

Beta telləri, konformasiya enerjisini minimuma endirməyə kömək etmək üçün sağ tərəfdən burulmağa meyllidir. Bu, bir çox zülal növlərində olan maraqlı struktur motivlərin formalaşmasına gətirib çıxarır. Bu quruluşlardan ikisinə bükülmüş çarşaflar və ya yəhərlər, eləcə də beta barellər daxildir (Şəkil 2.24)

Şəkil 2.24 Ümumi Beta Strand Struktur Motivləri. (A) Sağ tərəfli bükülmüş vərəqin üst və yan görünüşü, (B) Beta barel yan görünüşü və (C) Beta barel üst görünüşü

Struktur motivlər, zülallar içərisində substratların və ya kofaktorların bağlanmasını təmin etmək kimi xüsusi funksiyaları yerinə yetirə bilər. Məsələn, Rossmann qatı nikotinamid adenin dinukleotid (NAD+) kimi nukleotid kofaktorlarına bağlanmaqdan məsuldur (Şəkil 2.25). Rossmann qıvrımı uzadılmış bir beta hesabatı meydana gətirən altı paralel beta ipindən ibarətdir. İlk üç tel beta-alfa-beta-alfa-beta quruluşu ilə nəticələnən α-sarmallarla bağlanır. Bu nümunə altı ipdən ibarət olan ters çevrilmiş tandem təkrarını yaratmaq üçün bir dəfə təkrarlanır. Ümumiyyətlə, iplər 321456 sırasına görə düzülmüşdür (1 = N-terminal, 6 = C-terminal). Rossmann-a bənzər beş bükülmüş qıvrım 32145 əmrinə görə düzülmüşdür. Qatlamanın ümumi üçüncül quruluşu, doldurulmasının uzadılmış bir beta təbəqədən ibarət olduğu və iki dilim çörəyin paralel alfa sarmallarını birləşdirərək əmələ gətirdiyi üç qatlı bir sandviçə bənzəyir. .

Şəkil 2.25 Rossman Qıvrımı. (A) Nikotinamid Adenin Dinükleotidin (NAD +) quruluşu (B) Rossmann Qıvrımının karikatura diaqramı (A-F qırmızı və 1-6 sarı tellər) E. coli malate dehidrogenaz fermenti. NAD + kofaktoru, boşluq doldurma molekulu olaraq bağlanır. (C) Altı telli Rossmann qatının sxematik diaqramı.

Rossmann qatının xüsusiyyətlərindən biri onun ko-faktorla bağlanma spesifikliyidir. Rossmann kıvrımlarının ən qorunan seqmenti ilk beta-alfa-beta seqmentidir. Bu seqment, FAD, NAD və NADP kimi dinukleotidlərin ADP hissəsi ilə təmasda olduğu üçün ona “ADP bağlayan beta-beta qatı və#8221 də deyilir.

Maraqlıdır ki, oxşar struktur motivləri həmişə ortaq bir təkamül əcdadına malik deyillər və konvergent təkamül nəticəsində yarana bilər. Bu, peptid onurğası boyunca bir-birini əvəz edən səkkiz α-sarmal və səkkiz paralel β-teldən ibarət konservləşdirilmiş protein qatı olan TIM Barrelinə aiddir. Quruluş, qorunmuş bir metabolik ferment olan triosefosfat izomerazanın adını daşıyır. TIM barelləri ən çox yayılmış protein qatlarından biridir. Bu zülal sinifinin nümayəndələri arasında ən çox maraq doğuran xüsusiyyətlərdən biri, hamısının eyni üçüncü qat meydana gətirməsinə baxmayaraq aralarında çox az ardıcıllıq oxşarlığının olmasıdır. Ən azı 15 fərqli ferment ailəsi, bu çərçivəni istifadə edərək, barelin səkkiz paralel beta-ipinin C-terminal ucunda müvafiq aktiv sahə həndəsəsini yaradır.

Şəkil 2.26 TIM Barreli. TIM çəlləkləri α/β zülal qatları hesab olunur, çünki onlar tək domendə α-sarmal və β-tellərin alternativ nümunəsini ehtiva edir. TIM barelində sarmallar və iplər (adətən hər biri 8 ədəd) topologiyada toroid kimi tanınan bir pişi şəklində öz -özünə bağlanmaq üçün ətrafında dönən bir solenoid meydana gətirir. Paralel β-iplər çörəyin daxili divarını (buna görə də β-barel), α-sarmallar isə çömçənin xarici divarını təşkil edir. Hər bir β-zolaq, helikslərdən birini özündə birləşdirən uzun sağ əlli bir döngə vasitəsilə lülədəki digər bitişik ipə bağlanır, beləliklə yuxarıdakı (A) lentdən N-C-yə qədər rəngləmə göy qurşağı qaydasında davam edir. barel. TIM barelini, yan görünüşdə (B) göstərildiyi kimi, üst-üstə düşən, sağ əlli β-α-β super ikincil quruluşlardan ibarət olaraq da düşünmək olar.

TIM Barrelinin lent diaqramı zülalın mərkəzi nüvəsində bir çuxur göstərsə də, bu təsvirdə amin turşusu yan zəncirləri göstərilməmişdir (Şəkil 2.26). Zülalın nüvəsi əslində sıx şəkildə yığılmışdır, əsasən həcmli hidrofobik amin turşusu qalıqlarıdır, baxmayaraq ki, 8 təxmini təkrarın yüksək sıxılmış mərkəzinin bir-birinə uyğunlaşması üçün bir neçə qlisin lazımdır. İplər və sarmallar arasındakı qablaşdırma qarşılıqlı təsirlərində də hidrofobiklik hökm sürür və dallı alifatik qalıqlar valin, lösin və izolösin β-tellərdəki ümumi qalıqların təxminən 40% -ni təşkil edir.

Təbiətin zülal strukturlarının xəzinəsində tapılan saysız-hesabsız struktur motivləri haqqında biliklərimiz artmağa davam etdikcə, biz zülal strukturunun funksiya ilə necə əlaqəli olduğunu başa düşməyə davam edirik və yeni əldə edilmiş zülal ardıcıllığını səciyyələndirmək üçün daha yaxşı imkanlar əldə edirik. silosda texnologiyalar.

Yuxarıya qayıt

2.5 Üçüncü və Dördüncü Zülalların Quruluşu

Bütün zülalın tam 3 ölçülü forması (və ya bütün ikinci dərəcəli struktur motivlərinin cəmi) kimi tanınır. üçüncü struktur və bu zülal üçün unikal və müəyyənedici bir xüsusiyyətdir (Şəkil 2.27). İlk növbədə, R qrupları arasındakı qarşılıqlı təsirlər zülalın mürəkkəb üçölçülü üçüncü strukturunu yaradır. İştirak edən amin turşularında olan R qruplarının təbiəti alfa spiral kimi standart ikinci dərəcəli strukturlar üçün təsvir edilən hidrogen bağlarının əmələ gəlməsinin qarşısını ala bilər. Məsələn, bənzər yüklərə malik olan R qrupları bir -birləri ilə itələyir və fərqli yüklərə sahib olanlar bir -birlərinə cəlb olunur (ion bağları). Yüklənməmiş qeyri-polyar yan zəncirlər hidrofobik qarşılıqlı təsirlər yarada bilər. Sistein yan zəncirləri arasında qarşılıqlı təsir disulfid əlaqələrinin yaranmasına səbəb ola bilər.

Şəkil 2.27 Üçüncü zülal strukturu. Zülalların üçüncü quruluşu müxtəlif kimyəvi qarşılıqlı təsirlər ilə müəyyən edilir. Bunlara hidrofob qarşılıqlı təsirlər, ion bağlama, hidrogen bağlama və disulfid bağları daxildir.

Zəif və güclü olan bütün bu qarşılıqlı təsirlər, zülalın son üç ölçülü formasını təyin edir. Bir zülal üçölçülü formasını itirdikdə, ümumiyyətlə funksional olmur.

Təbiətdə, bəzi zülallar alt birim olaraq da bilinən bir neçə polipeptiddən əmələ gəlir və bu alt birləşmələrin qarşılıqlı təsiri dördüncü quruluş. Alt bölmələr arasındakı zəif qarşılıqlı təsirlər ümumi quruluşu sabitləşdirməyə kömək edir. Məsələn, insulin (qlobular zülal) hidrogen bağları və disulfid bağlarının birləşməsinə malikdir və bu, onun əsasən top şəklində yığılmasına səbəb olur. İnsülin tək bir polipeptid olaraq başlayır və şəkil 2.14 -də göstərildiyi kimi disulfid bağları ilə bir -birinə tutulan iki zəncir meydana gətirən hüceyrə emalı zamanı bəzi daxili ardıcıllıqlarını itirir. Bu strukturlardan üçü daha sonra qeyri-aktiv heksamer meydana gətirərək qruplaşdırılır (Şəkil 2.28). İnsulinin heksamer forması bədənin insulini sabit və qeyri-aktiv bir formada saxlaması üçün bir yoldur ki, monomer şəklində sərbəst buraxılması və yenidən aktivləşməsi üçün əlçatan olsun.

Şəkil 2.28 İnsülin Hormonu Dördüncü Dövr Quruluşuna Yaxşı Bir Nümunədir. İnsulin bədəndə heksamer (altı insulin molekulunun vahidi) şəklində istehsal olunur və saxlanılır, aktiv forma isə monomerdir. Heksamer, yüksək reaktiv insulini qorumaq üçün bir vasitə kimi xidmət edən uzunmüddətli sabitliyə malik olan hərəkətsiz bir formadır.

Bir zülalın ilkin ardıcıllığına əsaslanaraq qatlama modelini proqnozlaşdırmaq, müxtəlif ikinci dərəcəli xüsusiyyətlər yaratmaq üçün istifadə edilə bilən amin turşusu qalıqlarının xas çevikliyinə görə olduqca çətin bir işdir. Fujiwara və başqaları tərəfindən təsvir edildiyi kimi, SCOP təsnifatı (Zülalın Struktur Təsnifatı) və SCOPe (genişlənmiş versiya) bütün məlum protein strukturlarının ətraflı və hərtərəfli təsvirlərini təmin edən əsas məlumat bazalarıdır. SCOP təsnifatı iyerarxik səviyyələrə əsaslanır: İlk iki səviyyə, ailə və super ailəYaxın və uzaq təkamül əlaqələrini təsvir edin, üçüncüsü isə qatlamaq, zülaldakı həndəsi əlaqələri və struktur motivlərini təsvir edir. Qatlama təsnifatı sxemində, əksər zülallar dörd struktur sinifdən birinə aid edilir: (1) bütün α-sarmal, (2) bütün β-təbəqə, (3) dağılmış naxışlı zülallar üçün α/β və (4) α Bir və ya digər naxış tipinin üstünlük təşkil etdiyi bölgələri olan zülallar üçün + β.

Formasına, funksiyasına və yerləşməsinə görə zülallar geniş şəkildə lifli, kürəcikli, membran və ya pozuq kimi xarakterizə edilə bilər.

Lifli Zülallar

Lifli Zülallar uzanan protein quruluşları ilə xarakterizə olunur. Bu tip zülallar çox vaxt bioloji sistemlərdə struktur iskeleləri meydana gətirən filamentlərə və ya paketlərə yığılır. Heyvanlar içərisində ən çox yayılmış iki lifli protein ailəsi α-keratin və kollagendir.

Α-keratin

α-keratin saçları, dırnaqları, buynuzları, pəncələri, dırnaqları və dərinin xarici qatını meydana gətirən əsas struktur elementdir. Sıx yaralı quruluşu sayəsində ən güclü bioloji materiallardan biri kimi fəaliyyət göstərə bilər və məməlilərdə yırtıcı pençələrdən saçlara qədər istilik üçün müxtəlif məqsədlərə malikdir. α-keratin transkripsiya və tərcümədən istifadə edərək zülal biosintezi yolu ilə sintez olunur, lakin hüceyrə olgunlaşdıqca və α-keratinlə dolduqca ölür və keratinləşdirilmiş toxumanın güclü damarsız vahidini yaradır.

α-keratinlərin ilk ardıcıllığı Hanukoğlu və Fuks tərəfindən müəyyən edilmişdir. Bu ardıcıllıqlar, Tip I keratin və Tip II keratin olaraq adlandırılan iki fərqli, lakin homoloji keratin ailəsinin olduğunu ortaya qoydu. İnsanlarda 28 keratin I növü, 26 növü II tip üçün 54 keratin geni var. Tip I zülallar turşudur, yəni onların tərkibində aspartik turşu kimi daha çox turşulu amin turşuları var, II tip zülallar isə əsasdır, yəni lizin kimi daha çox əsas amin turşularını ehtiva edir. Bu diferensiasiya α-keratinlərdə xüsusilə vacibdir, çünki onun alt vahid dimerinin sintezində bükülmüş bobin, bir zülal kangal I tip, digəri II tip olmalıdır (Şəkil 2.29). I və II tipdə belə, hər orqanizmdə xüsusilə tamamlayıcı olan asidik və əsas keratinlər var. Məsələn, insan dərisində, II α-keratin tipli K5, dəridəki hüceyrələrin epidermis qatının α-keratin kompleksini meydana gətirmək üçün ilk növbədə I tip α-keratin olan K14 ilə cütləşir.

Qıvrımlı spiral dimerlər daha sonra keratin monomerlərinin çoxsaylı nüsxələrindən ibarət filamentlər əmələ gətirən, daha çox multimerizə edən, çox sabit, sol əlli superhelical motiv olan protofilamentlərə yığılır (Şəkil 2.29). Bir-biri ilə əlaqəli sarmal quruluşları saxlayan əsas qüvvə, keratin spiral seqmentləri boyunca apolar qalıqlar arasında hidrofobik qarşılıqlı təsirlərdir.

Şəkil 2.29. Aralıq Filamentin formalaşması. Aralıq filamentlər α-keratin superhelikal kompleksindən ibarətdir. Başlanğıcda iki keratin monomeri (A) qıvrılmış qıvrımlı dimer quruluşunu əmələ gətirir (B) İki qıvrılmış rulon dimer birləşərək pilləli tetramer (C), tetramerlər bir-birinə birləşməyə başlayır (D), nəticədə səkkiz tetramerdən (E) ibarət bir təbəqə əmələ gətirir. ). Səkkiz tetramerdən ibarət vərəq daha sonra son ara filamenti (E) meydana gətirən sol əlli spiral halına salınır. Sol yuxarı küncdə ara filamentin elektron mikroqrafı göstərilir.

Kollagen

Lifli protein, Kollagen məməlilərdə ən bol olan zülaldır və bütün bədən zülalının 25%-35%-ni təşkil edir. Əsasən bədənin müxtəlif birləşdirici toxumalarında hüceyrədənkənar boşluqda olur. Kollagen üçlü spiral yaratmaq üçün bir-birinə bağlanan üç zülal zəncirinin unikal dördüncü quruluşunu ehtiva edir. Ən çox tendonlar, bağlar və dəri kimi lifli toxumalarda olur.

Minerallaşma dərəcəsindən asılı olaraq, kollagen toxumaları sərt (sümük), uyğun (tendon) və ya sərtdən uyğunluğa (qığırdaq) qədər gradient ola bilər. Kornealarda, qan damarlarında, bağırsaqda, intervertebral disklərdə və dişlərdə dentində də çoxdur. Əzələ toxumasında endomiziumun əsas komponenti kimi xidmət edir. Kollagen əzələ toxumasının 1-2 faizini təşkil edir və güclü, tendinöz əzələlərin ağırlığının 6% -ni təşkil edir. Fibroblast, kollagen yaradan ən çox yayılmış hüceyrədir. Qida və sənayedə istifadə olunan jelatin, geri dönməz şəkildə hidrolize edilmiş kollagendir. Bundan əlavə, qismən və tam hidrolizə edilmiş kollagen tozları qida əlavələri kimi istifadə olunur. Kollagenin sümük və dəri komplikasiyalarının müalicəsində bir çox tibbi məqsədləri vardır.

adı kollagen yunan dilindən gəlir (kolla), mənası “yapışqan” və şəkilçidir -gen, “ istehsal ” deməkdir. Bu, yapışqan əldə etmək üçün atların və digər heyvanların dəri və tendonlarının qaynadılması prosesində birləşmənin erkən istifadəsinə aiddir.

İnsan orqanizmindəki kollagenin 90%-dən çoxu I tipdir. Bununla belə, 2011-ci ilə qədər 28 növ kollagen müəyyən edilmiş, təsvir edilmiş və əmələ gətirdikləri struktura görə bir neçə qrupa bölünmüşdür. Ən çox yayılmış beş növ bunlardır:

  • Tip I: dəri, tendon, damar, orqanlar, sümük (sümüyün üzvi hissəsinin əsas komponenti)
  • Tip II: qığırdaq (qığırdağın əsas kollagen komponenti)
  • Tip III: retikulyar (retikulyar liflərin əsas komponenti), I tipin yanında yayılmışdır
  • Tip IV: bazal membran, bazal membranın epiteli tərəfindən ifraz olunan təbəqəsini əmələ gətirir
  • Tip V: hüceyrə səthləri, saçlar və plasenta

Burada I tip Kollagen unikal xüsusiyyətlərinə diqqət yetirəcəyik. Kollagen Tip I qeyri -adi bir amin turşusu tərkibinə və ardıcıllığına malikdir:

  • Glisin demək olar ki, hər üçüncü qalıqda olur.
  • Prolin kollagenin təxminən 17% -ni təşkil edir.
  • Kollagen tərcümə zamanı birbaşa daxil edilməyən iki nadir törəmə amin turşusunu ehtiva edir. Bu amin turşuları glisinə nisbətən müəyyən yerlərdə olur və hər ikisi də kofaktor olaraq C vitamini tələb edən fərqli fermentlər tərəfindən post-translational olaraq dəyişdirilir (Şəkil 2.30).
    • Prolindən alınan hidroksiprolin
    • Lizindən əldə edilən hidroksilizin kollagenin növündən asılı olaraq müxtəlif sayda hidroksilizinlər qlikosilləşir (əsasən disakaridlər əlavə olunur).

    Şəkil 2.30. Tip I Kollagenin Post-Translational Modifikasiyası zamanı Prolin və Lizinin Hidroksilləşməsi. Prolin (A) və lizin (B) qalıqlarının hidroksillənməsi üçün prolil hidroksilaza və lisil hidroksilaza fermentləri lazımdır. (Qeyd: 3-cü mövqe yuxarıda göstərildiyi halda, prolil qalıqları alternativ olaraq 4-cü mövqedə hidroksillənə bilər). Hidroksilaza fermentləri amin turşusu qalıqlarını zülala post-translational modifikasiya olaraq daxil etdikdən sonra dəyişdirir və kofaktor olaraq C vitamini (askorbat) tələb edir. (C) Glikosilləşmə yolu ilə hidroksilizin qalıqlarının daha da dəyişdirilməsi hidroksi oksigenə disakaridin (qalaktoza-qlükoza) daxil olmasına səbəb ola bilər.

    Əksər kollagen oxşar şəkildə əmələ gəlir. Kollagen Tip I üçün sintez prosesi aşağıda təsvir edilmişdir və zülalların qatlanması və işlənməsinin mürəkkəbliyini nümayiş etdirir (Şəkil 2.31).

    1. Hüceyrənin içərisində
      1. Kobud endoplazmatik retikulum (RER) boyunca ribosomlarda tərcümə zamanı iki növ alfa zəncirləri əmələ gəlir: alfa-1 və alfa-2 zəncirləri. Bu peptid zəncirlərinin (preprokollagen kimi tanınır) hər ucunda qeydiyyat peptidləri və bir siqnal peptidi var.
      2. Polipeptid zəncirləri RER-in lümeninə buraxılır.
      3. Siqnal peptidləri RER daxilində parçalanır və zəncirlər artıq pro-alfa zəncirləri kimi tanınır.
      4. Lizin və prolin amin turşularının hidroksilasiyası lümen içərisində baş verir. Bu proses kofaktor kimi askorbin turşusundan (vitamin C) asılıdır.
      5. Xüsusi hidroksilizinin qalıqlarının qlikozilləşməsi baş verir.
      6. İki alfa-1 və bir alfa-2 zəncirindən endoplazmatik retikulumun içərisində üçlü alfa spiral quruluş formalaşır.
      7. Prokollagen Golgi aparatına göndərilir və burada ekzositoz nəticəsində qablaşdırılır və ifraz olunur.
      1. Qeydiyyat peptidləri parçalanır və tropokollagen prokollagen peptidaz tərəfindən əmələ gəlir.
      2. Birdən çox tropokollagen molekulu, hidroksilizin və lizin qalıqlarını bağlayan lizil oksidaz tərəfindən kovalent çarpaz bağlama (aldol reaksiyası) yolu ilə kollagen fibrilləri əmələ gətirir. Çoxlu kollagen fibrilləri kollagen liflərinə çevrilir.
      3. Kollagen, fibronektin, laminin, fibulin və integrin daxil olmaqla bir neçə növ zülal vasitəsilə hüceyrə membranlarına bağlana bilər.

      Şəkil 2.31. I tip kollagenin sintezi. Polipeptid zəncirləri endoplazmik retikulumda sintez olunur və hidroksillənmiş və glikosilləşdiyi lümenə buraxılır. Prokollagen üçlü sarmalı əmələ gəlir və daha sonra işləndiyi qolgi aparatı vasitəsilə nəql olunur. Prokollagen hüceyrədənkənar matrisə salınır və burada tropokollagenə ayrılır. Tropokollagen, son kollagen lifini meydana gətirmək üçün çarpaz bağlama və hidrogen bağlanmasının meydana gəldiyi bir kollagen fibrilə yığılır.

      C vitamini çatışmazlığı qüsurlu kollagenin güclü birləşdirici toxuma meydana gəlməsini maneə törətdiyi ciddi və ağrılı bir xəstəlik olan iskorbitə səbəb olur. Diş ətləri pisləşir və qanaxır, diş itkisi ilə dərinin rəngi dəyişir və yaralar sağalmır. 18-ci əsrə qədər bu vəziyyət uzunmüddətli hərbi, xüsusən də dəniz ekspedisiyaları arasında məşhur idi, bu müddət ərzində iştirakçılar C vitamini olan qidalardan məhrum idilər.

      Lupus eritematosus və ya romatoid artrit kimi bir otoimmün xəstəlik sağlam kollagen liflərinə hücum edə bilər. Kortizol, kollagenin amin turşularına parçalanmasını stimullaşdırır və stresin bu xəstəlik vəziyyətlərini pisləşdirə biləcəyini göstərir.

      Bir çox bakteriya və virus, kollageni məhv edən və ya istehsalına mane olan kollagenaz fermenti kimi virulentlik faktorlarını ifraz edir.

      Yuxarıya qayıt

      Qlobulyar zülallar

      Qlobular zülallar və ya sferoproteinlərsferik (“globe kimi ”) zülallardır və ümumi protein növlərindən biridir. Qlobulyar zülallar, lifli və ya membran zülallarından fərqli olaraq bir qədər suda həll olur (suda kolloidlər əmələ gətirir). Qlobular zülalların bir neçə qat sinifi var, çünki təxminən sferik formaya qatlana bilən çoxlu müxtəlif arxitekturalar var.

      Termin qlobin globin qatı da daxil olmaqla daha çox zülallara istinad edə bilər. The globin qat zülallarda ümumi üç ölçülü bir qıvrımdır və qlobinə bənzər zülal superfamilyasını təyin edir (Şəkil 2.32). Bu qıvrım ümumiyyətlə səkkiz alfa sarmalından ibarətdir, baxmayaraq ki, bəzi zülalların terminallarında əlavə sarmal uzantıları vardır. Qlobin qatı, eyni adlı globin protein ailələrində olur: hemoqlobinlər və miyoglobinlər, həmçinin fikosiyaninlərdə. Miyoglobin, quruluşu həll edilən ilk zülal olduğu üçün, globin qatı beləliklə kəşf edilən ilk protein qatı oldu. Qlobin qatında yalnız spirallar olduğu üçün o, tam alfa zülal qatı kimi təsnif edilir.

      Şəkil 2.32 Qlobin qatı. (A) Qlobin qatının nümunəsi, mollyuskadan oksigen daşıyan zülal myoglobin (PBD ID 1MBA) Aplysia limacina. (B) Cəmi dörd qlobin qatını ehtiva edən tetramerik hemoglobin zülalının quruluşu.

      Qlobulyar protein termini olduqca köhnədir (ehtimal ki, 19-cu əsrə aiddir) və yüz minlərlə zülal və daha zərif və təsviri struktur motiv lüğəti nəzərə alınmaqla indi bir qədər arxaikdir. Sferik quruluş, zülalın üçüncül quruluşu ilə əmələ gəlir. Molekulun apolyar (hidrofobik) amin turşuları molekulun daxili hissəsinə bağlanır, qütblü (hidrofil) amin turşuları isə xaricə bağlanır və həlledici ilə dipol-dipol qarşılıqlı təsirinə imkan verir ki, bu da molekulun həllediciliyini izah edir.

      Əsas struktur funksiyasını yerinə yetirən lifli zülallardan fərqli olaraq, qloballaşan zülallar aşağıdakı kimi çıxış edə bilər:

      • Fermentlər, mülayim şəraitdə və böyük spesifikliklə orqanizmdə gedən üzvi reaksiyaları kataliz edərək. Fərqli esterazlar bu rolu yerinə yetirirlər.
      • Mesajçılar, bioloji prosesləri tənzimləmək üçün mesajlar göndərərək. Bu funksiya hormonlar, yəni insulin və s.
      • Membranlar vasitəsilə digər molekulların daşıyıcıları
      • Amin turşularının ehtiyatları.
      • Tənzimləyici rolları da lifli zülallar deyil, kürə zülalları yerinə yetirir.
      • Struktur zülallar, məsələn, monomerlər şəklində qloballaşan və həll olunan, lakin uzun, sərt liflər əmələ gətirmək üçün polimerləşən aktin və tubulin

      Sonrakı fəsillərdə təfərrüatları açıqlanacaq zülalların bir çoxu bu zülal sinfinə daxil olacaq.

      Membran zülalları

      Membran zülallarıbioloji membranların bir hissəsi olan və ya onlarla qarşılıqlı əlaqədə olan zülallardır. Bunlara daxildir: 1) membranın bir hissəsi olan və ya daimi olaraq bağlandığı ayrılmaz membran zülalları və 2) ayrılmaz zülallar və ya lipid ikili qat vasitəsilə müvəqqəti olaraq membrana bağlanan periferik membran zülalları. İnteqral membran zülalları, membranın hər tərəfinə yayılan transmembran zülallar və ya membranın yalnız bir tərəfinə bağlanmış ayrılmaz monotopik zülallar kimi təsnif edilir.

      Membran zülalları, həll olunan küresel zülallar, lifli zülallar və nizamsız zülallar kimi çox yayılmışdır. Tibbdəki əhəmiyyətinin simvolik olaraq, membran zülalları bütün müasir dərman vasitələrinin 50% -dən çoxunun hədəfləridir. Əksər genomlarda olan bütün genlərin 20-30%-nin membran zülallarını kodladığı təxmin edilir. Zülalların digər sinifləri ilə müqayisədə, zülalın doğma mühitindən təcrid olunaraq düzgün konformasiyasını qoruya bilən təcrübi şərtlərin qurulmasında çətinliyə görə membran zülal strukturlarının müəyyən edilməsi böyük ölçüdə problem olaraq qalır (Şəkil 2.33).

      Membran zülalları orqanizmlərin yaşaması üçün həyati əhəmiyyət kəsb edən müxtəlif funksiyaları yerinə yetirir:

      • Membran reseptor zülalları hüceyrənin daxili və xarici mühitləri arasında siqnal ötürür.
      • Nəqliyyat zülalları molekulları və ionları membran boyunca hərəkət etdirir. Onlar Nəqliyyatçı Təsnifatı verilənlər bazasına uyğun olaraq təsnif edilə bilər.
      • Membran fermentləri oksidoreduktaza, transferaz və ya hidrolaza kimi bir çox fəaliyyətə malik ola bilər.
      • Hüceyrə yapışma molekulları hüceyrələrin bir-birini tanımasına və qarşılıqlı əlaqədə olmasına imkan verir. Məsələn, immun cavabında iştirak edən zülallar.

      Şəkil 2.33 Transmembran zülallarının sxematik təsviri. 1. tək transmembran α-sarmal (bitopik membran zülalı) 2. politopik transmembran α-sarmal protein 3. polytopik transmembran β-təbəqə zülalı. Membran açıq qəhvəyi rəngdədir.

      İnteqral membran zülalları daimi olaraq membrana yapışdırılır. Belə zülalları bioloji membranlardan yalnız yuyucu vasitələrdən, qeyri-polyar həlledicilərdən və ya bəzən denaturasiya edən maddələrdən istifadə etməklə ayırmaq olar. İki qatlı ilə əlaqələrinə görə təsnif edilə bilər:

      • İnteqral politopik zülallarmembranı bir dəfədən çox keçirən transmembran zülallardır. Bu zülalların fərqli transmembran topologiyası ola bilər. Bu zülallar iki quruluş quruluşundan birinə malikdir:
        • bütün növ bioloji membranlarda mövcud olan spiral paket zülalları
        • yalnız qram-mənfi bakteriyaların xarici membranlarında və mitoxondrilərin və xloroplastların xarici membranlarında olan beta barrel zülalları.

        Şəkil 2.34 Monotopik membran zülalları ilə hüceyrə membranı arasında qarşılıqlı təsirin müxtəlif növlərinin sxematik təsviri. 1. membran müstəvisinə paralel amfipatik bir α-sarmal ilə qarşılıqlı təsir (müstəvidə membran sarmal) 2. hidrofob döngə ilə qarşılıqlı təsir 3. kovalent bağlı membran lipidi ilə qarşılıqlı təsir (lipidləşmə) 4. membran lipidləri ilə elektrostatik və ya ion qarşılıqlı təsirləri.

        Periferik membran zülalları, hidrofob, elektrostatik və digər kovalent olmayan qarşılıqlı təsirlərin birləşməsi ilə ya müvəqqəti olaraq ya lipid qatına, ya da ayrılmaz zülallara bağlanır. Yüksək pH və ya yüksək duz konsentrasiyası olan bir həll kimi qütblü bir reagentlə müalicədən sonra periferik zülallar ayrılır.

        İnteqral və periferik zülallar əlavə edilmiş yağ turşusu, diasilqliserol və ya prenil zəncirləri və ya lipid iki qatında bağlana bilən GPI (qlikosilfosfatidilinositol) əlavə edilməklə post-translationally modifikasiya oluna bilər.

        Bozuk zülallar

        Bir özünəməxsus zülal (Məcburi köçkün) sabit və ya nizamlı üçölçülü bir quruluşa malik olmayan bir proteindir (Şəkil 2.35). Məcburi köçkünlər tam strukturlaşdırılmamışdan qismən strukturlaşdırılmış vəziyyətlərin spektrini əhatə edir və bunlara təsadüfi sarğılar, (əvvəlcədən) ərimiş qlobullar və çevik bağlayıcılarla bağlanmış böyük çoxdomenli zülallar daxildir. Onlar zülalın əsas növlərindən birini (qlobulyar, lifli və membran zülalları ilə yanaşı) təşkil edirlər.

        Şəkil 2.35 SUMO-1 proteinində konformasiya elastikliyi (PDB: 1a5r). Mərkəzi hissə nisbətən nizamlı quruluşu göstərir. Əksinə, N- və C-terminal bölgələri (müvafiq olaraq sol və sağ) 'daxili pozğunluq' göstərir, baxmayaraq ki, N-terminal quyruğunda qısa bir spiral bölgə davam edir. On alternativ NMR modeli dəyişdirildi. İkinci dərəcəli struktur elementləri: α-sarmallar (qırmızı), β-tellər (mavi oxlar).

        Məcburi köçkünlərin kəşfi, zülal funksiyasının sabit üçölçülü bir quruluşdan asılı olduğu ənənəvi protein quruluşu paradiqmasına meydan oxudu. Bu dogma, son iyirmi il ərzində zülal dinamikasının bu sistemlər üçün son dərəcə aktual ola biləcəyini düşündürən struktur biologiyanın müxtəlif sahələrindən əldə edilən sübutları artıraraq etiraz edildi. Sabit quruluşa malik olmamalarına baxmayaraq, məcburi köçkünlər çox böyük və funksional baxımdan əhəmiyyətli bir zülal sinifidir. Bəzi hallarda məcburi köçkünlər digər makromolekullara bağlandıqdan sonra sabit üçölçülü strukturu qəbul edə bilirlər. Ümumiyyətlə, məcburi köçkünlər strukturlaşdırılmış zülallardan bir çox cəhətdən fərqlənir və funksiya, struktur, ardıcıllıq, qarşılıqlı əlaqə, təkamül və tənzimləmə baxımından fərqli xüsusiyyətlərə malik olurlar.

        1930-1950 -ci illərdə ilk protein strukturları protein kristalloqrafiyası ilə həll edildi. Bu erkən quruluşlar zülalların bioloji funksiyalarına vasitəçilik etmək üçün ümumiyyətlə sabit üçölçülü bir quruluşa ehtiyac ola biləcəyini irəli sürdü. Zülalların yalnız özünəməxsus şəkildə təyin edilmiş bir konfiqurasiyaya malik olduğunu ifadə edərkən, Mirsky və Pauling, Fisher'in əsərlərinin tezisini "Lock and Key" modeli ilə (1894) dəstəklədiyini qəbul etmirdilər. Bu nəşrlər molekulyar biologiyanın mərkəzi ehkamını möhkəmləndirdi ki, ardıcıllıq strukturu müəyyən edir, bu da öz növbəsində zülalların funksiyasını təyin edir. 1950 -ci ildə Karush, 19 -cu əsrdə bütün fərziyyələrə və araşdırmalara zidd olan ‘Configurational Adaptability ’ haqqında yazdı. O, əmin idi ki, zülallar eyni enerji səviyyəsində birdən çox konfiqurasiyaya malikdir və digər substratlara bağlandıqda birini seçə bilir. 1960 -cı illərdə Levinthal paradoksu, uzun bir polipeptidin sistematik uyğunlaşdırma axtarışının, bioloji baxımdan uyğun bir zaman dilimində (yəni saniyələrdən dəqiqələrə) tək qatlanmış bir protein quruluşu vermə ehtimalının olmadığını irəli sürdü. Maraqlıdır ki, bir çox (kiçik) zülallar və ya zülal domenləri üçün nisbətən sürətli və səmərəli refolding müşahidə edilə bilər. in vitro. 1973 -cü ildən Anfinsen ’s Dogma'da qeyd edildiyi kimi, bu zülalların sabit 3B quruluşu birincil quruluşunda (amin turşusu ardıcıllığı) bənzərsiz şəkildə kodlanmışdır, kinetik cəhətdən əlçatan və bir sıra (yaxın) fizioloji şəraitdə sabitdir və buna görə də bu cür “ sifarişli ” zülalların doğma dövləti hesab olunur.

        Sonrakı onilliklər ərzində bir çox böyük zülal bölgələri rentgen məlumat dəstlərində təyin edilə bilmədi, bu da onların elektron sıxlığı xəritələrində orta hesabla çoxlu mövqe tutduqlarını göstərir. Kristal qəfəsə nisbətən sabit, bənzərsiz mövqelərin olmaması, bu bölgələrin "nizamsız" olduğunu göstərdi. Zülalların nüvə maqnit rezonans spektroskopiyası da bir çox həll edilmiş struktur ansambllarında böyük çevik bağlayıcıların və termininin olduğunu nümayiş etdirdi. İndi ümumiyyətlə qəbul edilir ki, zülallar oxşar strukturların bir ansamblı kimi mövcuddur və bəzi bölgələr digərlərinə nisbətən daha məhduddur. Öz -özünə qurulmamış zülallar (IUP)bu çeviklik spektrinin son hissəsini tutur, halbuki məcburi köçkünlər də əhəmiyyətli yerli struktur meylli zülalları və ya çevik çoxdomenli birləşmələri əhatə edir. Zülalların bu yüksək dinamik nizamsız bölgələri sonradan allosterik tənzimləmə və ferment katalizi kimi funksional əhəmiyyətli hadisələrlə əlaqələndirilmişdir.

        Bir çox pozulmuş zülallar post-translational modifikasiya ilə tənzimlənən reseptorları ilə bağlanma yaxınlığına malikdirlər, buna görə də təklif edilmişdir ki, nizamsız zülalların çevikliyi dəyişdirici fermentləri, eləcə də onların reseptorlarını bağlamaq üçün müxtəlif konformasiya tələblərini asanlaşdırır. Daxili pozğunluq xüsusilə hüceyrə siqnalizasiyası, transkripsiya və xromatinin yenidən qurulması funksiyalarında iştirak edən zülallarla zənginləşir.

        Çevik bağlayıcılar

        Nizamsız bölgələr tez-tez domenləri birləşdirən çevik bağlayıcılar və ya döngələr kimi tapılır. Bağlayıcı ardıcıllıqlar uzunluq baxımından çox fərqlidir, lakin ümumiyyətlə polar doldurulmamış amin turşuları ilə zəngindir. Çevik bağlayıcılar, birləşdirən sahələrin zülal domen dinamikası vasitəsi ilə bağlayıcı tərəfdaşlarını işə götürmək üçün sərbəst şəkildə bükülməsinə və fırlanmasına imkan verir. Onlar həmçinin bağlayıcı tərəfdaşlarına uzun müddətli allosteriya ilə daha geniş miqyaslı konformasiya dəyişikliklərinə səbəb olmağa imkan verirlər.

        Xətti motivlər

        Xətti motivlər, digər zülallarla və ya digər biomolekullarla (RNT, DNT, şəkərlər və s.) Xətti motivlərin bir çox rolu hüceyrənin tənzimlənməsi ilə əlaqələndirilir, məsələn, hüceyrə formasına nəzarət, fərdi zülalların subhüceyrəvi lokalizasiyası və tənzimlənən protein dövriyyəsi. Çox vaxt fosforlaşma kimi post-tərcümə modifikasiyaları xüsusi qarşılıqlı əlaqə üçün fərdi xətti motivlərin yaxınlığını (nadir hallarda bir neçə miqyasda deyil) tənzimləyir. Küresel zülallardan fərqli olaraq məcburi köçkünlərin məkan baxımından aktiv cibləri yoxdur. Buna baxmayaraq, məcburi köçkünlərin 80% -i (

        NMR tərəfindən ətraflı struktur xarakteristikasına məruz qalan 3 onlarla), hədəf tanıma üçün astarlanmış keçici ikincil struktur elementləri olan PreSMos (əvvəlcədən qurulmuş motivlər) adlanan xətti motivlər mövcuddur. Bir sıra hallarda bu keçici strukturların hədəf bağlandıqdan sonra tam və sabit ikinci dərəcəli strukturlara, məsələn, spirallara çevrildiyi nümayiş etdirilmişdir. Beləliklə, PreSMos məcburi köçkünlərin ehtimal olunan aktiv əraziləridir.

        Birləşdirilmiş qatlama və bağlama

        Bir çox strukturlaşdırılmamış zülal, hədəflərinə bağlandıqdan sonra daha nizamlı vəziyyətlərə keçid keçir. Birləşdirilmiş qatlama və bağlama yerli ola bilər, yalnız bir neçə qarşılıqlı qalıqları əhatə edə bilər və ya bütün protein sahəsini əhatə edə bilər. Bu yaxınlarda göstərildi ki, birləşdirilmiş qatlama və bağlama böyük bir səth sahəsinin basdırılmasına imkan verir ki, bu da yalnız tam strukturlaşdırılmış zülallar üçün mümkün olacaq, əgər onlar daha böyükdürlərsə. Üstəlik, müəyyən nizamsız bölgələr, kiçik molekul bağlayan, DNT/RNT bağlayan, ion qarşılıqlı təsirləri kimi molekulyar tanındıqdan sonra nizamlanmış konformasiyaya keçərək müəyyən bioloji funksiyanı tənzimləməkdə “ molekulyar açarlar kimi xidmət edə bilər.

        Bağlı vəziyyətdə pozğunluq (qeyri-səlis komplekslər)

        Özü də nizamsız zülallar digər zülallara xüsusi olaraq bağlandıqda belə öz konformasiya azadlığını saxlaya bilirlər. Bağlı vəziyyətdə olan struktur pozğunluğu statik və ya dinamik ola bilər. Daxilində qeyri-səlis komplekslərfunksiya üçün struktur çoxillik tələb olunur və bağlı nizamsız bölgənin manipulyasiyası fəaliyyəti dəyişir. Kompleksin uyğunlaşdırıcı ansamblı post-translational dəyişikliklər və ya protein qarşılıqlı təsirləri ilə modulyasiya olunur. DNT-ni birləşdirən zülalların spesifikliyi çox vaxt qeyri-səlis bölgələrin uzunluğundan asılıdır, bu da alternativ birləşdirmə ilə dəyişir. Daxili olaraq pozulmuş zülallar bir çox fərqli quruluşa uyğunlaşır in vivo hüceyrənin şərtlərinə uyğun olaraq struktur və ya konformasiya ansamblı yaratmaq.

        Buna görə də onların strukturları funksiya ilə sıx bağlıdır. Bununla birlikdə, yalnız bir neçə zülal öz vəziyyətində tam pozulmuşdur. Bozukluğa ən çox rast gəlinir daxili nizamsız bölgələr (IDRs) başqa bir şəkildə yaxşı qurulmuş bir protein içərisindədir. Daxili pozğunluqlu zülal (IDP) termini, buna görə də İDR ehtiva edən zülalları və tam pozulmuş zülalları ehtiva edir.

        Zülal pozğunluğunun mövcudluğu və növü onun amin turşusu ardıcıllığında kodlanır. Ümumiyyətlə, məcburi köçkünlər həcmli hidrofobik amin turşularının az olması və adətən aşağı hidrofobiklik adlanan qütblü və yüklü amin turşularının yüksək nisbəti ilə xarakterizə olunur. Bu xüsusiyyət su ilə yaxşı qarşılıqlı əlaqəyə səbəb olur. Bundan əlavə, yüksək miqdarda yük, bərabər yüklü qalıqlardan yaranan elektrostatik itələmə səbəbiylə pozğunluğu təşviq edir. Beləliklə, nizamsız ardıcıllıqlar, sabit qloballaşan zülallara qatlanmaq üçün hidrofob nüvəni kifayət qədər basdıra bilməz. Bəzi hallarda, nizamsız ardıcıllıqlarda olan hidrofobik qruplar, birləşdirilmiş qatlama və bağlanma sahələrini müəyyən etmək üçün ipuçları verir (bioloji rollara istinad edin).

        Bir çox nizamsız zülal, nizamlı ikincil quruluşa malik olmayan bölgələri ortaya qoyur. Sonuncular sərtdir və yalnız bir sıra Ramachandran bucaqlarını ehtiva etsə də, məcburi köçkünlər çoxlu bucaq dəstlərini əhatə edir. Çeviklik termini yaxşı qurulmuş zülallar üçün də istifadə olunur, lakin nizamsız zülallar kontekstində fərqli bir fenomeni təsvir edir. Strukturlaşdırılmış zülallarda elastiklik tarazlıq vəziyyətinə bağlıdır, məcburi köçkünlərdə isə belə deyil. Bir çox nizamsız zülal da aşağı mürəkkəblik ardıcıllığını ortaya qoyur, yəni bir neçə qalığın çox təmsil olunduğu sekanslar. Aşağı mürəkkəblik ardıcıllığı pozğunluğun güclü göstəricisi olsa da, bunun əksi mütləq doğru deyil, yəni bütün nizamsız zülallar aşağı mürəkkəblik ardıcıllığına malik deyil. Bozuk zülallar proqnozlaşdırılan ikincil strukturun aşağı məzmununa malikdir.

        Yuxarıya qayıt

        2.6 Zülal Qatlanması, Denaturasiya və Hidroliz

        Protein qatlanması zülal zəncirinin öz yerli 3 ölçülü strukturunu, adətən bioloji funksional olan konformasiyanı tez və təkrarlana bilən şəkildə əldə etdiyi fiziki prosesdir (Şəkil 2.36). Bir polipeptidin təsadüfi bobindən xarakterik və funksional üçölçülü quruluşa qatlandığı fiziki prosesdir. Hər bir protein, mRNA ardıcıllığından xətti amin turşuları zəncirinə çevrildikdə açılmamış bir polipeptid və ya təsadüfi bir bobin olaraq mövcuddur. Bu polipeptidin heç bir sabit (uzunmüddətli) üçölçülü quruluşu yoxdur (birinci şəklin sol tərəfi). Polipeptid zənciri bir ribosom tərəfindən sintez edildikdə, xətti zəncir üçölçülü quruluşuna qatlanmağa başlayır. Qatlama hətta polipeptid zəncirinin çevrilməsi zamanı da baş verməyə başlayır. Amin turşuları bir-biri ilə qarşılıqlı əlaqə quraraq doğma vəziyyət olaraq bilinən, qatlanmış zülal (fiqurun sağ tərəfi) olan üç ölçülü bir quruluş meydana gətirirlər. Nəticədə üç ölçülü quruluş amin turşusu ardıcıllığı və ya birincil quruluşla təyin olunur (Anfinsen ’s dogma).

        Şəkil 2.36 Qatlanmadan əvvəl və sonra protein

        Düzgün üçölçülü struktur işləmək üçün vacibdir, baxmayaraq ki, funksional zülalların bəzi hissələri açılmamış qala bilər və ya məcburi köçkünlərdə olduğu kimi çevik qala bilər, buna görə də zülal dinamikası vacibdir. Yerli quruluşa qatlanmamaq ümumiyyətlə qeyri -aktiv zülallar əmələ gətirir, lakin bəzi hallarda səhv qatılan zülallar dəyişdirilmiş və ya zəhərli funksiyalara malikdir. Bir neçə nörodejenerativ və digər xəstəliklərin, Alzheimer xəstələrində tapılan amiloid fibrilləri kimi səhv bağlanmış zülalların yığılmasından qaynaqlandığına inanılır.

        Qatlanma, əsasən hidrofobik qarşılıqlı təsirlər, molekuldaxili hidrogen bağlarının formalaşması, van der Waals qüvvələri ilə idarə olunan kortəbii bir prosesdir və ona konformasiya entropiyası qarşı çıxır. Qatlanma prosesi tez-tez birgə tərcümə ilə başlayır, beləliklə, zülalın C-terminal hissəsi hələ də ribosom tərəfindən sintez edilərkən zülalın N-terminalı qatlanmağa başlayır, lakin zülal molekulu biosintez zamanı və ya sonra kortəbii şəkildə qatlana bilər. . Bu makromolekullar “katlanan” olsa da, proses həmçinin həlledicidən (su və ya lipid ikiqatlı), duzların konsentrasiyasından, pH-dan, temperaturdan, kofaktorların və molekulyar şaperonların mümkün mövcudluğundan asılıdır. Zülallar, Ramachandran süjetində təsvir olunduğu kimi, mümkün olan məhdud əyilmə bucaqları və ya uyğunlaşmaları ilə qatlanma qabiliyyətlərində məhdudiyyətlərə malik olacaqlar.

        Şəkil 2.37 Hidrofobik çökmə. Yığcam qatda (sağda) hidrofobik amin turşuları (qara kürələr kimi göstərilir) sulu mühitdən qorunmaq üçün mərkəzə doğru çökür.


        2. Çözünən və membran zülallarının CD spektroskopiyası arasındakı fərqlər

        2.1 Membran zülallarının qat xüsusiyyətlərinin spektral xüsusiyyətlərə təsiri

        Şəkil 1 Fərqli ikincil struktur tiplərindən ibarət membran zülallarına xas dairəvi dikroizm spektrləri: əsasən antiparallel alfa-spiral dəstə (qırmızı: natrium kanallı məsamə 48) əsasən beta-barel (mavi: BTUB xarici membran kobalamin daşıyıcısı 23), qarışıq sarmal, beta təbəqə və nizamsız struktur (yaşıl: kapsul polisaxaridlər üçün WZA translocon 23 ). CD spektrləri müvafiq olaraq PCDDB 47 ID-lərinə CD0004012000, CD0000102000, CD0000128000 uyğun gəlir. Eyni rəng sxemində təsvir edilmiş bu zülalların kristal strukturları (müvafiq olaraq PDB ID-ləri 4F4L, 1NQE və 2J58) daxil edilir.

        2.2 Membran zülallarının ekoloji və fiziki xüsusiyyətlərinin spektral xüsusiyyətlərə təsiri

        Membran zülalının yerləşdiyi bir yuyucu vasitənin miselinin və ya fosfolipid ikiqatının hidrofobik nüvəsinin dielektrik sabiti (~1-2) sudan (~80) xeyli aşağıdır. Bu, oxşar ikincil quruluşlardan ibarət, lakin sulu məhlulda olan zülalların spektrləri ilə müqayisədə, bu mühitlərdə ölçülən zülalların CD spektrində həm batokromik, həm də hipsoxromik dəyişikliklərə səbəb ola bilər. 19,20 Dəyişikliyin miqyası və xarakteri peptiddə hansı elektron keçidin araşdırıldığından və membran mühitinə nisbətən peptid bağının nisbi yerindən asılıdır. Dəyişmələrin istiqaməti və böyüklüyü, nəticədə, yerin və keçidlərin həyəcanlı vəziyyətləri arasındakı enerji boşluğunun dəyişməsi ilə əlaqədardır və pik mövqeləri sulu məhlulda və membranlarda eyni tipli ikincil quruluş arasında əhəmiyyətli dərəcədə dəyişə bilər. 21 n → π* və π → π* keçidlərinə differensial təsir edildiyindən (şək. 2), həlledicinin dielektrikindən dalğa uzunluğunun asılılığı qeyri-xəttidir və ona görə də sadəcə bütün spektri dəyişdirməklə düzəliş edilə bilməz. Pik mövqelərdəki bu cür dəyişikliklər ikincil quruluş analizlərinə əhəmiyyətli təsir göstərə bilər və həll olunan zülallardan əldə edilən çox istifadə olunan istinad məlumat dəstləri ilə standart dekonvolyusiya metodlarından istifadə edərkən qeyri-dəqiq nəticələr verməyə meyllidir. 21

        Şəkil 2 Membran zülal spektrlərində həll olunan zülal spektrlərində olanlara nisbətən müxtəlif elektron keçidlərin hər biri üçün müşahidə olunan spektral sürüşmələrin nümayişi. Membran zülalları (qara spektrlər) və həll olunan zülallar (boz spektrlər) hər bir halda uyğun ikinci dərəcəli quruluşa malik olmaq üçün seçilmişdir. 21 Sol: Əsasən spiral zülallardır. Sağda: Əsasən beta hesabatı zülalları. Hər iki nümunədə oxlar membran və həll olunan zülalların pik mövqelərini (müvafiq olaraq qara və boz rəngdə) göstərir. Bütün zirvələrin nə eyni istiqamətdə, nə də eyni dərəcədə dəyişməsi diqqət çəkir.
        Şəkil 3 İşıq səpilmə fenomeninin təbiətini göstərən diaqram. Mən 0 səpələnmiş nümunənin üzərinə düşən işıqdır (qırmızı dairələr membran hissəciklərini təmsil edir). Mən t detektora toxunan və nümunə tərəfindən udulmuş işığı ölçmək üçün istifadə olunan ötürülən işıqdır. Mən s detektorla kəsişməyən bir istiqamətə səpələnmiş işıqdır və əlavə "görünən" (lakin faktiki deyil) udulmuş işığa kömək edir. θ detektorun qəbul bucağıdır və detektora dəyən səpələnmiş işığın bucağını təsvir edir.
        Şəkil 4 CD spektrlərində işıq səpilmə effektləri: 14,15 detektorun qəbul açısını dəyişdirməyin təsiri (θ). Solda: səpilmə nümayiş etdirməyən, iki fərqli dəyər θ (2 dərəcə: kəsikli xətt və 90 dərəcə: qatı xətt) ilə ölçülən nümunə (oktil qlükozid misellərində bakteriorodopsin). Görünür ki, spektrlər mahiyyətcə eynidir. Sağda: Səpələnmə nümunəsi (bənövşəyi membranlarda bakteriorhodopsin) (2 dərəcə: kəsikli xətt və 90 dərəcə: düz xətt). Bu vəziyyətdə, spektrlər həm böyüklüklərdə, həm də dalğa uzunluğunun maksimum/minimum nöqtələrində ən yüksək mövqelərdə çox fərqlidir.

        Ən sadə üsullar zərrəciklərin ölçülərinin kiçildilməsini nəzərdə tutur ki, onlar tədqiqatda istifadə olunan UV işığının dalğa uzunluqlarından xeyli kiçik olsunlar (~1/10). 14 Yuyucu misellərin çoxu, spektrin uzaq UV bölgəsində əhəmiyyətli dərəcədə dağılma nümayiş etdirmək üçün çox kiçikdir. Bununla birlikdə, yuyucu baş qruplarının nisbi ölçüsü, forması və yüklənməsi, qabın uzunluğuna və tərkibinə görə qoyulan qablaşdırma məhdudiyyətləri səbəbiylə bir misel mühitində bir zülalın membrandan fərqli olması ilə əlaqədar narahatlıq ola bilər. hidrofob quyruq qrupları. 25 Bu səbəbdən misellərin ölçüləri səpilməni aradan qaldırmaq üçün ideal olsa da, həndəsi kimi fiziki xüsusiyyətləri zülal quruluşuna mənfi təsir göstərə bilər. Bundan əlavə, bir çox membran zülalının (məsələn, ion kanallarının) funksiyaları misellərdə qiymətləndirilə bilməz, buna görə də onların quruluşunun pozulmamasını təmin etmək üçün heç bir yol yoxdur.

        Kiçik bir qatlı veziküllər (SUV) 14,15,26 (∼25 nm diametri) də uzaq UV bölgəsində az səpilmə əmələ gətirir və başqa bir həll təmin edir. Bu cür nümunələr sonikasiya və ya ekstruziya kimi mexaniki vasitələrlə istehsal edilə bilər, lakin çox kiçik veziküllərdə zülal quruluşu veziküllərin əmələ gəlməsi və ya membranların əyriliyi ilə pozula bilər. Alternativ olaraq, zülal, CD tədqiqatları üçün istifadə olunan işığın dalğa uzunluğuna nisbətən kiçik ölçülərə sahib ola bilən bisellərdə və ya nanodisklərdə araşdırıla bilər. Yenə də bu cür mühitlərdə zülal bütövlüyü ilə əlaqədar problemlər ola bilər və hüceyrədaxili və hüceyrədaxili səthlər ayrı bölmələrdə olmadığından kanallar kimi bəzi zülallar da bu tip nümunələrdə funksional olaraq analiz edilə bilməz.

        Alternativ olaraq, səpilmə effektlərinin böyük lipid birqatlı veziküllərdə (LUVs) bütün ölçmələrə mane ola bilməyəcəyi təklif edilmişdir ki, bu nəticə əsasən lipid veziküllərinin mövcudluğu və yoxluğunda həll olunan zülalın müqayisəsinə əsaslanır. 27 Bununla belə, sınaq nümunələrində 27 səpilmə hissəciklərinin (LUV) özləri xiral deyildi, nə də şiral obyektlərin (zülalların) səpələyicisi deyildi, yəni səpilmə qeyri-xiral olacaq və təbii olaraq CD-nin formasına təsir göstərməyəcəkdir. spektr. 15 Buna görə də bu, səpələnmiş lipid vəzikülündəki şiral membran zülalı üçün tamamilə uyğun bir test olmaya bilər. Bununla belə, onların nəticələri 27 LUV-lərin iştirakı ilə əldə edilən zülal CD spektrlərinin, əgər verilənlər 200-dən yuxarı dalğa uzunluğu ilə (və ya LUV-lərin ölçüsündən asılı olaraq 215 nm) məhdudlaşdırılsa, istifadə edilə bilər, işığın təsirindən qaçmaq üçün başqa bir seçim təmin edə bilər. səpilmə. Bununla belə, diqqətəlayiqdir ki, faktiki olaraq bütün ikinci dərəcəli struktur analizi alqoritmləri ən azı 190 nm-ə qədər məlumatların mövcudluğunu tələb edir (mövcud olan məlumatın öz vektorlarının sayına görə) 28,29, belə ki, LUV-lərdə kəmiyyət təhlilləri dəqiq olmayacaq, lakin ola bilər. daha doğma mühitlərdə böyük fərqlərin keyfiyyətcə araşdırılması üçün faydalıdır.

        Səpilmə probleminin sadə fiziki həlli nümunəni alət detektoruna mümkün qədər yaxın yerləşdirməkdən ibarətdir ki, nisbətən böyük bucaqlarda səpələnmiş işığın spektrdə görünən təsirini aradan qaldırmaq mümkün olsun. Detektorun qəbul bucağı ( θ ) həndəsəsi Şəkil 3-də müəyyən edilmişdir. Müxtəlif kommersiya CD alətlərinin fərqli standart θ bucaqları var, lakin əksəriyyəti nümunəni (və ya detektoru) hərəkət etdirməklə böyük θ dəyərlərini aktivləşdirmək üçün dəyişdirilə bilər ki, nümunə hüceyrəsi detektor üzünə bitişikdir. Əksər SRCD şüa xətləri standart olaraq bu tip həndəsə malikdir. Bu prosedurun effektivliyi, çox fərqli 3 ölçülü səpələnmə profilləri istehsal edən boş və doldurulmuş kürələr, filamentlər və disklər olan səpələnmiş obyektin həndəsəsindən asılıdır. Bununla birlikdə, lipid veziküllər kimi "boş sahələr" üçün səpilmə ümumiyyətlə irəli istiqamətin 90 dərəcəsi daxilindədir, bu, ümumiyyətlə hüceyrənin və detektorun uyğun yerləşdirilməsi ilə əldə edilə bilən bir açıdır.

        Nümunədən ölçülmüş səpilməni aradan qaldırmaq üçün detektoru hərəkət etdirərkən praktiki olaraq nəzərə alınmalı məsələ nümunə hüceyrə həndəsəsidir. Müəyyən bir açıdan olan bütün səpələnmiş işıqlar detektora çatmalı və nümunə hücrəsinin yan kənarları tərəfindən tutulmamalıdır. Beləliklə, bu, düzbucaqlı deyil, dairəvi hüceyrələrin istifadəsini tələb edir, çünki sonuncunun tərəfləri səpələnmiş işığın bir hissəsini irəli istiqamətlərdə kəsəcəkdir.

        Şəkil 5 Absorbsiya yastılaşması fenomeninin xarakterini göstərən diaqram. Üst paneldə izotropik nümunə, altda isə membran nümunəsi təsvir edilmişdir. Kiçik dairələr zülalları, böyük dairələr isə membran hissəciklərini təmsil edir. t hüceyrə yolunun uzunluğudur, mən 0 hər bir nümunədə hadisə işığıdır. Mən Mən izotrop nümunə ilə ötürülən işıqdır, I M membran nümunəsi üçün ötürülən işıqdır. Mən M/ İ Mən = q (düzləşdirmə əmsalı). Hər membrana bir zülal limitində q = 1.
        Şəkil 6 Əsasən sarmal ikincil quruluşa malik olan bir membran zülalının, bakteriorhodopsinin spektrlərinə absorbsiyanın yastılaşmasının təsirlərini əks etdirən spektrlər. 14 Düzləşdirmənin böyük olduğu bənövşəyi membran parçaları (aşağı lipid-protein nisbətləri olan böyük hissəciklər, nöqtəli xətt) və düzləşmənin əhəmiyyətsiz olduğu kiçik bir qatlı veziküllər (SUV-lər). Bunlar "düzəldilməmiş" bir spektrə uyğun gələn protein kristal quruluşundan (kəsilmiş xətt) hesablanan spektrlə müqayisə edilir. SUV -lərin spektrinə tam uyğun gəlir, ancaq membran parçalarının spektrinə uyğun gəlmir.

        Düzləşdirmə miqdarı nümunənin qeyri-bərabərliyi ilə mütənasibdir. Təsir spektrin dalğa uzunluğu diapazonunda vahid olsaydı, bu, daha az problemli olardı, çünki onu sadəcə miqyas amili ilə kompensasiya etmək olar. Bununla belə, bu belə deyil, çünki udulma (və beləliklə, düzləşmə) müəyyən bir dalğa uzunluğunda nümunənin sönmə əmsalının bir funksiyasıdır. Beləliklə, spektr bütün dalğa uzunluqlarında bərabər şəkildə düzlənməyəcəkdir. Optik olaraq aktiv bir nümunədə, müəyyən bir dalğa uzunluğunda sönmə əmsalları sol dairəvi qütblü işıq (CPL) və sağ CPL üçün fərqlidir. Nəticədə, CD zirvələri nəinki daha aşağı konsentrasiyalardakı nümunələrə görə depressiyaya düşür, həm də bu diferensial təsirlə daha da təhrif olunur. Diferensial düzləşmə daha yüksək sönmə əmsallarına malik CD zirvələri üçün daha aydın olacaq (əksər hallarda bu, 90190 nm -də elektron keçididir). Sadə dildə desək, absorbans nə qədər yüksək olsa, düzləşmə o qədər çox olur, beləliklə, nəinki ümumi spektral böyüklük azalır, həm də fərqli zirvələrin böyüklüyü fərqli miqdarlarda azalır və bununla da spektrin forması pozulur. Yastılaşmanın dərəcəsi həmçinin hissəciklərdəki zülalların nisbi konsentrasiyasından, daha yüksək konsentrasiyalar daha çox düzləşməyə səbəb olan nisbi konsentrasiyadan, həmçinin hissəciklərin həndəsəsindən asılı olacaq. 31

        Buna həddindən artıq bir nümunə, zülalların iki ölçülü kristallara sıx bağlandığı, 10,30,31 membran zülalı olan bakteriorhodopsin olan bənövşəyi membrandır. İzolyasiya edilmiş bakteriorhodopsin molekullarının məhlulu ilə müqayisədə, bənövşəyi membranlarda bakteriorhodopsinin spektri nəinki daha kiçikdir, həm də ~190 və 208 nm-də daha sıx zirvələr, ~22-də daha az intensiv udma pikinə nisbətən əhəmiyyətli dərəcədə depressiyaya məruz qalır. Yolsuzluq avtomobillərindəki zülalın dispers nümunəsi və ya kristal quruluşdan geri hesablanmış spektrlə müqayisə edildikdə, yüksək konsentrasiyalı zülal yamaqlarının spektri çox fərqlidir 14 (Şəkil 6).

        İstənilən dalğa uzunluğunda düzləşmənin dərəcəsi ( q ) membran hissəcikindəki ( A ) zülalın spektrinin absorbsiyasının (və ya CD vəziyyətində elliptikliyin) nisbəti kimi ifadə edilə bilər. M) tamamilə dağılmış formada eyni zülal spektrinin absorbansına (və ya elliptikliyinə) bölünür (A Mən).


        2.2.3.2 Fenomen üçün həllər/düzəlişlər. Aydındır ki, bu fenomeni düzəltmək üçün ən sadə vasitə, zülalın hər hissəcikdə bir zülal olduğu formada tamamilə dağılmasıdır. Əgər zülal tək bir zülal olan hissəciklərə (yuyucu misellər, lipid veziküllər, bisellər, amfipollar, nanodisklər və ya membran fraqmentləri) daxil edilə bilərsə, o zaman disperslik şərti təmin edilə bilər. 30,31 Ancaq bu şərt, hətta SUV -lər üçün də yerinə yetirilməsi çətindir. Daha böyük hissəciklərin sonikasiyası ilə əldə edilə bilməz, çünki lipid-zülal nisbətini qoruyarkən hissəcik ölçüsünün azalması, absorbe edən zülalların paylanmasını əhəmiyyətli dərəcədə təsir etməyəcəkdir. Yolsuzluq avtomobillərində düzləşmənin tamamilə aradan qaldırılması üçün 2000-ə yaxın lipid-zülal molar nisbətləri tələb olunur [bax Bölmə 2.3]. Bununla belə, belə yüksək lipid-protein nisbətinə malik nümunədən gələn CD siqnalı, maraq doğuran dalğa uzunluqlarında güclü şəkildə udulan fosfolipid karboksil qruplarının udulması ilə ümumiyyətlə pozulacaq. Beləliklə, membran zülalları üçün tez-tez lipid membranların hissəcikli təbiəti ilə yaranan spektral təhriflərə qarşı yuyucu təsiri ilə bağlı narahatlıqlar var.

        2.3 Lipid-zülal molar nisbətlərinin təsiri

        Bununla birlikdə, SRCD şüalarının yüksək işıq axını [bax Bölmə 4.4] (nisbətən qeyri-şəffaf nümunələr vasitəsilə işığın nüfuz etməsini təmin edir), lipid-zülal nisbətləri 250: 1 olan SUV-lərin ölçülməsinə imkan verərək bu problemləri azalda bilər. 2000: 1 qədər yüksəkdir. 6


        Giriş seçimləri

        Tək məqalə alın

        Tam məqalə PDF-ə dərhal giriş.

        Vergi hesablanması ödəniş zamanı yekunlaşacaq.

        Jurnala abunə olun

        2019-cu ildən etibarən bütün məsələlərə dərhal onlayn giriş. Abunəlik hər il avtomatik yenilənəcək.

        Vergi hesablanması ödəniş zamanı yekunlaşacaq.


        Molekulyar Biologiya 02: 'Protein qatlanmasının termodinamikası'

        01 mühazirəsindən davam edir. Ω həmişə 0 və ya +180 ° -dir. Əgər siz Φ və Ψ-ni tərtib etsəniz, yalnız bir neçə klasterin yaxşı təmsil olunduğunu görərsiniz: bir sıra α-sarmal birləşmələri, β-vərəq sahəsi və üçüncü daha nadir sahə (Lα adlanır və solaxay α-spirallarla doludur). ω adətən tapılır trans Ardıcıl yan zəncirlərin sterik maneəsinə görə uyğunlaşma, lakin prolin onurğa sümüyünə lövbərlə bağlandığı üçün özünəməxsus bükülmə qabiliyyətinə malikdir. cis uyğunlaşma.

        İkincil quruluş

        α-sarmallar və β-təbəqələr, onurğadakı NH və C = O qruplarının hidrogen bağları yaratmasına icazə verməyin iki yoludur. α-spirallarda hər fırlanmada 3,6 qalıq var və ya başqa sözlə, hər bir qalıq 100° fırlanmanı əhatə edir. Bir α-sarmal döngələrinin ardıcıl pillələri 5.4Å ilə ayrılır. α-sarmallardır təxminən yalnız sağ əlli. Sağ əlli α-sarmalda gedərkən saat əqrəbinin əksinə dönürsən yuxarı. Sol əlli α-sarmalda yuxarı qalxarkən saat əqrəbi istiqamətində dönərsən. Yan zəncirlər sarmaldan xaricə işarə edir. 3.6 qalıq/dönüş qaydasına əsaslanaraq hər bir qalıqın sarmalın üzərinə düşdüyünü təyin etsəniz, amfipatik, yarı gömülü helikslərin bir tərəfində bütün hidrofob qalıqları, digər tərəfində isə hidrofilik qalıqları olduğunu görürsünüz. Tam basdırılmış sarmal bütün hidrofob qalıqlar və tam açılmış sarmal bütün hidrofilik qalıqlar olacaq.

        Β-vərəqlərdə, təbəqənin hər iki ucundakı "yan tərəfdəki" iplər istisna olmaqla, bütün potensial H istiqrazları təmin edilir. Təbiətdə tapılan β-təbəqələrin təxminən 20% -i paralel və anti-paralel qarışıqdır, digər 80% -i isə bir və ya digəridir. β-vərəqlər düz deyil, büzməli olur.

        Üçüncü quruluş

        Tək bir təbəqə və ya sarmal suda sabit deyil. Üçüncü quruluş bu elementlərin və onları birləşdirən döngələrin bir-birinə bağlanmasıdır.

        Protein qatlanmasının termodinamikası

        Protein qatlanmasında iki əsas problem var:

        1. Bir zülalın quruluşunu onun ardıcıllığından təxmin edə bilərikmi? Ən aşağı enerjili vəziyyəti tapmaq üçün bir polipeptid zəncirinin mümkün olan bütün uyğunluqlarından nümunə götürmək bir neçə saniyə deyil, milyonlarla il çəkəcək, zülallar necə bu qədər tez qatlanır?

        Nümunə olaraq, Notch hüceyrədaxili domenini (NICD) yaratmaq üçün Notch-in metalloproteaz parçalanmasını nəzərdən keçirək, sonra nüvəyə köçür və transkripsiyaya təsir göstərir. Notch-in proteolitik sahəsi Notch liqandı ilə qarşılıqlı əlaqədə olan EGF təkrarlarına qoşulan Lin12/Notch təkrarları ilə qorunur. Ligandın, bu bölgəni açan və parçalanmağa imkan verən bir qüvvə tətbiq etdiyinə inanılır. Bu qatı sabitləşdirən və konstitutiv aktivləşmə ilə nəticələnən mutasiyalar şişlərə səbəb olur.

        Termodinamik yalnız təsvir edə bilər istər kimyəvi reaksiya nə qədər sürətli olacağı deyil, kortəbii olaraq baş verəcək və ya olmayacaq (bax: Biokimya 01).

        Sistemin enerjisi onun iş görmək qabiliyyətidir.

        U daxili enerjidir, q istilikdir və w işdir.

        Burada C istilik tutumudur və f və i son və başlanğıc deməkdir.

        Burada F qüvvə və Δx x oxu boyunca yerdəyişmədir.

        Əgər siz karbamidi suda 4M məhlulda həll etsəniz, o, öz-özünə həll olunacaq və məhlul soyuyacaq (burada öyrəndiyim kimi, guanidin kimi).

        Gibb -in sərbəst enerjisi aşağıdakı kimidir:

        G, H, T və S, Gibb'in sərbəst enerjisi, entalpiyası, temperaturu və entropiyasıdır.

        ΔG & lt 0 olarsa, reaksiya öz -özünə gedəcək.

        Karbamid nümunəsində, ΔH & gt 0, çünki suyun istiliyindən istifadə edərək qarşılıqlı təsir göstərən karbamid molekullarını ayırmaq üçün enerji tələb olunur. Bununla belə, reaksiya hələ də kortəbii şəkildə baş verir, çünki ΔS > 0 çox - karbamid məhlulu ayrıca karbamid və sudan daha çox entropikdir.

        A + B ↔ C + D reaksiyası üçün müəyyən edirik:

        ATP xüsusi bir molekuldur: ADP -yə hidrolizi reaktivlərin və məhsulların fizioloji konsentrasiyalarında kortəbii olur, yəni bu reaksiya üçün ΔG & lt 0:

        Le Chatelier prinsipi, reaksiyanı əks istiqamətdə idarə edə biləcəyinizi, ATP -ni kortəbii olaraq, sadəcə prokutların konsentrasiyalarını artıraraq idarə edə biləcəyinizi söyləyir. Lakin [P.i] heç vaxt hüceyrədə ATP -nin kortəbii olaraq ADP -dən yaranması üçün kifayət qədər yüksək olmur. ATP -nin əlverişsiz istehsalı bunun əvəzinə mitokondriyal membran boyunca protonların sərbəst buraxılması kimi əlverişli reaksiyalarla əlaqəli reaksiya ilə yaradılır (bax: Biokimya 08).

        Entalpiya

        U, P və V daxili enerji, təzyiq və həcmdir.

        Fizioloji şəraitdə təzyiq və həcmdəki dəyişikliklər demək olar ki, həmişə əhəmiyyətsizdir, buna görə H və U sıx əlaqəlidir. Başqa sözlə, əksər bioloji sistemlərdə entalpiya daxili enerjiyə bərabərdir.

        İnsanlar zülalın entalpiyasını (dihedral bucaqlar, Van der Waals qarşılıqlı təsirləri, elektrostatik qarşılıqlı təsirlər və s.) təyin edən əsas atom qüvvələrinin molekulyar dinamika simulyasiyalarını inkişaf etdirdilər və zülalın qatını təyin etmək üçün enerjini minimuma endirməyə çalışdılar. Ancaq o qədər çox azadlıq dərəcələri var ki, hesablama xərcləri ən aşağı enerji vəziyyətini tapmaq üçün simulyasiyanı kifayət qədər uzun müddətə idarə etməyi qadağan edir. [email protected], Foldit və D.E kimi cəhdlər hələ də var. Shaw Antondur. Anton, ən uzun molekulyar dinamika simulyasiyasına görə rekordçudur - zülalın 1 milisaniyəsini simulyasiya etmək üçün bir zülalın hər femtosaniyədə və ya bir şeydə alacağı enerjini hesablayaraq çox uzun müddət işləyib. Aydındır ki, Antonun həmin millisaniyəni simulyasiya etmək üçün sərf etdiyi vaxt bir millisaniyədən çox idi.

        Entropiya

        Harada kb Boltzmann sabitidir və W, maraq makrostatına səbəb olan mikrostatların sayıdır.

        Bunun ən çox bəyəndiyim izahı Richard Feynman tərəfindən verilmişdir. Oxuduqda ilk dəfə fiziki entropiya ilə informasiya entropiyasının eyni anlayış olduğunu başa düşdüm:

        Beləliklə, indi nizamsızlıq və nizam dedikdə nəyi nəzərdə tutduğumuz barədə danışmalıyıq. ... Tutaq ki, məkanı kiçik həcmli elementlərə ayırırıq. Qara və ağ molekullarımız varsa, onları həcm elementləri arasında neçə yolla paylaya bilərik ki, ağ bir tərəfdə, qara digər tərəfdə olsun? Digər tərəfdən, bunları hara getdiyini məhdudlaşdırmadan neçə yolla paylaya bilərik? Aydındır ki, sonuncu vəziyyətdə onları təşkil etməyin bir çox yolu var. "Bozukluğu", içərinin necə qurulacağına görə ölçürük ki, kənardan eyni görünsün. Bu sayda yolun loqarifmi entropiyadır. Ayrılmış vəziyyətdə yolların sayı daha azdır, buna görə entropiya daha azdır və ya "pozğunluq" daha azdır.

        - Richard Feynman, burada sitat gətirir

        Biologiyada entropiya çox vaxt hərəkətverici qüvvədir, məsələn, hidrofobik protein domenlərinin basdırılması üçün. Tetraedrdə su molekulunu təsəvvür edin. Tetraedrin dörd küncü var və suyun iki hidrogeni var, buna görə də molekulu 4 seçim 2 = 6 istiqamətə yerləşdirə bilərsiniz. Tetrahedronun bir küncündə bir qonşu molekulun qeyri -polar qrupunu əlavə etsəniz, altı vəziyyətdən yalnız üçünü əlverişli olaraq qalır (hələ də hidrogen bağlamasına icazə verərək). Belə ki, S.hidrofobik = kbln (3) - kbln (6) & lt 0, yəni entropiyanın azaldığını göstərir.

        Epoksi və sərtləşdiricinin bərkimiş epoksiyə qarışdırılmasını nəzərdən keçirin. Bu reaksiya ΔS < 0-a malikdir, çünki bərk maddə mayelərdən daha az mikro vəziyyətə malikdir. Bununla belə, reaksiya otaq temperaturunda kortəbii şəkildə baş verir, ona görə də doğru olmalıdır ki, ΔH < 0. Buna görə də istilik ayrılır - əslində reaksiya son dərəcə ekzotermikdir. Joe "5 dəqiqəlik epoksi" temperaturunu ölçdü və 5 dəqiqəlik işarədə 21 ° C-dən & 40 ° C-ə yüksəldi.

        Protein qatlanmasına dair yanlış və sadə bir fikir aşağıdakı kimidir. Açılmamış bir protein yüksək konfiqurasiya entropiyasına malikdir, eyni zamanda sabitləşdirici qarşılıqlı təsirləri azdır. Qatlanmış zülal daha az entropiyaya malikdir, eyni zamanda daha az entalpiyaya malikdir. Burada H və S arasında bir ticarət var. Nəzərə alın ki, ΔG = ΔH - TΔS olduğundan, artan temperatur S terminini daha ağır çəkir, yəni daha yüksək temperatur açılmağa üstünlük verir.

        Bütün bu izah yalnız həlledicinin enerjisini deyil, zülalın enerjisini nəzərə alır. Əslində, zülalın hidrofobik domenləri ətrafdakı suyun mümkün konfiqurasiyalarını məhdudlaşdırır (yuxarıdakı izahata bax) və buna görə də onların qatlandıqda basdırılması suyun entropiyasını artırır. Üstəlik, məlum olur ki, qütb qalıqlarının və onurğanın hidrogen bağı həm açılmış vəziyyətdə (su ilə), həm də bükülmüş vəziyyətdə (bir-biri ilə) təmin edilir. Buna görə də entalpiya “sıfır cəmidir” və zülal qatlanması demək olar ki, tamamilə entropiya ilə idarə olunur.

        Burada diferensial skan edən kalorimetriya adlanan texnikanın təsviri verilmişdir. Birində yalnız tampon, digərində isə tampon və zülal olan iki məhlula bərabər miqdarda istilik tətbiq edirsiniz və hər məhlulda temperaturu ölçürsünüz. Nəticədə zülal ərimə temperaturu T -yə çatırmburada zülalın% 50 qatlanmış və 50% açılmamış olduğu və ΔG = 0. T -dəm, zülalın əriməsi tətbiq olunan çox miqdarda istiliyi azaldır və buna görə də temperatur yalnız tampon həllində olduğu qədər yüksəlmir.

        Protein sabitliyini ölçmək üçün başqa bir üsul, tək molekullu atom qüvvəsi mikroskopiyasından istifadə edərək açmaq üçün lazım olan qüvvədir.

        Ümumi denatürantlar karbamid və guanidin hidrokloriddir. Təəccüblüdür ki, hələ də onların necə işlədiyini bilmirik. Onların açılmış zülalın bütün tərkib hissələrini sabitləşdirdiyi düşünülür. Guanidin, zülalın bu əlverişsiz hidrofob sahələrini əhatə edə bilər, ancaq suyun hərəkətini məhdudlaşdırmamaq üçün öz hidrofilik tərəfini suya məruz qoyur.

        Erik Vallabh Minikel haqqında

        Eric Vallabh Minikel, prion xəstəliyinin qarşısını almaq üçün ömrü boyu axtarışdadır. O, MIT və Harvardın Geniş İnstitutunda yerləşən alimdir.


        Çox vaxt zülalları yediyimiz qidalarda və ya əzələlərin əsas komponenti olaraq qida olaraq qəbul edirik, lakin zülallar da hüceyrələrin içərisində müxtəlif və həyati işlər görən mikroskopik molekullardır. İnsan Genomu Layihəsi başa çatdıqdan sonra elm adamları diqqətlərini bütün insan zülallarının kataloqu olan insan “proteomuna” yönəldirlər. Bu əsər, zülallar dünyasının, çox mürəkkəb formalı və dəqiq funksiyaları olan, demək olar ki, fantastik göründükləri molekullarla dolu maraqlı bir dünya olduğunu göstərdi.

        Zülalın funksiyası onun formasından asılıdır və zülal əmələ gəlməsi pozulduqda, nəticədə yaranan qeyri-formalı zülallar pis, zülallar öz mühüm işlərinə laqeyd yanaşmaqdan, hüceyrələrin içərisində yapışqan, yığcam qarışıqlıq əmələ gətirdikcə çirkinliyə qədər müxtəlif problemlər yaradır. Mövcud araşdırmalar zülallar dünyasının saflıqdan uzaq olduğunu göstərir. Protein əmələ gəlməsi xətalara meylli bir prosesdir və bu yolda edilən səhvlər bir sıra insan xəstəlikləri ilə əlaqələndirilir.

        Zülalların geniş dünyası:

        Tipik bir insan hüceyrəsində 20.000-dən 100.000-ə qədər unikal zülal növü var. Niyə bu qədər çox? Zülallar hüceyrənin iş atlarıdır. Hər biri müəyyən bir işi ustalıqla yerinə yetirir. Bəziləri, məsələn, əzələ hüceyrələrinə və ya uzun nazik neyronlara sərtlik və sərtlik verir. Digərləri xüsusi molekullara bağlanır və onları yeni yerlərə aparır, digərləri isə hüceyrələrin bölünməsinə və böyüməsinə imkan verən reaksiyaları katalizləyir. Funksiyadakı bu müxtəliflik və spesifiklik zənginliyi zülalların zahirən sadə bir xüsusiyyəti sayəsində mümkün olur: qatlanırlar.

        Proteinlər funksional bir forma qatlanır

        Bir zülal hüceyrədə, amin turşuları adlanan 300 tikinti blokundan ibarət uzun bir zəncir olaraq başlayır. 22 müxtəlif növ amin turşusu var və onların sıralanması zülal zəncirinin öz üzərinə necə qatlanacağını müəyyən edir. Qatlanan zaman adətən ilk olaraq iki növ struktur yaranır. Zülal zəncirinin bəzi bölgələri “alfa spiralları” adlanan zəncirvarı formasiyalara bükülür, digər bölgələr isə kağız fanatların qatlarına bənzəyən “beta vərəqləri” adlanan ziqzaq naxışlara qatlanır. Bu iki quruluş daha mürəkkəb quruluşlar yaratmaq üçün qarşılıqlı təsir göstərə bilər. Məsələn, bir zülal quruluşunda, bir neçə beta təbəqə bir -birindən bir neçə alfa sarmalı çıxarılan içi boş bir boru meydana gətirir. Boru qısadır və elə çömbəlmişdir ki, ümumi quruluş bir qutudan (beta vərəq borusu) çıxan ilanlara (alfa spiralları) bənzəyir. Təsviri adları olan bir neçə digər protein quruluşuna “beta barel, ” “beta pervanesi, ”alpha/beta at nalı, ” və “jelly-roll qat daxildir. ”

        Bu kompleks quruluşlar zülalların hüceyrədəki müxtəlif işlərini yerinə yetirməsinə imkan verir. Bir qutuda olan ” ilanları, bir hüceyrə membranına yerləşdirildikdə, hüceyrələrə giriş və çıxışı təmin edən bir tunel yaradır. Digər zülallar, kilid və açar kimi müəyyən bir molekula bağlanmaq üçün mükəmməl formada olan “aktiv yerlər” adlanan cibləri olan formalar əmələ gətirir. Fərqli formalara qatlanaraq, zülallar eyni təməl bloklardan ibarət olmasına baxmayaraq çox fərqli rollar oynaya bilər. Bir bənzətmə etmək üçün bütün nəqliyyat vasitələri poladdan hazırlanır, lakin yarış avtomobili və yaraşıqlı forma yarışları qazanır, bir avtobus, zibil maşını, vinç və ya zamboni hər biri özünəməxsus vəzifələri yerinə yetirmək üçün hazırlanmışdır.

        Niyə protein qatlanması bəzən uğursuz olur?

        Qatlama zülalın funksional formanı qəbul etməsinə imkan verir, lakin bu, bəzən uğursuz olan mürəkkəb bir prosesdir. Protein qatlanması üç əsas səbəbdən səhv ola bilər:

        1: İnsan zülal zəncirində amin turşusunu dəyişdirən mutasiyaya malik ola bilər ki, bu da müəyyən bir zülalın öz üstünlük verdiyi qatı və ya “doğma” vəziyyətini tapmasını çətinləşdirir. Bu irsi mutasiyalara aiddir, məsələn, kistik fibroz və ya oraq hüceyrəli anemiyaya səbəb olanlar. Bu mutasiyalar DNT ardıcıllığında və ya müəyyən bir proteini kodlayan “gen”-də yerləşir. Buna görə də, bu tip irsi mutasiyalar yalnız o xüsusi zülalı və onunla əlaqəli funksiyanı təsir edir.

        2: Digər tərəfdən, zülal qatlanma uğursuzluğu bir çox zülala təsir edən davamlı və daha ümumi bir proses kimi baxıla bilər. Zülallar yaradılarkən, amin turşularının uzun zəncirlərini yaratmaq üçün DNT-dən təlimatları oxuyan maşın səhv edə bilər. Elm adamları hesab edirlər ki, bu maşın, ribosom, hər 7 zülaldan 1-də səhv edir! Bu səhvlər nəticəsində əmələ gələn zülalların düzgün qatlanma ehtimalını azalda bilər.

        3: Bir amin turşusu zəncirində heç bir mutasiya və ya xəta olmasa belə, zülalların 100% düzgün qatlanmaması səbəbindən yenə də seçdiyi bükülmüş formaya çatmaya bilər. Hüceyrədəki turşuluq və temperatur kimi şərtlər orqanizmin alışdığı vəziyyətdən dəyişərsə, zülal qatlanması daha da çətinləşər.

        Protein qatlanmasında bir uğursuzluq bir neçə məlum xəstəliyə səbəb olur və elm adamları daha çox xəstəliyin qatlanma problemi ilə əlaqədar ola biləcəyini fərz edirlər. Hüceyrələrdə zülalların düzgün qatlanmadığı zaman meydana çıxan iki tamamilə fərqli problem var.

        Müəyyən bir işi yerinə yetirmək üçün lazım olan “özəl işçi çatışmazlığına səbəb olan “ funksiya itkisi ” Məsələn, düzgün qatlanmış zülalın toksini bağlamaq və onu daha az zəhərli əlavə məhsullara parçalamaq üçün mükəmməl formada olduğunu təsəvvür edin. Kifayət qədər düzgün qatlanmış zülal olmadıqda, toksin zərərli səviyyələrə çatacaq. Başqa bir nümunə olaraq, bir hüceyrə şəkər metabolizmasından məsul ola bilər ki, hüceyrə onu enerji üçün istifadə etsin. Hüceyrə, funksional vəziyyətində kifayət qədər protein olmadığı təqdirdə, enerji çatışmazlığı səbəbindən yavaş -yavaş böyüyəcəkdir. Hüceyrənin xəstələnməsinin səbəbi, bu vəziyyətdə, xüsusi olaraq düzgün qatlanmış, funksional bir zülalın olmamasıdır. Kistik fibroz, Tay-Sachs xəstəliyi, Marfan sindromu və bəzi xərçəng növləri, bir növ zülalın öz işini yerinə yetirə bilməməsi ilə nəticələnən xəstəliklərə misaldır. On minlərlə protein növünün bu qədər əhəmiyyətli olduğunu kim bilirdi?

        Düzgün olmayan şəkildə qatlanan zülallar, zülalın funksiyasından asılı olmayaraq hüceyrənin sağlamlığına da təsir edə bilər. Zülallar funksional vəziyyətinə qatlana bilmədikdə, nəticədə səhv qatlanmış zülallar sıx hüceyrə mühitinə əlverişsiz olan formalara çevrilə bilər. Əksər zülallar özlərinin dərinliyinə basdırdıqları yapışqan, “suya nifrət edən” amin turşularına malikdir. Qarışıq olan zülallar, bu iç hissələri xaricdən geyirlər, çirkin bir karamel mərkəzini ortaya çıxarmaq üçün əzilmiş şokoladlı bir konfet kimi. Bu səhv bağlanmış zülallar tez -tez bir araya gələrək “gregatlar adlanır (ALS) xəstəliyi olsa da, elm adamları hələ də bu səhv bağlanmış yapışqan molekulların hüceyrələrə necə zərər verdiyini kəşf etməyə çalışırlar.

        Yanlış qatlanmış bir protein digərləri arasında xüsusi diqqətə layiqdir. Creutzfeldt-Jakob xəstəliyindəki "dəli inək xəstəliyi" olaraq da bilinən “prion ” zülalı, yalançı bir zülalın yalançı bir nümunəsidir. Bu protein nəinki geri dönməz bir şəkildə açılır, həm də digər funksional zülalları bükülmüş vəziyyətinə çevirir.

        Hüceyrələrimiz səhv bağlanmış zülallardan necə qorunur?

        Son araşdırmalar göstərir ki, zülalların yanlış qatlanması hüceyrələrin içərisində tez-tez baş verir. Xoşbəxtlikdən, hüceyrələr bu problemin öhdəsindən gəlməyə öyrəşiblər və anormal zülal birləşmələrini yenidən qatlamaq və ya məhv etmək üçün bir neçə sistem var.

        Şaperonlar belə sistemlərdən biridir. Müvafiq olaraq adlandırılanlar, zülalları qatlama prosesində müşayiət edir, bir zülalın düzgün şəkildə qatlanma şansını artırır və hətta bəzi qatılan zülalların yenidən qatlanmasına imkan verir. Maraqlıdır ki, şaperonlar zülalların özləridir! Şaperonların çox müxtəlif növləri var. Bəziləri xüsusi olaraq bir növ protein qatına kömək edir, digərləri isə daha çox hərəkət edir. Bəzi şaperonlar böyük içi boş kameralara bənzəyir və zülalları digər molekullardan təcrid olunmuş təhlükəsiz yerlə təmin edir, onların bükülməsi üçün. Bir hüceyrə yüksək temperaturla və ya zülalın qatlanmasını çətinləşdirən digər şərtlərlə qarşılaşdıqda bir neçə şaperon istehsalı artır, beləliklə bu şaperonlara ləqəb qazandırır.

        Yanlış bağlanmış zülallara qarşı başqa bir hüceyrə müdafiə xəttinə proteazom deyilir. Səhv şəkildə bağlanmış zülallar hüceyrədə qalarsa, zülalları çeynəyən və onları amin turşularının kiçik parçaları kimi tökən bu maşınla məhv olmaq üçün hədəf alınacaqlar. Proteasom, hüceyrənin daha çox zülal meydana gətirməsi üçün amin turşularını yenidən istifadə etməsinə imkan verən bir təkrar emal mərkəzinə bənzəyir. Proteazomun özü bir zülal deyil, bir çoxu birlikdə fəaliyyət göstərir. Zülallar vacib hüceyrə funksiyaları ilə daha böyük strukturlar yaratmaq üçün tez-tez qarşılıqlı əlaqə qurur. Məsələn, insan spermasının quyruğu, spermanı irəli aparan kompleks bir fırlanan mühərrik yaratmaq üçün birlikdə işləyən bir çox növ zülaldan ibarət bir quruluşdur.

        Zülalların qatlanması və səhv yerləşdirilməsi ilə bağlı gələcək tədqiqatlar:

        Niyə bəzi səhv qatlanmış zülallar şaperonlar və proteazom kimi sistemlərdən yayına bilir? Yapışqan, səhv bağlanmış zülallar yuxarıda sadalanan nörodejenerativ xəstəliklərə necə səbəb ola bilər? Bəzi zülallar digərlərindən daha tez-tez səhv qatlanır? Bu suallar, əsas zülal biologiyasını və zülal qatlanması pisləşdiyi zaman ortaya çıxan xəstəlikləri anlamaq üçün hazırkı araşdırmaların başında gəlir.

        Geniş formalı zülallar dünyası, həyatın mövcud olmasına imkan verən və müxtəlifliyinə (məsələn, göz, dəri, ağciyər və ya ürək hüceyrələri arasındakı fərqlər və növlər arasındakı fərqlər) imkan verən hüceyrələri bəxş edir. Bəlkə də bu səbəbdən “protein ” sözü yunan sözündəndir “protas, ” əsas mənası ”. ”

        –Harvard Orqanizm və Təkamül Biologiyası Departamentinin 4-cü kurs Ph.D tələbəsi Kerry Geiler tərəfindən töhfə


        Nəticələr və müzakirə

        Amin turşusu α-sarmal və ya β-telli konformasiyaya meyllidir

        Fərdi amin turşuları üçün a P α of & lt0.9 bir α-sarmal kəsicini bildirir, a P α of & gt1.1, α-sarmalın üstünlük verdiyi bir amin turşusunu, 0.9 ilə 1.1 arasındakı dəyərlər amin turşusunun bu baxımdan neytral olduğunu göstərir [31]. Eyni prinsip tətbiq olunur P β . Məlumat dəstimizdən istifadə edərək hesablanmış amin turşusu meylləri (P α iP β i ) Cədvəl 2 -də göstərilmişdir. Onların standart sapmaları 0,001 ilə 0,004 arasında dəyişmişdir. Nəticələr əvvəlki hesabatlarla yaxşı uyğunlaşır [1, 6, 10].

        Biz həmçinin məruz qalmış və basdırılmış qalıqlar üçün amin turşularına meyllilikləri hesabladıq (P exp iP bur i) ikinci dərəcəli struktur elementlərində (Cədvəl 2). Α-sarmallar üçün üç meyl deməkdir P α i, P αexp iP αbur i oxşar tendensiyalara malikdir. Digər tərəfdən, məruz qalmış qalıqlar üçün orta meyllər (P βexp i) və basdırılmış qalıqlar (P bbur i) üçün β-tellər əhəmiyyətli dərəcədə fərqlənir (Cədvəl 2). Xüsusilə maraqlıdır ki, Lys və Arg, lakin iki yüklü qalıq deyil, Asp və Glu β-tellərdə açıq qalıqlar kimi seçilir. Təəccüblü deyil ki, bütün yüklənmiş amin turşuları β-zolaqlarda basdırılmış qalıqlar kimi əlverişsizdir. Gömülü bölgələr β-zəncirlər üçün yüklənmiş amin turşularını pisləyir, halbuki α-sarmal yüklü amin turşularına dözə bilir.

        Statistik araşdırmalarda əvvəllər bildirildiyi kimi, yüklü amin turşuları (Lys və Arg daxil olmaqla) üçün aşağı dəyərlər verir P β [1, 6, 10, 13], orta meyllərə uyğundur, P β i, hazırkı işdə müəyyən edilmişdir. Nəticələrimiz göstərir ki, Lys və Arg nisbətən yüksəkdir P β qısa məruz qalan qalıqlar üçün dəyərlər, lakin bu xüsusiyyət orta meylləri müqayisə edərkən maskalanır. Verilənlər dəstimizdə β-tellərdə məruz qalmış qalıqların payı α-spirallarla (46%) müqayisədə aşağıdır (29%). Β-tellərdəki qalıqların çoxu zülalların içərisinə basdırılır və α-sarmallar və ya döngə bölgələri ilə örtülür. P β i buna görə kiçikdirlər. Jiang və iş yoldaşları [10] amin turşusu yan zəncirlərinin hidrofobikliyinin β təbəqə strukturlarının əsas determinantı olduğunu irəli sürdülər, lakin bizim məlumatlarımız göstərir ki, bu nəticə β təbəqə strukturlarındakı açıq qalıqlar üçün deyil, basdırılmış qalıqlar üçün doğrudur. Minor və Kim [27], dörd antiparallel β-zolağı olan G proteinindən IgG bağlayan sahənin bir variantında 20 amin turşusunun β-təbəqə meydana gəlməsinə meylini ölçdülər. Amin turşusu dəyişdirmələri mərkəzi zəncirinin solventə məruz qalan səthində qonaq yerində edildi. Bu təcrübələrin meylləri logaritmik ilə güclü bir əlaqə göstərir P β qısa i burada əldə edilən dəyərlər (R = 0.82), logaritmikimizlə daha zəif bir əlaqə göstərsə də P βbur i dəyərlər (R = 0,63). Bundan əlavə, Minor və Kim [27] və Chou və Fasman [1] tərəfindən təyin olunan meyllər arasında zəif əlaqə var. Bu nəticələr göstərir ki, açıq və basdırılmış yerlər üçün β-ipliklərə üstünlük verilir.

        Α-sarmallar üçün amin turşusu meyllərinin qat asılılığı

        Amin turşusunun meylləri i bükülmənin spiral bölgəsində j, P α ijvə β-iplik bölgəsi j, P β ij, beləliklə, müvafiq olaraq SCOP qatlarının 39 və 24-ü üçün hesablanmışdır (Şəkil 1). Onların standart sapmaları 0,01 ilə 0,05 arasında dəyişir. Met, Cys, Trp, Asn, Asp və His for istisna olmaqla P α ij, və Met, Pro və Cys istisna olmaqla P β ij, amin turşularının populyasiyası birdən çox cüt qat üçün fərqlənirdi (& gt90% etibar səviyyəsi).

        Hər bir SCOP qatına görə amin turşusu meylləri. Α-sarmallar üçün hər bir SCOP qatı üçün amin turşusu meyllərinin qutu sahələri (A) və β-tellər (B). Hər bir qutu məlumatların 50%-ni median dəyəri ilə əhatə edir. Qutunun yuxarı və aşağı hissəsi məlumatların ±25%-lik hədlərini qeyd edir. Hər bir qutunun yuxarıdan və aşağıdan uzanan xətləri, qəbul edilə bilən aralığa daxil olan məlumat dəsti daxilində minimum və maksimum dəyərləri qeyd edir. Bu diapazon xaricində, kənar deyilən hər hansı bir dəyər fərdi bir nöqtə olaraq göstərilir. Üfüqi oxda müəyyən qalıqların (bir hərfli kod) vurğulanması, Fisher-Irwin populyasiya nisbət testinin nəticələrinin meyllər arasındakı fərqlərin qıvrımlar arasında statistik olaraq əhəmiyyətli olduğunu göstərdiyini göstərir.

        Xüsusilə, geniş çeşiddə P α ij qıvrım növündən asılı olaraq aromatik qalıqlar Phe (0.66-2.00) və Tyr (0.58-1.89) üçün dəyərlər alındı ​​və bütün qıvrımlar üçün orta meyl bu amin turşuları üçün təxminən 1.0 -dir (Şəkil 1A və Cədvəl 2). Yüklənmiş qalıqların Lys (0.65-1.56) və Arg (0.80-1.71) meylləri də bir qatdan asılı olaraq çox fərqli idi. Digər tərəfdən, SCOP qıvrımlarının & gt80% -ində Leu və ya Glu α-sarmal konformasiyaya üstünlük verilir, Val, Pro, Ser, Thr, Asn, Asp və Gly isə bəyənilmir. Ala çoxlu qıvrımlarda (79%) α-sarmal konformasiyasına üstünlük verilir, lakin iki qatda (Protein kinazabənzər və 4-spiral sitokinlər) bəyənilmir. Xüsusilə, Alanın "4-spiral sitokinlər" qatına meylinin dəyəri olduqca aşağıdır (P α ij = 0.64). Met, Cys, Trp və His-in hər hansı bir qıvrımda & gt90% güvənlik səviyyəsində bir qıvrım tipli populyasiya fərqi yoxdur, baxmayaraq ki, meylləri müxtəlif qıvrımlar arasında çox fərqlidir. Buna görə də bu amin turşularını daha da qiymətləndirmədik.

        Richardson və başqaları. Alanın α-sarmalın uclarında üstünlük verilmədiyini göstərdi [7], bu da qısa bir α-sarmalın Alaya xeyir vermədiyini irəli sürür. 39 qıvrımdan (ən uzun və ikinci uzunluq sırasıyla "Ferritinə bənzər" və "Dörd sarmallı yuxarı və aşağı dəstə" dir). Sonra α-spiralın orta uzunluğu ilə hər bir amin turşusu üçün amin turşusuna meyllilik arasında korrelyasiya əmsalı hesablanmışdır ki, onlar 0,4-dən kiçik idi. Bu nəticə, α-sarmalın orta uzunluğu ilə hər hansı bir amin turşusunun sarmal meyli arasında heç bir əlaqənin olmadığını göstərir.

        Engel və başqaları. əksər spiralların amfifil olduğunu göstərir [7, 12], α-spiral üçün meyllərin məruz qalmış qalıq fraksiyasından asılı olduğunu göstərir. Beləliklə, biz məruz qalmış qalıq fraksiyası ilə α-spirallarda amin turşularının tezliyi arasındakı əlaqəni araşdırdıq. Yüklənmiş qalıqlar, Lys və Asp nisbətən güclü müsbət korrelyasiyaya malik olsa da, heç bir amin turşusu ifraz olunan qalıq fraksiyası ilə amin turşusu tezliyi arasında güclü bir əlaqə (R & lt -0.7 və ya R & gt 0.7) göstərməmişdir (RK = 0,66, RD = 0.54). Bunun əksinə olaraq, Glu və Arg (həmçinin yüklü amin turşuları) korrelyasiya əmsalları kiçikdir (R)E = 0,26, RR = 0.07).

        Şəkil 2, hər bir SCOP qatına məruz qalan və basdırılmış amin turşularının meyllərini təqdim edir. α-heliksin məruz qalan bölgələri üçün (Şəkil 2A), ondan az amin turşusu ən azı bir cüt qat üçün 90% inamla populyasiya fərqini göstərir. Yəqin ki, bu, məlumat dəstinin məruz qalan qalıqlarla məhdudlaşmasından irəli gəlir. yapışqan (P müfəssəl ij: 1.0-1.92) açıq bölgələrdə üstünlük təşkil edir (Şəkil 2A), Leu (P bur ij: 0,97–1,88) qatların 80%-dən çoxu üçün basdırılmış bölgələrdə (Şəkil 2B) üstünlük təşkil edir. Pro və Gly, qıvrımların 92% -dən çoxu həm açıq, həm də basdırılmış bölgələrdə son dərəcə xoşagəlməzdir. A-sarmalın açıq və basdırılmış bölgələrində Alanın meylləri oxşar bir tendensiyaya malikdir P α ij. Ala həm açıq, həm də basdırılmış bölgələrdə qıvrımların müvafiq olaraq 72% və 79% -i üçün α-sarmal uyğunlaşmada üstünlük təşkil edir, halbuki Ala məruz qaldıqda və ya basdırıldığında müvafiq olaraq 8% və 13% qıvrımlar tərəfindən bəyənilmir. "4-spiral sitokinlər" qatı üçün həm açıq, həm də basdırılmış bölgələrdə Ala meylinin dəyərləri də aşağıdır (P αexp ij = 0,72 və P bur ij = 0.60). Geniş əhatəli P αbur ij qat növündən asılı olaraq Phe və Tyr aromatik qalıqları üçün qiymətlər əldə edilmişdir (Şəkil 2B) P α ij.

        Açıq və basdırılmış qalıqlar üçün amin turşusu meylləri. Açıq olan hər bir SCOP qat üçün amin turşusu meyllərinin qutu sahələri (A) və dəfn edildi (B) α-sarmallardakı qalıqlar və məruz qalmış (C) və dəfn edildi (D) β-tellərdəki qalıqlar. “PH domeninə bənzər barel” SCOP qatında Trp üçün β-tellər üçün və “Protein kinaz kimi” SCOP qatında Lys üçün meyllər diapazondan kənarda idi (4.3 inç). C və 3,8 düym D, müvafiq olaraq) və göstərilmir. Üfüqi oxda müəyyən qalıqların vurğulanması, Fisher-Irwin populyasiya nisbəti testinin nəticələrində, meyl fərqlərinin qıvrımlar arasında statistik olaraq əhəmiyyətli olduğunu göstərdiyini göstərir.

        Β-tellər üçün amin turşusu meyllərinin qat asılılığı

        Şəkil 1B-də göstərildiyi kimi, geniş diapazon P β ij Qıvrım növündən asılı olaraq Trp (0.45-2.22), Thr (0.73-1.87), Lys (0.46-1.45) və Arg (0.51-1.42) üçün dəyərlər alındı. Lys üçün, baxmayaraq ki P β ij 24 qatın 18-də <0,9 olmuşdur (orta dəyər P β ij = 0,79), üç qat (lipokalin qatı, OB-qat və protein kinaz kimi qat) əldə etdi. P β ij dəyərlər və gt 1.2, əhalinin fərqi digər qıvrımlarla müqayisədə 90% etibar səviyyəsinə uyğun idi. Bu üç qıvrım "hamısı β" və ya "α + β" dır və hamısı əsasən β-ipliklərə malikdir, halbuki β-iplər ümumiyyətlə "α/β" zülallarında α-sarmal və ya döngə bölgələri ilə örtülür (Cədvəl) 1). Uzun müddətdir ki, β-ipliklərin hidrofob qalıqlara üstünlük verdikləri [1, 6, 10], lakin indi görünür ki, əsasən β-təbəqə quruluşları Lys kimi hidrofilik qalıqlara üstünlük verir. Bunun əksinə olaraq, dörd amin turşusu Val, Ile, Phe və Tyr üstünlük təşkil edir (P β ij & gt 1.1) 80% -dən çox β-ipliklərdə, Val (1.40-2.68) və Ile (1.17-2.33) bu mövzuda xüsusilə yüksək meyllərə malikdir. Altı amin turşusu Pro, Ala, Asn, Asp, Glu və Gly bəyənilmir (P β ij Qatlamaların 80% -dən çoxunda β-ipliklərdə & lt 0.9) və Pro (0.16-0.71) və Asp (0.22-0.91) olduqca aşağı meyllərə malikdir.

        Açıq qalıq fraksiyaları 24 qat üçün təqribən 10%-dən 46%-ə qədər diapazonda müşahidə edilmişdir (Cədvəl 1) və Glu və Lys amin turşusu meylləri ilə hər qatda β-tellərin məruz qalmış qalıq fraksiyaları arasında güclü və müsbət korrelyasiyaya malikdir ( RE = 0.76, R.K = 0.73). Gln, Arg və Ile də nisbətən güclü korrelyasiyaya malikdir, baxmayaraq ki, İle üçün korrelyasiya mənfidir (RQ = 0.67, R.R = 0,5, RMən = −0,68). Glu üçün aşkar edilən güclü müsbət korrelyasiyadan fərqli olaraq, digər mənfi yüklü amin turşusu Asp üçün heç bir əlaqə yoxdur. Aşkar edilmiş qalıq fraksiya, β-tellər üçün qıvrımların yüklü amin turşusu tərkibini tənzimləyən əsas amillərdən biri kimi görünür.

        Bir β-telli (Şəkil 2C) məruz qalan qalıqlar üçün geniş çeşiddə P βexp ij Ser (0.42-1.69), Lys (0.84-1.58) və Arg (0.68-1.85) üçün dəyərlər əldə edildi. Geniş əhatəli P βbur ij β-zolaqda basdırılmış qalıqlar üçün Cys (0.61-2.61), Phe (0.66-1.83), Tyr (0.64-1.92), Trp (0.31-1.77) və His (0.41-1.87) üçün dəyərlər əldə edildi (Şəkil 2D) . P βexp ij Val, Ile, Phe, Tyr, Trp və Thr dəyərləri yüksəkdir (P βexp ij > 1.1) qıvrımların 75%-dən çoxu üçün, bu, β-budaqlı və ya aromatik yan zəncirinə malik olan bu amin turşularının bütün bükülmə növlərində β-tellərin açıq bölgələrində üstünlük təşkil etdiyini göstərir. Bunun əksinə olaraq, β-ipliklərin bütün qıvrımlarında xoşagəlməz olan amin turşuları Pro (0.22-0.87), Ala (0.28-0.70) və Gly (0.23-0.88) və basdırılmış bölgələr üçün Pro (0.12-0.87) dir. . Maraqlıdır ki P βexp ij Ala üçün bütün qıvrımlar üçün dəyərlər müqayisədə daha aşağıdır (P βexp ij < 0.7), bu göstərir ki, β-teldə məruz qalmış qalıq Ala, eləcə də Pro və Gly üçün olduqca əlverişsiz mövqedir. Bu güclü meyllər onurğa sütununun həllinin termodinamik β-meylləri təyin edən əsas amil olduğunu dəstəkləyir [32].

        Amin turşusu meylləri və SCOP qatı arasında korrelyasiya

        Sekonder strukturlar üçün amin turşusu meylinin qat asılılığını təyin edən amilləri araşdırmaq üçün, α-sarmallar üçün 39 SCOP qatından (Şəkil 3A) və β-zolaqlar üçün 24 SCOP qatından əldə edilən amin turşusu meyllərindən istifadə edərək korrelyasiya əmsalları hesablanmışdır (Şəkil 3A). 3B). Şəkil 4, məsələn, α-spirallar və β-tellər üçün Glu və Lys meylləri arasındakı əlaqələri göstərir. Hər bir məlumat nöqtəsi α-spiral və β-tellərin hər birində 2000-dən çox qalığın olduğu bir qatı təmsil edir. Β-liflər üçün (Şəkil 4B), bu iki amin turşusu meylinin korrelyasiya əmsalı 0.70-dir, bu da Glu ilə zəngin olan qıvrımların Lys ilə də zəngin olacağını ehtimal edir. Bunun əksinə olaraq, α-sarmallar üçün (Şəkil 4A) heç bir ciddi korrelyasiya müşahidə edilməmişdir. Β-iplər üçün, "α/β" zülalları (Şəkil 4B-də) Glu və Lys üçün aşağı meyl göstərir, halbuki lipokalinlər və OB qıvrımları (hər ikisi "hamısı β", + Şəkil 4B) Glu və Lys. “α+β” zülalları üçün (Şəkil 4B-də ▵) Glu və Lys meylləri arasında heç bir əlaqə yoxdur. "Hamısı β" zülalları və "α/β" zülalları üçün korrelyasiya əmsalları sırasıyla 0,83 və 0,86-dır.

        Amin turşusu meylləri arasındakı korrelyasiya əmsalları. Α-sarmallar üçün amin turşusu meylləri arasındakı korrelyasiya əmsallarıA) və β-tellər (B). Güclü mənfi korrelyasiya (R < −0,7) tünd göy rənglə, müsbət korrelyasiya (R > 0,7) isə tünd qırmızı ilə göstərilir. Nisbətən güclü mənfi korrelyasiyalar (R & lt -0.5) açıq mavi və müsbət korrelyasiyalarla (R & gt 0.5) çəhrayı ilə göstərilir.

        Amin turşusu meylləri arasındakı əlaqə. Α-sarmallar üçün hər bir SCOP qatında Glu və Lys üçün amin turşusu meylləri, PA) və β-tellər (B). SCOP sinifləri bunlardır: hamısı α zülalları (○), α/β zülalları (□), α + β zülalları (Δ) və hamısı β zülalları ( +).

        Ümumiyyətlə, α-spirallarla müqayisədə β-tellər üçün daha çox güclü korrelyasiya (R < −0,7 və ya R > 0,7) mövcuddur (Şəkil 3). Məsələn, β-tellər üçün dörd güclü müsbət korrelyasiya və beş güclü mənfi korrelyasiya müşahidə edilir, lakin α-sarmallar üçün yalnız iki qoşalaşmış güclü korrelyasiya mövcuddur (Ala və Gly, Tyr və Trp). Β-tellər üçün müsbət korrelyasiyaların çoxu Val və Ile, Tyr və Trp, Ser və Gln/Thr/Asn, Asn və Thr kimi oxşar fizik-kimyəvi xarakterlərə malik cüt şəkilli amin turşularını əhatə edir (Şəkil 3B-də diaqonal boyunca göstərilmişdir) və Glu və Lys/Arg. Bunun əksinə olaraq, β-tellər üçün mənfi korrelyasiyaların əksəriyyəti Val və Tyr/Trp/Gln/Ser, Ile və Trp/Gln/Ser/Glu/Arg, Leu və Ser/ kimi müxtəlif fiziki-kimyəvi xarakterli amin turşularının cütlərini əhatə edir. Thr/Asn, Met və Asn və Ala və Lys.

        Maraqlıdır ki, aromatik amin turşusu Phe, həm α-helikes, həm də β-tellər üçün Trp və Tyr ilə aşağı korrelyasiya göstərir, baxmayaraq ki, həm α-helikes, həm də β-tellər üçün Trp və Tyr arasında güclü müsbət korrelyasiya müşahidə olunur.

        SCOP qatı və məruz qalmış və ya basdırılmış amin turşularına meyllər arasında korrelyasiya

        Biz həmçinin α-spirallar (Şəkil 5), β-tellər (Şəkil 6) və digər uyğunlaşmalar (Məlumatlar göstərilmir) üçün məruz qalmış və basdırılmış qalıqların amin turşularına meyllilikləri üçün korrelyasiya əmsallarını hesabladıq. Α-sarmallar üçün amin turşusu meylləri iki güclü korrelyasiyaya malik olsa da (Şəkil 3A), a-sarmallar üçün məruz qalmış (Şəkil 5A) və basdırılmış (Şəkil 5B) qalıqlar üçün güclü bir əlaqə yoxdur. Bütün qalıqlar üçün Trp və Tyr arasında güclü müsbət korrelyasiya açıq qalıqlar üçün yox idi, ancaq basdırılmış qalıqlar üçün zəif müsbət korrelyasiya müşahidə edildi. Bu nəticələr göstərir ki, α-spiralın daxili tərəfində Trp-ə üstünlük verən qat α-spiralların daxili hissəsində də Tyr-ə üstünlük verir. Yenə də, Phe-nin açıq və ya basdırılmış qalıqlar üçün Trp və ya Tyr ilə heç bir əlaqəsi yox idi. Ser, Asn və Thr arasındakı müsbət korrelyasiyalar və Ser/Thr və Glu arasındakı mənfi korrelyasiyalar yalnız açıq qalıqlar üçün müşahidə edildi. Bəzi yeni korrelyasiya müşahidə edilsə də, α-sarmallar üçün bu dəyərlər nisbətən aşağı idi. Digər konformasiya üçün həm açıq, həm də basdırılmış qalıqlar üçün güclü korrelyasiya müşahidə edilməmişdir.

        Açıq qalıqlar və basdırılmış qalıqlar üçün α-heliks meylləri arasında korrelyasiya əmsalları. Açıq qalıqlar üçün α-heliks meylləri arasında korrelyasiya əmsalları (A) və basdırılmış qalıqlar (B). Güclü mənfi korrelyasiya (R < −0,7) tünd göy rənglə, müsbət korrelyasiya (R > 0,7) isə tünd qırmızı ilə göstərilir. Nisbətən güclü mənfi korrelyasiyalar (R & lt -0.5) açıq mavi və müsbət korrelyasiyalarla (R & gt 0.5) çəhrayı ilə göstərilir.

        Açıq qalıqlar və basdırılmış qalıqlar üçün β-vərəq meylləri arasında korrelyasiya əmsalları. Açıq qalıqlar üçün β-təbəqə meylləri arasındakı korrelyasiya əmsalları (A) və basdırılmış qalıqlar (B). Güclü mənfi korrelyasiya (R < −0,7) tünd göy rənglə, müsbət korrelyasiya (R > 0,7) isə tünd qırmızı ilə göstərilir. Nisbətən güclü mənfi korrelyasiyalar (R & lt -0.5) açıq mavi və müsbət korrelyasiyalarla (R & gt 0.5) çəhrayı ilə göstərilir.

        Β-zəncirdə basdırılmış amin turşularının əlaqəsi

        Bunun əksinə olaraq, β-tellər üçün, Şəkil 3B-də göstərilən korrelyasiyaların çoxu məruz qalmış (Şəkil 6A) və basdırılmış (Şəkil 6B) qalıqlar üçün güclü korrelyasiyalardır. Val/Ile və Tyr/Trp/Gln üçün güclü mənfi əlaqələr basdırılmış, lakin açılmamış qalıqlar üçün müşahidə edilmişdir. Başqa sözlə, Val və ya İle-yə üstünlük verən bir qat növü, xüsusilə də basdırılmış qalıqlar üçün Tyr, Trp və ya Gln-ə üstünlük vermir.

        "Concanavalin A kimi lektinlər/qlükanazlar" (concanavalin A) qrupunun SCOP qat qrupundakı β-iplər üçün basdırılmış qalıqları vizual olaraq yoxlayaraq, Tyr və Trp qalıqlarına basdıraraq Gln, Ser və ya Thr kimi bir çox qütb amin turşusu tapdıq. və hidrofob mühitdəki polariteyi tarazlaşdırmaq üçün bir-biri ilə H-bağlarında iştirak edən Glu, Lys və ya Arg kimi yüklü amin turşuları. Gömülü qalıqlar üçün hidrofob amin turşularının (Val, Ile və Leu) və bəzi qütb amin turşularının birləşmiş tezlikləri arasındakı korrelyasiya əmsallarını hesabladıq (Cədvəl 3 və Şəkil 7). Tezliklərdən hesablanan korrelyasiya əmsalları meyllərdən hesablananlarla eynidir və beləliklə, amin turşularının meydana gəlməsini başa düşmək daha asan olur. Torpağa basdırılan Trp, Tyr və Gln birləşən tezlikləri hidrofob amin turşuları (Val, Ile və Leu) ilə güclü bir əlaqəyə malikdir (R = -0.87). Ser-in Trp, Tyr və Gln ilə qrupa daxil edilməsi korrelyasiya əmsalını -0,93-ə qədər artırdı (Şəkil 7). Val/Ile/Leu və Tyr/Trp/Gln/Ser üçün korrelyasiya əmsallarının -0.19 ilə -0.75 aralığında olması, α-sarmallar və digərləri üçün mövcud olmayan β-zolaqlar üçün birləşdirilmiş tezliklərin korrelyasiyasında sinergiyanı göstərir. uyğunluq (Cədvəl 3). Bu amin turşu qrupları arasındakı sinerji, eyni qrupdakı amin turşularının mübadilə edilə biləcəyini göstərir. Məsələn, basdırılmış qalıqlar üçün Leu-nun seçildiyi bir qat tipində, Ile də üstünlük təşkil edəcəkdir. Beləliklə, basdırılmış yerlərdə çoxlu alifatik qalıqları olan (Val, İle və Leu) qıvrım tipləri də az miqdarda Tyr, Trp, Gln və Ser ehtiva edir. Şəkil 7 də göstərir ki, "hamısı β" zülalları daha çox Tyr, Trp, Gln və Ser məzmununa malikdir, "α/β" zülalları isə basdırılmış yerlərdə daha çox alifatik amin turşuları ehtiva edir. Tyr, Trp, Gln və Ser tərkibli β-zolaqlı yerlərdə ən yüksək altı qat "hamısı β" zülallarıdır və iki böyük β-təbəqəyə yığılmışdır (lipokalinlər, konkanavalin A, 6 bıçaqlı beta-pervane) (6-bb-pervane), qalaktoza bağlayan domenə bənzər (Gbd), cüt telli β-sarmal (DS β-sarmal) və immunoglobulinə bənzər beta-sandviç qıvrımları (Ig)). Yalnız bir kiçik β-təbəqədən və ya kiçik β-barel quruluşundan ibarət olan digər "hamısı β" zülalları kiçik bir hidrofob nüvəyə malikdir. Gömülü yan zəncirlər arasındakı H bağları xüsusilə iki böyük β təbəqənin düzgün hizalanması üçün lazım ola bilər.

        Basdırılmış qalıqların tezlikləri arasında əlaqə. Basdırılmış Val, İle və Leu qalıqlarının tezlikləri arasında əlaqə, f VIL, və basdırılmış Trp, Tyr, Gln və Ser qalıqları, f WYQS, β-tellərdə. SCOP sinifləri: α/β zülalları (□), α + β zülalları (Δ) və bütün β zülalları ( +).

        Β-zəncirdə olan ifşa edilmiş amin turşuları ilə əlaqə

        Açıq qalıqlarda Ile/Leu və Ser/Thr/Asn üçün mənfi korrelyasiya müşahidə edildi (Şəkil 6A), baxmayaraq ki, həm açıq, həm də basdırılmış qalıqlar birlikdə hesablandıqda Ile və Thr/Asn üçün korrelyasiya müşahidə olunmadı (Şəkil 3B). Mənfi korrelyasiyalar Glu və Ser/Asn və Arg və Thr üçün də müşahidə edildi. Cədvəl 4-də göstərildiyi kimi, bu məruz qalmış amin turşuları üçün birləşdirilmiş tezliklərin korrelyasiyasını β-zəncirlərində araşdırdıq. Bu nəticə göstərir ki, müəyyən hidrofobik amin turşularının (Ile, Leu), yüklü amin turşularının (Glu, Lys, Arg) və qütb amin turşuları (Ser, Thr, Asn) β-tellərin açıq bölgələrində. Maraqlıdır ki, hidrofob (Ile, Leu) və yüklü (Glu, Lys, Arg) amin turşularının tezliyi qütb amin turşuları (Ser, Thr, Asn) ilə mənfi əlaqəlidir. Ile, Leu, Glu, Lys və Arg üçün ümumi bir xüsusiyyət, ikidən çox hidrofob metilen qrupu daxil olmaqla nisbətən uzun yan zəncirlərə sahib olmalarıdır, Ser, Thr və Asn qısa yan zəncirlərə malikdir.

        Şəkil 8, Ser, Thr və Asn qruplarının Ile, Leu, Glu, Lys və Arg ilə birləşdirilmiş qrupları arasında güclü bir əlaqəni göstərir (R = -0.90). Açıqlanmış β-iplik bölgələri üçün aydın olur ki, bütün "α/β" zülallarında və bütün "α+β" zülallarında Ile, Leu, Glu, Lys və Arg üstünlük təşkil edir və Ser, Thr və Asn bəyənilmir. . Ser, Thr və ya Asn-ı seçən qıvrım növləri nisbətən aşağı Ile, Leu, Glu, Lys və ya Arg tərkibinə malikdir və "hamısı β" olan zülallardır. Şəkil 8, "hamısı β" zülallarının qıvrımlarının geniş yayılmasını göstərir. İki SCOP qatı üçün DS β-heliks və “bütün-β” zülalların OB-qatlanması üçün β-tellərin açıq bölgələrində Ile, Leu, Glu, Lys və ya Arg qalıqlarına üstünlük verilir. Bu qıvrım tipləri bükülmüş və əyilmiş β-tellərə malikdir. Bəzi C.α β-zəncirlərindəki atomlar bükülmüş və əyilmiş β-tellərin əmələ gətirdiyi dar və dərin vadinin dibində yerləşir (Şəkil 9D və E). Belə mövqelərdə Ser, Thr və ya Asn qısa, qütb yan zənciri həllediciyə çata bilmir, buna görə də uzun yan zəncirli amin turşularına üstünlük verilir. Eyni şey “α/β” zülallarına da aiddir (Şəkil 9F və G). β-vərəq “α/β” zülallarında α-sarmallarla və bükülmələrlə örtülür və β-tellərin uclarında qalıqların həllediciyə çatması üçün yalnız dar boşluqlar buraxır. Bunun əksinə olaraq, iki SCOP qıvrımları konkanavalin A və tək telli sağ əlli β-sarmal (SS β-sarmal) β-tellərin açıq bölgələrində olduqca yüksək Ser, Thr və Asn tərkibinə malikdir və əsasən açıq və düzdür. β-vərəqlər (Şəkil 9A, B və C). Şəkil 9C göstərir ki, Ser, Asn və Thr düz β-təbəqədə dominantdır və bir-biri ilə təmasda olmurlar. Bu nəticələr göstərir ki, β-zəncirlərin açıq bölgələrindəki amin turşusu tərkibi β-vərəqlərdə bükülmə əmələ gəlməsini idarə edir.

        Açıq qalıqların tezlikləri arasında əlaqə. Aşkar edilmiş Ile, Leu, Glu, Lys və Arg qalıqlarının tezliyi arasındakı əlaqə, f İLEKR, və məruz qalmış Ser, Thr və Asn qalıqları, f STN, β-tellərdə. SCOP sinifləri bunlardır: α/β zülallar (□), α + β zülallar (Δ) və bütün β zülallar (+).

        Üç qatlı β-ipliklərdə amin turşusu qalıqları. Konkanavalin A-nın β-tellərindəki amin turşusu qalıqları (A, BC, PDB ID:1IOA), DS β-sarmal (DE, PDB ID: 1ODM) və TIM barel (FG, PDB ID: 1SFS). α-sarmallar üçün qalıqlar magenta, β-tellər üçün isə sarı rəngdədir. Β-tellərdəki qalıqların yan zəncirləri C tipində atom tipinə görə (azot: mavi, oksigen: qırmızı, karbon: boz) rənglənir.

        Wang et al. [33] molekulyar dinamika simulyasiyalarında təcrid olunmuş β-tellərin bükülmədiyini göstərdi və bu, bükülmənin sabitləşməsinin zəncirlərarası qarşılıqlı təsirlərə bağlı olması lazım olduğunu irəli sürdü. Başqa bir kompüter simulyasiya tədqiqatı, yan zəncirlər arasındakı iplərarası qarşılıqlı təsirlərin bir bükülmə meydana gətirdiyini və b-dallı yan zəncirlərin bükülmə meydana gəlməsi üçün əhəmiyyətli olduğunu təsbit etdi [34]. Digər tərəfdən, Koh et al. [35] və Bosco et al. [36] β-təbəqə quruluşunun əsasən onurğa sütunu ilə təyin olunduğunu və yan zəncirlərin qatqısının az olduğunu göstərmək üçün statistik analizlərdən istifadə etmişdir. Bu, bükülmənin polipeptid zəncirinin xas xüsusiyyəti olduğunu göstərir və amin turşusu ardıcıllığından asılı olmayaraq β-telin bükülməli olduğunu göstərir. Bununla birlikdə, bəzi kıvrımlarda SCOP qrupları concanavalin A və SS β-sarmal kimi böyük/düz bir β-təbəqə var. Əvvəlki tədqiqatlar yalnız bükülmüş β-ipliyi hədəfə almış və düz β-təbəqəyə yönəlməmişdir. Nəticələrimiz, β-ipliklərin açıq bölgələrindəki amin turşusunun tərkibinin, ipin bükülməsi və bükülməsi ilə əlaqəli ola biləcəyini göstərir ki, bu da yan zəncir qarşılıqlı təsirlərinin β-iplik bükülməsi üçün vacib bir faktor olduğunu göstərir. Sezgisel bir izah budur ki, açıq bölgələrdə Leu, Ile, Lys, Arg və Glu uzun yan zəncirləri bir-birinə yaxınlaşaraq hidrofob nüvəni əmələ gətirir və nəticədə β-ipliklərdə bükülmə və/və ya əyilmə əmələ gəlir. Bunun əksinə olaraq, Ser, Thr və Asn yan zəncirləri aşağı hidrofobikliyə malikdir və qısa olduğundan yan zəncirlər arasındakı hidrofobik qarşılıqlı təsirlər zəifdir və düz bir β təbəqə əmələ gətirir. Buna görə də, bir β-təbəqədəki gərginliyin, β-tellər üçün qıvrımların amin turşusu meyllərini tənzimləyən əsas amillərdən biri olduğu görünür.

        Β-təbəqələrin növləri və amin turşularına meyl

        Qıvrımları β-vərəq növlərinə görə üç paralel, antiparalel və qarışıq β-yavaşlığa bölmək olar. "Bütün β" zülal sinfi və "α + β" zülal sinfi üçün bu tədqiqatda istifadə edilən bütün qatların β-vərəqləri tamamilə paralel β-vərəqə malik SS β-heliks istisna olmaqla, tamamilə antiparalel β-vərəqdir. "Α/β" protein sinifinin qıvrımları tamamilə və ya əsasən paralel β-təbəqələrə malikdir. "Flavodoksinə bənzər", "NAD (P) bağlayan Rossmann qatlı sahələr" və "TIM beta/alfa-barel" kimi üç qatdakı β-təbəqələr tamamilə paralel, "Periplazmik bağlayıcı zülala bənzər II" və " Tioredoksin qatında "qarışıq β-təbəqə var.

        Açıqlanmış β-iplik qalıqları üçün (Şəkil 8), "β-helix" istisna olmaqla, ümumiyyətlə tamamilə antiparallel β-təbəqə olmasına baxmayaraq "hamısı β" zülalları sinifinin qıvrımları üçün sahələr geniş yayılmışdır. Bundan əlavə, "α/β" zülal siniflərinin qıvrımları, paralel β-təbəqələrə malik olmasına baxmayaraq, SS β-sarmaldan fərqli amin turşusu tərkibinə malikdir. Şəkil 7 göstərir ki, "bütün-β" zülal sinfinin qıvrımları üçün qrafiklər geniş yayılmışdır və SS β-sarmal süjeti qrafikin mərkəzindədir. Qalıq fraksiyaları (f βbur VIL) tamamilə paralel β-təbəqələri olan üç qıvrımdan da geniş yayılmışdır (51.4, 47.2 və 42.7%).

        Bu nəticələr göstərir ki, Şəkil 7 və 8-də tapılan korrelyasiya β-vərəqlərin növləri ilə izah edilə bilməz. Nəticə etibarı ilə biz düşünürük ki, meyllər β vərəqlərin növlərindən asılı deyil.

        Məlumat bazasının möhkəmliyi

        Nəticələrimizin möhkəmliyini 1500-dən çox qalıq və 2000-dən az qalıqdan ibarət verilənlər toplusundan istifadə edərək yoxladıq ki, bu da bu işdə α-sarmal üçün altı qat və β-tellər üçün səkkiz qat istifadə olunan verilənlər bazasına daxil edilmir. Β-tellər üçün, basdırılmış qalıqlar üçün də güclü korrelyasiyalar müşahidə edilmişdir (R.WYQS-VIL = −0,81) və məruz qalmış qalıqlar üçün (RİLEKR-STN = -0.78). Basdırılmış qalıqlar üçün güclü korrelyasiya yoxdur (RWYQS-VIL = -0.64) və açıq qalıqlar üçün (RİLEKR-STN = −0.48) α-sarmallarda. Bu nəticələr, 2000 -dən çox qalıq olan verilənlər bazası üçün əldə edilənlərlə eynidir. Buna görə də, burada təqdim olunan nəticələr verilənlər bazası seçimindən müstəqil görünür.


        7 -ci hissə: Müstəqil suallar və cavablar

        Sual 1: Aşağıdakı amin turşularından hansı təbii olaraq R konfiqurasiyasında olur?

        Sual 2: Niyə hidrofobik qalıqlar tez-tez zülalın daxili hissəsində olur?

        A) Sistemin entropiyasını aşağı salırlar

        B) Çox vaxt hidrofilik qalıqlardan daha az həcmlidirlər

        C) Van der Waals qarşılıqlı təsirləri hidrogen bağlarından daha güclüdür

        D) Solvasiya təbəqəsi hidrofil qalıqların yanında az düzülür

        Sual 3: Bunlardan hansı ilkin struktur qarşılıqlı təsir formasıdır?

        C) Protein onurğasının N-H və C = O arasındakı qarşılıqlı təsirlər

        D) Hidrofobik qarşılıqlı təsirlər

        Sual 4: Tədqiqatçılar təkrarlanan ardıcıllıqla A-Q-E-K-K olan sayta polipeptid inhibitoru hazırlamağa ümid edirlər. Bu inhibitor ardıcıllıqlardan hansının uğur qazanması daha çox ehtimal olunur?

        Sual 5: Aşağıdakılardan hansı peptid bağı hidrolizinin nəticəsini ən yaxşı təsvir edir?

        A) Bir amin turşusunun amin qrupu digər amin turşusunun karboksil qrupuna hücum edir

        B) Su molekulu məhlula salınır

        C) Amid qrupundan karboksilat qrupu və amin qrupu əmələ gəlir

        D) Zülal denatürasiya olunub

        Müstəqil suallara cavablar

        Cavab seçimi B doğrudur. R- və S-konfiqurasiyası amin turşusunun alfa karbonunda xirallığa aiddir. Bütün yan zəncirlərin prioritet sıralamasına görə, 19 şiral amin turşusunun hamısı sistein istisna olmaqla S-konfiqurasiyasındadır. Bu, sistein molekulundakı tiol yan zəncirinin R-konfiqurasiyasına çevrilməsi ilə bağlıdır (B seçimi düzgündür). Qlisin istisna olmaqla bütün digər amin turşuları S-konfiqurasiyasında olur (A, C və D seçimləri səhvdir).

        Cavab D seçimi düzgündür. Termodinamik nöqteyi-nəzərdən, yaxınlıqdakı hidrofobik qalıqlar yaxınlıqda olduqda, həlledici təbəqə daha nizamlıdır, çünki hidrogen bağlarını yaratmağın mümkün yolları daha azdır (D seçimi düzgündür). Hidrogen bağları van der Waals qarşılıqlı təsirlərindən daha güclüdür və polar olmayan qalıqlar hidrogen bağına qatıla bilməz (C seçimi səhvdir). Hidrofobik qalıqların lokallaşdırılması, əslində entropiya ilə müqayisədə həcmlə daha az əlaqəyə malikdir, aspartat və glutamat kimi bəzi hidrofilik zəncirlər kifayət qədər həcmlidir (seçim B yanlışdır). Hidrofobik qalıqlar, daxili deyil, zülalın xarici tərəfində olduqda sistemin entropiyasını azaldır (A seçimi səhvdir).

        Cavab seçimi B doğrudur. Peptid bağları amin turşuları arasında əmələ gəlir və buna görə də bir proteinin əsas quruluşundan ibarətdir (B seçimi düzgündür). Protein onurğasının N-H və C = O qrupları arasındakı qarşılıqlı təsir alfa sarmalları və beta təbəqələri, ikincil quruluş formaları meydana gətirir (C seçimi səhvdir). Üçüncü quruluş, kürə zülallarına forma verir və hidrofob yan zəncirlər də daxil olmaqla, amin turşularının yan zəncirləri arasındakı qarşılıqlı təsirdən yaranır (D seçimi səhvdir). Sistein qalıqları arasındakı disulfid bağlarının həm üçüncül quruluşa, həm də dördüncü quruluşa qatqı təmin etdiyi aşkar edilmişdir (seçim A səhvdir).

        Cavab D seçimi düzgündür. İnhibitor və sayt arasındakı cazibəni maksimuma çatdırmaq üçün iki ardıcıllıq oxşar cazibədarlıqlar nümayiş etdirməlidir. Alanin-glutamin-glutamat-lizin-lizinin təkrarlanan ardıcıllığı olan katalitik sahə, polar olmayan-qütb-asidik-bazik-əsas qalıqlara malikdir. Nəticədə, arzu olunan inhibitor olmalıdır: qeyri-polyar-əsas-turşu-turşu qalıqları qeyri-polyar qalıqlar arasında hidrofobik qarşılıqlı əlaqəni və turşu və əsas qalıqlar arasında ion cazibələrini maksimuma çatdırmaq üçün (seçim D düzgündür). Alanini 4-cü və 5-ci mövqelərə yerləşdirmək lizinlə zəif qarşılıqlı əlaqə ilə nəticələnəcək (seçim A yanlışdır). Turşu qalığının 1-ci mövqeyə yerləşdirilməsi qeyri-polar alaninlə zəif qarşılıqlı təsirlərə səbəb olacaq (seçim B yanlışdır). Triptofan yüklənmiş bir qalıq deyil və buna görə də glutamatla yaxşı birləşməyəcək (C seçimi səhvdir).

        Cavab seçimi C düzgündür. Peptid bağları nukleofilik hücum nəticəsində əmələ gəlir (seçim A yanlışdır). Peptid bağının əmələ gəlməsi də susuzlaşdırma və ya bir su molekulunun sərbəst buraxılması ilə nəticələnir (seçim B yanlışdır). Denaturasiya, birincil quruluşdan çox ikincili, üçüncül və dördüncü quruluşlar pozulduqda meydana gəlir (seçim D yanlışdır).


        Videoya baxın: Çiləyirəm, bitkiləri çiləyirəm.. Və bu parazitlər ölmür! Niyə? (Dekabr 2022).