TIN SINH HỌC P46
Chia sẻ bởi Võ Phương Thảo |
Ngày 23/10/2018 |
49
Chia sẻ tài liệu: TIN SINH HỌC P46 thuộc Bài giảng khác
Nội dung tài liệu:
PHẦN 6
GIỚI THIỆU VỀ CẤU TRÚC PRÔTÊIN
ĐỖ NHẬT QUỲNH
Sinh học thực nghiệm – k14
6.1. Chức năng của protein
Protein đóng vai trò quan trọng trong quá trình sinh học. Nó có thể thực hiện nhiều nhiệm vụ lớn. Enzym xúc tác tập hợp các phản ứng hóa học được gọi chung là cuộc sống. Những phản ứng hóa học mặt khác theo quy định của protein, mà hành động một cách trực tiếp bởi các thành phần của các enzym hoặc gián tiếp trong các hình thức truyền tin hóa học, hoặc các thụ thể của nó. Nó tham gia vào việc vận chuyển và lưu trữ các chất sinh học quan trọng như các ion kim loại, ôxy, glucose, chất béo, và các phân tử khác.
Protein như Rhodopsin trong võng mạc của mắt của bạn, có được thông tin cảm giác đó là xử lý thông qua các hành động của các protein tế bào thần kinh. Các protein của hệ miễn dịch, chẳng hạn như các globulin miễn dịch, tạo thành một hệ thống phòng thủ sinh học quan trọng ở động vật bậc cao.
6.2. Cấu trúc của protein
Chức năng Protein chỉ có thể được hiểu trong mối quan hệ với cấu trúc của protein. Điều đó có nghĩa là cấu trúc của một protein xác định chức năng sinh hóa của nó. Để xác định và phân loại cấu trúc protein được biết đến và nó đã đươc tìm thấy hữu ích để mô tả cấu trúc của protein với bốn cấp, đó là:
• Cấu trúc bậc 1: là chuỗi acid amin của các chuỗi protein polypeptide.
Bậc 1
• Cấu trúc bậc 2: là sự sắp xếp không gian xung quanh của các nguyên tử polypeptide xương sống mà không liên quan đến hình thể chuỗi phụ của nó.
Bậc 2
• Cấu trúc bậc 3: là sự sắp xếp tổng thể các yếu tố cấu trúc bậc 2.
Bậc 3
• Cấu trúc bậc 4: là sự sắp xếp của các chuỗi polypeptide.
Bậc 4
6.2.1. Cấu trúc bậc 1
Protein là polimer tuyến tính của 20 axit amin khác nhau nối lại với nhau qua liên kết cộng hóa trị, gọi là chuỗi polipeptide. Thứ tự các axit amin được gọi là chuỗi axit amin.Các trình tự của tất cả các chuỗi polypeptide của protein được xác định như cấu trúc bậc 1.
6.2.2. Cấu trúc bậc 2
Có 3 kiểu phổ biến của cấu trúc bậc 2 trong các protein, cụ thể là xoắn α , nếp gấp β và quay. Tất cả các phần còn lại không thể phân loại vào một trong 3 kiểu này thường được gọi là cuộn dây ngẫu nhiên. Ngoài những yếu tố phổ biến của cấu trúc bậc 2, một số yếu tố khác đã được đề xướng. Tuy nhiên chúng chỉ chiếm một phần nhỏ và không thể là một nguyên tắc cấu trúc chung cho protein. Để phân biệt các mô hình cấu trúc, người ta phải điều tra hình học của xương sống peptide.
Hình 6.1: peptide liên kết trong các protein
Như bạn có thể nhìn thấy từ hình 6.1 có 3 gốc xoắn chính trong xương sống. Chúng được gọi là phi, psi và omega. Vì một phần liên kết đôi của liên kết amin, omega thường bằng 1800. Sự hình thành của các yếu tố cấu trúc bậc 2 được thực hiện bằng cách thay đổi góc phi và psi. Không phải mọi sự kết hợp giữa phi và psi đều xảy ra trong tự nhiên.
Hình 6-2: Các loại xoắn khác nhau xảy ra trong protein
Mô hình cấu trúc bậc 2 nổi bậc nhất là xoắn. Có 3 kiểu xoắn được biết đến xảy ra trong các protein tự nhiên, xoắn 310, xoắn α và xoắn π .Kiểu xoắn phổ biến nhất là xoắn α. Cấu trúc của nó lặp đi lặp lại chính nó 5,4Ă dọc theo trục xoắn, vùng xoắn α có 3,6 gốc amino axit chiều cao tương ứng là 5,4Ă. Sự bền vững của cấu trúc xoắn α bắt nguồn từ các kiên kết hidro của xương sống giữa nhóm C=O và nhóm N-H. Các chuỗi bên điểm ra ngoài trục xoắn và nói chung là hướng về phía cuối amino.
Hình 6-3: song song và antiparallel tấm beta pleated.
Trong phiến gấp β Không song song, lân cận các chuỗi hidro ngoại quan chạy theo hướng ngược nhau và trong phiến gấp β song song, các chuỗi hidro chạy cùng hướng.
Mô hình cấu trúc thứ 3 được xác định là quay. Các kiểu phổ biến nhất của mô hình này là quay kiểu I và kiểu II. Chúng bao gồm 4 axit amin tạo thành một vòng quay 1800 của xương sống. Cấu trúc này ổn định bởi liên kết hidro giữa axit amin đầu tiên và axit amin cuối cùng. Hai kiểu này khác nhau về sự sắp xếp của các axit amin tức là giá trị của phi và psi giữa axit amin i+1 và i+2.
Hình 7-4: Hai loại kiểu quay phổ biến: loại I và loại II
6.3 Protein cấu trúc và chức năng: Một cách tiếp cận thực tế
Sau khi cô lập protein mới sẽ không biết được cấu trúc ba chiều của nó. Những gì người ta sẽ biết được là các tính chất hóa học và cấu trúc bâc 1, tức là trình tự. Chỉ điều đó ta cũng có thể biết được về chức năng của protein.
Tầm quan trọng về cấu trúc protein xuất phát từ hai yếu tố hợp tác cùng nhau. Đầu tiên trong số này là chức năng của protein hoàn toàn phụ thuộc vào cấu trúc của nó. Trong thực tế, một trong những cách phổ biến nhất là protein để mất chức năng của nó, được gọi là biến tính, tức là mất cấu trúc không gian ban đầu của nó,
6.4. Xác định và trực quan của cấu trúc protein
6.4.1. Nguồn gốc và hạn chế của cấu trúc dữ liệu 3D
Thông tin về cấu trúc 3-D của các đại phân tử sinh học có thể được tìm thấy trong các dữ liệu Ngân hàng Protein (www.pdb.org). Hầu hết các cấu trúc dữ liệu trong cơ sở dữ liệu PDB đã thu được bằng một trong ba phương pháp: x-ray tinh thể (trên 80%), giải pháp cộng hưởng từ hạt nhân (NMR) (khoảng 16%).
ví dụ do nhiệt hoặc căng thẳng cơ học, chỉ có protein hoàn toàn và đúng cách gấp "làm việc". Yếu tố thứ hai là đặc biệt khó khăn để xác định cấu trúc của protein thực nghiệm. Nhưng ngày này, cấu trúc cơ bản của nhiều trình tự đã được xác định (hơn 100.000). Ngược lại, cấu trúc bậc 3 chỉ có khoảng 1000 protein đã được xác định. Rõ ràng, nó sẽ có giá trị tuyệt vời nếu cấu trúc bậc 3 có thể được xác định từ cấu trúc bậc 1.
Bảng 6-1: Danh sách các PDB Holdings (04-May-2006)
Hình 6-5: Số lượng cơ cấu tìm kiếm được mỗi năm trong PDB (04-May-2006)
Việc đầu tiên hai là phương pháp thực nghiệm. Kết quả thực nghiệm của các phương pháp thí nghiệm mô tả chính xác cấu trúc 3D của phân tử .Trong đó các phép đo được thực hiện. Kết tinh đôi khi bóp méo các phần của một cấu trúc do liên lạc giữa các phân tử lân cận trong tinh thể. Tuy nhiên, các tinh thể protein như được sử dụng cho nghiên cứu nhiễu xạ được đánh giá cao ngậm nước nên các cấu trúc xác định từ tinh thể không có nhiều khác nhau từ các cấu trúc của các protein hòa tan trong dung dịch nước. Một số phân tử đã được nghiên cứu cả của tinh thể và giải pháp NMR, và trong những trường hợp các thỏa thuận đã được thể giải quyết các vị trí của các nguyên tử hydro hoặc nitơ phân biệt đáng tin cậy từ oxy từ carbon. Điều này có nghĩa rằng bản sắc hóa học của phía chuỗi nguyên tử đầu cuối là không chắc chắn cho Asp, GLN và Thr và thường được suy ra từ môi trường protein của chuỗi bên
6.4.2 X- quang tinh thể
Có một số trở ngại thử nghiệm phải được vượt qua trước khi các cấu trúc 3D của các đại phân tử có thể được xác định bằng nhiễu xạ tia X từ các tinh thể. Trước tiên, phân tử này phải được kết tinh, và các tinh thể phải là số ít (không phải 2 hoặc nhiều hơn bị dính với nhau) và có chất lượng hoàn hảo. Vô số những nỗ lực để xác định cấu trúc phân tử đã thất bại ở giai đoạn này. Protein kết tinh như một nghệ thuật nhiều như một khoa học. Nhiều phân tử quan trọng vắng mặt từ các PDB vì những nỗ lực để sản xuất tinh thể phù hợp không thành công. Các phân tử với các phần kỵ nước cao thường không có thể được kết tinh, mặc dù trong một vài trường hợp tinh thể đã được đạt được trong sự hiện diện của chất tẩy rửa.
Giải quyết các "vấn đề giai đoạn" là trở ngại thứ hai. Một giải pháp cho vấn đề giai đoạn liên quan đến việc sử dụng bức xạ synchrotron nhiều ở các bước sóng. Điều này có rất nhiều đẩy nhanh tốc độ giải quyết các cấu trúc tinh thể. Một mô tả đầy đủ của mỗi phản ánh cường độ, vị trí và giai đoạn được gọi là một "yếu tố cấu trúc".Cơ cấu yếu tố tập tin dữ liệu có sẵn tại PDB khoảng 25% các mục tinh thể. Xuất bản các yếu tố cấu trúc cho phép những người khác để tạo ra và kiểm tra các bản đồ mật độ điện tử, hoặc cố gắng sàng lọc thay thế hoặc các phương pháp loại bỏ dần.
Các điện tử của các phân tử trong nhiễu xạ tinh thể X-quang, vì vậy kết quả của sự kết tinh thành công và giải pháp của vấn đề giai đoạn là một hình ảnh 3D của các đám mây electron của phân tử (một bản đồ mật độ điện tử). Một diễn giải hình ảnh này bằng cách xây dựng một mô hình của các protein để phù hợp với bản đồ. Một mô hình phân tử của chuỗi các axit amin, nucleotide, mà phải được biết đến độc lập, sau đó được gắn vào bản đồ mật độ điện tử, và một loạt các cải tiến được thực hiện. Kết quả là một tập hợp X, Y, Z Cartesian tọa độ cho mỗi nguyên tử hydro trong phân tử.
Một tính chất quan trọng của mô hình cuối cùng là độ phân giải của nó. Tính trung bình, sự không chắc chắn về vị trí của một nguyên tử là khoảng 1 / 5 một phần mười của độ phân giải cho cao chất lượng dữ liệu (R-yếu tố 0,20 hoặc ít hơn). Giá trị số nhỏ cho độ phân giải có nghĩa là không chắc chắn nhỏ, do đó độ phân giải tốt, giá trị lớn hơn có nghĩa là độ phân giải kém. Ví dụ, 5,0 Å độ phân giải khá nghèo protein, 2,5 Å giải quyết vị trí hơn nguyên tử một cách chắc chắn hơn, và 1,2 Å là độ phân giải cao cho một protein, nơi mà các nguyên tử hydro có thể bắt đầu được nhận thức. .
Khi cấu trúc tinh thể lắng đọng trong PDB, các tập tin phối hợp chính thường có một đơn vị bất đối xứng - một khái niệm đã áp dụng duy nhất để tinh thể nhưng quan trọng là phải hiểu làm thế nào để có được những phân tử sinh học chức năng.
Hình 6-6: đơn vị không đối xứng tinh thể
Các đơn vị không đối xứng được sử dụng bởi các crystallographer để tinh chỉnh cấu trúc đối với dữ liệu thử nghiệm và không nhất thiết phải đại diện cho một phân tử sinh học chức năng .
Một đơn vị không đối xứng có thể bao gồm:
• Một sinh học phân tử
• Một phần của một phân tử sinh học
• Nhiều sinh học phân tử
.Các phân tử sinh học (còn được gọi là một đơn vị sinh học) là đại phân tử đã được chứng minh hoặc được cho là chức năng. Ví dụ, các phân tử hemoglobin chức năng có bốn chuỗi protein (alpha-beta dimers). Tùy thuộc vào đơn vị không đối xứng, không gian nhóm hoạt động đối xứng bao gồm của một trong hai phép quay hoặc bản dịch phải được thực hiện theo thứ tự để có được những đơn vị sinh học hoàn chỉnh. Tuy nhiên, nếu đơn vị không đối xứng có chứa nhiều phân tử sinh học, sau đó một bản có thể được lựa chọn.
Hình 6-7: đơn vị sinh học của Haemoglobin
6.4.3 cộng hưởng từ hạt nhân (NMR)
Cộng hưởng từ hạt nhân (NMR) là một hiện tượng vật lý dựa trên tài sản từ của hạt nhân nguyên tử. NMR nghiên cứu một hạt nhân từ, như của một nguyên tử hydro, bằng cách sắp xếp nó với một từ trường bên ngoài và nhiễu loạn này liên kết bằng cách sử dụng một trường điện từ. Đáp ứng với các lĩnh vực (gây nhiễu), là những gì được khai thác trong quang phổ NMR và hình ảnh cộng hưởng từ. Hạt nhân được bao quanh bởi các electron quay xung quanh, mà cũng quay các hạt tích điện [tức là nam châm] và do đó một phần lá chắn hạt nhân. Số lượng che chắn phụ thuộc vào bộ phận xung quanh chính xác. Ví dụ, một hydro liên kết với oxy sẽ được bảo vệ khác với một hydro ngoại quan đến một nguyên tử carbon. Ngoài ra, hai hạt nhân hydrogen có thể tương tác thông qua một quá trình được gọi là khớp nối quay spin-nếu chúng đang ở trên cùng một phân tử, mà sẽ phân chia các dòng của quang phổ trong một cách nhận biết. Bằng cách nghiên cứu các đỉnh của NMR quang phổ,
6.4.4 Protein kiến trúc cơ sở dữ liệu
Cath (http://www.biochem.ucl.ac.uk/bsm/cath_new/index.html) là một phân loại thứ bậc của các cấu trúc protein trong ngân hàng dữ liệu protein Brookhaven. Cụm protein ở bốn cấp độ lớn, Class (C), Kiến trúc (A), Cấu trúc liên kết (T) và họ chất tương đồng (H) [Orengo, CA, Michie, AD, Jones, S., Jones, DT, Swindells, MB,Thornton, JM (1997) Cơ cấu. Vol 5. Không 8. p.1093-1108]. .
Lớp: được xác định theo thành phần cấu trúc thứ cấp và đóng gói bên trong cấu trúc. Nó có thể được gán tự động cho hơn 90% cấu trúc được biết đến bằng cách sử dụng các phương pháp của Michie et al. (1996). Đối với phần còn lại, kiểm tra thủ công được sử dụng và thông tin cần thiết từ tài liệu đưa vào tài khoản. Ba loại chính được công nhận: chủ yếu-alpha, beta và alpha-beta. Trong đó lớp cuối cùng (alpha-beta) bao gồm cả cấu trúc xen kẽ alpha / beta và alpha + beta cấu trúc, như ban đầu được xác định bởi Levitt và Chothia (1976). Một lớp thứ tư cũng được xác định, trong đó có lĩnh vực protein, trong với nội dung cấu trúc thứ cấp thấp.
• Trình tự nhận dạng >= 35%, 60% tương đương với cấu trúc lớn nhỏ
SSAP số điểm> = 80,0 và bản sắc thứ tự> = 20, 60% cấu trúc lớn hơn tương đương với nhỏ hơn.
• SSAP số điểm> = 80,0, 60% cấu trúc lớn hơn tương đương với nhỏ hơn, và các lĩnh vực, trong đó có chức năng liên quan.
Cấu trúc bên trong mỗi cấp độ-H được tiếp tục nhóm dựa trên chuỗi nhận dạng. Lĩnh vực được nhóm vào cùng một gia đình thứ tự có những nhận dạng chuỗi> 35% (với ít nhất là 60% lĩnh vực tương đương nhỏ hơn), cho thấy cấu trúc rất giống.
Cơ sở dữ liệu SCOP (Phân loại cấu trúc của protein, http://scop.mrc -lmb.cam.ac.uk/scop/) nhằm mục đích cung cấp mô tả một cách chi tiết và toàn diện về mối quan hệ cấu trúc và tiến hóa giữa tất cả các protein có cấu trúc được biết đến, bao gồm tất cả các mục trong dữ liệu Protein Ngân hàng [AG Murzin, Brenner SE, Hubbard T., Chothia C. (1995) J. Mol. Biol. 247, 536-540]. Nó có sẵn như một tài liệu siêu văn bản liên kết chăt chẻ làm cho cơ sở dữ liệu lớn dễ hiểu và dễ tiếp cận. .
.
Protein được phân loại để phản ánh cả hai quan hệ cấu trúc và tiến hóa. Nhiều cấp độ tồn tại trong hệ thống phân cấp, nhưng các cấp chính là gia đình, họ chất và gấp, mô tả dưới đây. Các vị trí chính xác ranh giới giữa các cấp ở một mức độ chủ quan. Phân loại tiến hóa của chúng tôi là bảo thủ: nơi mà bất cứ nghi ngờ về quan hệ tồn tại, bộ phận mới tại gia đình và mức độ siêu họ đã được thực hiện. Như vậy, một số nhà nghiên cứu có thể thích để tập trung vào mức độ cao hơn của cây phân loại, protein với cấu trúc tương tự như nhóm. Các mức khác nhau trong hệ thống phân cấp là:
Siêu họ (có thể xảy ra nguồn gốc tiến hóa chung): Protein có những bản sắc chuỗi thấp, nhưng có tính năng cấu trúc và chức năng cho rằng một nguồn gốc tiến hóa thông thường là có thể xảy ra được đặt cùng trong superfamilies. Ví dụ, actin, miền ATPase của các protein sốc nhiệt, và hexakinase với nhau tạo thành một hợp chất. Fold (tương tự như cấu trúc chính): Protein được xác định là có một lần phổ biến nếu họ có cùng một cấu trúc thứ cấp lớn trong việc bố trí giống nhau và với các kết nối cùng một topo. Các protein khác nhau với cùng một lần thường có những yếu tố ngoại vi của cấu trúc thứ cấp và biến khu vực khác nhau về kích thước và cấu tạo.Trong một số trường hợp, những khu vực ngoại vi khác nhau có thể bao gồm một nửa cấu trúc. Protein được đặt cùng nhau trong cùng một thể loại lần có thể không có một nguồn gốc tiến hóa phổ biến: những điểm tương đồng về cấu trúc có thể phát sinh từ vật lý và hóa học của protein ưu sắp xếp một số bao bì và chuỗi cấu trúc liên kết.
6.5. Protein giao cấu trúc thứ cấp
Chương trình DSSP [Kabsch, W. và Sander, C. Biopolymers 22, 2577-2637 (1983)] định nghĩa cấu trúc thứ cấp, các tính năng hình học và tiếp xúc với dung môi của các protein, được tọa độ nguyên tử ở định dạng ngân hàng dữ liệu protein.Chương trình không dự đoán cấu trúc protein. Cấu trúc thứ cấp được phân công dựa trên mô hình liên kết hydro và ký hiệu trong các tập tin đầu ra với một từ viết tắt một bức thư:
• G = 3-lần lượt xoắn (3_10 xoắn). Min chiều dài 3 dư lượng.
• H = 4-biến xoắn (xoắn alpha). Min chiều dài 4 dư lượng.
• I = 5-turn xoắn (xoắn pi). Min chiều dài 5 dư lượng.
• T = hydro ngoại quan lần lượt (3,4hoặcbật5).
• E = song song và / hoặc tấm beta chống song song. Min chiều dài 2 dư lượng.
• B = dư lượng beta-cầu bị cô lập (beta cặp duy nhất tờ trái phiếu hình thành hydrogen).
• S = uốn cong (không kết hydro chỉ dựa trên giao).
1Cấu trúc tinh thể và quyết tâm của họ :
http://ruppweb.dyndns.org/Xray/101index.html
http://www.usm.maine.edu/ ~ rhodes / ModQual / index.html
Cộng hưởng từ hạt nhân (NMR)
http://www.shu.ac.uk/schools/sci/chem/tutorials/molspec/nmr1.htm
http://vam.anest.ufl.edu/forensic/nmr.html
Cơ sở dữ liệu:
PDB: http://www.pdb.org
Cath: http://www.biochem.ucl.ac.uk/bsm/cath/
SCOP: http://scop.berkeley.edu/
Trung cấu trúc:
Máy chủ DSSP: http://bioweb.pasteur.fr/seqanal/interfaces/dssp-simple.html
Stride: Server: http://bioweb.pasteur.fr/seqanal/interfaces/stride-simple.html
Insulin
XIN CHÂN THÀNH CẢM ƠN
Đỗ Nhật Quỳnh – SHTN- K19
GIỚI THIỆU VỀ CẤU TRÚC PRÔTÊIN
ĐỖ NHẬT QUỲNH
Sinh học thực nghiệm – k14
6.1. Chức năng của protein
Protein đóng vai trò quan trọng trong quá trình sinh học. Nó có thể thực hiện nhiều nhiệm vụ lớn. Enzym xúc tác tập hợp các phản ứng hóa học được gọi chung là cuộc sống. Những phản ứng hóa học mặt khác theo quy định của protein, mà hành động một cách trực tiếp bởi các thành phần của các enzym hoặc gián tiếp trong các hình thức truyền tin hóa học, hoặc các thụ thể của nó. Nó tham gia vào việc vận chuyển và lưu trữ các chất sinh học quan trọng như các ion kim loại, ôxy, glucose, chất béo, và các phân tử khác.
Protein như Rhodopsin trong võng mạc của mắt của bạn, có được thông tin cảm giác đó là xử lý thông qua các hành động của các protein tế bào thần kinh. Các protein của hệ miễn dịch, chẳng hạn như các globulin miễn dịch, tạo thành một hệ thống phòng thủ sinh học quan trọng ở động vật bậc cao.
6.2. Cấu trúc của protein
Chức năng Protein chỉ có thể được hiểu trong mối quan hệ với cấu trúc của protein. Điều đó có nghĩa là cấu trúc của một protein xác định chức năng sinh hóa của nó. Để xác định và phân loại cấu trúc protein được biết đến và nó đã đươc tìm thấy hữu ích để mô tả cấu trúc của protein với bốn cấp, đó là:
• Cấu trúc bậc 1: là chuỗi acid amin của các chuỗi protein polypeptide.
Bậc 1
• Cấu trúc bậc 2: là sự sắp xếp không gian xung quanh của các nguyên tử polypeptide xương sống mà không liên quan đến hình thể chuỗi phụ của nó.
Bậc 2
• Cấu trúc bậc 3: là sự sắp xếp tổng thể các yếu tố cấu trúc bậc 2.
Bậc 3
• Cấu trúc bậc 4: là sự sắp xếp của các chuỗi polypeptide.
Bậc 4
6.2.1. Cấu trúc bậc 1
Protein là polimer tuyến tính của 20 axit amin khác nhau nối lại với nhau qua liên kết cộng hóa trị, gọi là chuỗi polipeptide. Thứ tự các axit amin được gọi là chuỗi axit amin.Các trình tự của tất cả các chuỗi polypeptide của protein được xác định như cấu trúc bậc 1.
6.2.2. Cấu trúc bậc 2
Có 3 kiểu phổ biến của cấu trúc bậc 2 trong các protein, cụ thể là xoắn α , nếp gấp β và quay. Tất cả các phần còn lại không thể phân loại vào một trong 3 kiểu này thường được gọi là cuộn dây ngẫu nhiên. Ngoài những yếu tố phổ biến của cấu trúc bậc 2, một số yếu tố khác đã được đề xướng. Tuy nhiên chúng chỉ chiếm một phần nhỏ và không thể là một nguyên tắc cấu trúc chung cho protein. Để phân biệt các mô hình cấu trúc, người ta phải điều tra hình học của xương sống peptide.
Hình 6.1: peptide liên kết trong các protein
Như bạn có thể nhìn thấy từ hình 6.1 có 3 gốc xoắn chính trong xương sống. Chúng được gọi là phi, psi và omega. Vì một phần liên kết đôi của liên kết amin, omega thường bằng 1800. Sự hình thành của các yếu tố cấu trúc bậc 2 được thực hiện bằng cách thay đổi góc phi và psi. Không phải mọi sự kết hợp giữa phi và psi đều xảy ra trong tự nhiên.
Hình 6-2: Các loại xoắn khác nhau xảy ra trong protein
Mô hình cấu trúc bậc 2 nổi bậc nhất là xoắn. Có 3 kiểu xoắn được biết đến xảy ra trong các protein tự nhiên, xoắn 310, xoắn α và xoắn π .Kiểu xoắn phổ biến nhất là xoắn α. Cấu trúc của nó lặp đi lặp lại chính nó 5,4Ă dọc theo trục xoắn, vùng xoắn α có 3,6 gốc amino axit chiều cao tương ứng là 5,4Ă. Sự bền vững của cấu trúc xoắn α bắt nguồn từ các kiên kết hidro của xương sống giữa nhóm C=O và nhóm N-H. Các chuỗi bên điểm ra ngoài trục xoắn và nói chung là hướng về phía cuối amino.
Hình 6-3: song song và antiparallel tấm beta pleated.
Trong phiến gấp β Không song song, lân cận các chuỗi hidro ngoại quan chạy theo hướng ngược nhau và trong phiến gấp β song song, các chuỗi hidro chạy cùng hướng.
Mô hình cấu trúc thứ 3 được xác định là quay. Các kiểu phổ biến nhất của mô hình này là quay kiểu I và kiểu II. Chúng bao gồm 4 axit amin tạo thành một vòng quay 1800 của xương sống. Cấu trúc này ổn định bởi liên kết hidro giữa axit amin đầu tiên và axit amin cuối cùng. Hai kiểu này khác nhau về sự sắp xếp của các axit amin tức là giá trị của phi và psi giữa axit amin i+1 và i+2.
Hình 7-4: Hai loại kiểu quay phổ biến: loại I và loại II
6.3 Protein cấu trúc và chức năng: Một cách tiếp cận thực tế
Sau khi cô lập protein mới sẽ không biết được cấu trúc ba chiều của nó. Những gì người ta sẽ biết được là các tính chất hóa học và cấu trúc bâc 1, tức là trình tự. Chỉ điều đó ta cũng có thể biết được về chức năng của protein.
Tầm quan trọng về cấu trúc protein xuất phát từ hai yếu tố hợp tác cùng nhau. Đầu tiên trong số này là chức năng của protein hoàn toàn phụ thuộc vào cấu trúc của nó. Trong thực tế, một trong những cách phổ biến nhất là protein để mất chức năng của nó, được gọi là biến tính, tức là mất cấu trúc không gian ban đầu của nó,
6.4. Xác định và trực quan của cấu trúc protein
6.4.1. Nguồn gốc và hạn chế của cấu trúc dữ liệu 3D
Thông tin về cấu trúc 3-D của các đại phân tử sinh học có thể được tìm thấy trong các dữ liệu Ngân hàng Protein (www.pdb.org). Hầu hết các cấu trúc dữ liệu trong cơ sở dữ liệu PDB đã thu được bằng một trong ba phương pháp: x-ray tinh thể (trên 80%), giải pháp cộng hưởng từ hạt nhân (NMR) (khoảng 16%).
ví dụ do nhiệt hoặc căng thẳng cơ học, chỉ có protein hoàn toàn và đúng cách gấp "làm việc". Yếu tố thứ hai là đặc biệt khó khăn để xác định cấu trúc của protein thực nghiệm. Nhưng ngày này, cấu trúc cơ bản của nhiều trình tự đã được xác định (hơn 100.000). Ngược lại, cấu trúc bậc 3 chỉ có khoảng 1000 protein đã được xác định. Rõ ràng, nó sẽ có giá trị tuyệt vời nếu cấu trúc bậc 3 có thể được xác định từ cấu trúc bậc 1.
Bảng 6-1: Danh sách các PDB Holdings (04-May-2006)
Hình 6-5: Số lượng cơ cấu tìm kiếm được mỗi năm trong PDB (04-May-2006)
Việc đầu tiên hai là phương pháp thực nghiệm. Kết quả thực nghiệm của các phương pháp thí nghiệm mô tả chính xác cấu trúc 3D của phân tử .Trong đó các phép đo được thực hiện. Kết tinh đôi khi bóp méo các phần của một cấu trúc do liên lạc giữa các phân tử lân cận trong tinh thể. Tuy nhiên, các tinh thể protein như được sử dụng cho nghiên cứu nhiễu xạ được đánh giá cao ngậm nước nên các cấu trúc xác định từ tinh thể không có nhiều khác nhau từ các cấu trúc của các protein hòa tan trong dung dịch nước. Một số phân tử đã được nghiên cứu cả của tinh thể và giải pháp NMR, và trong những trường hợp các thỏa thuận đã được thể giải quyết các vị trí của các nguyên tử hydro hoặc nitơ phân biệt đáng tin cậy từ oxy từ carbon. Điều này có nghĩa rằng bản sắc hóa học của phía chuỗi nguyên tử đầu cuối là không chắc chắn cho Asp, GLN và Thr và thường được suy ra từ môi trường protein của chuỗi bên
6.4.2 X- quang tinh thể
Có một số trở ngại thử nghiệm phải được vượt qua trước khi các cấu trúc 3D của các đại phân tử có thể được xác định bằng nhiễu xạ tia X từ các tinh thể. Trước tiên, phân tử này phải được kết tinh, và các tinh thể phải là số ít (không phải 2 hoặc nhiều hơn bị dính với nhau) và có chất lượng hoàn hảo. Vô số những nỗ lực để xác định cấu trúc phân tử đã thất bại ở giai đoạn này. Protein kết tinh như một nghệ thuật nhiều như một khoa học. Nhiều phân tử quan trọng vắng mặt từ các PDB vì những nỗ lực để sản xuất tinh thể phù hợp không thành công. Các phân tử với các phần kỵ nước cao thường không có thể được kết tinh, mặc dù trong một vài trường hợp tinh thể đã được đạt được trong sự hiện diện của chất tẩy rửa.
Giải quyết các "vấn đề giai đoạn" là trở ngại thứ hai. Một giải pháp cho vấn đề giai đoạn liên quan đến việc sử dụng bức xạ synchrotron nhiều ở các bước sóng. Điều này có rất nhiều đẩy nhanh tốc độ giải quyết các cấu trúc tinh thể. Một mô tả đầy đủ của mỗi phản ánh cường độ, vị trí và giai đoạn được gọi là một "yếu tố cấu trúc".Cơ cấu yếu tố tập tin dữ liệu có sẵn tại PDB khoảng 25% các mục tinh thể. Xuất bản các yếu tố cấu trúc cho phép những người khác để tạo ra và kiểm tra các bản đồ mật độ điện tử, hoặc cố gắng sàng lọc thay thế hoặc các phương pháp loại bỏ dần.
Các điện tử của các phân tử trong nhiễu xạ tinh thể X-quang, vì vậy kết quả của sự kết tinh thành công và giải pháp của vấn đề giai đoạn là một hình ảnh 3D của các đám mây electron của phân tử (một bản đồ mật độ điện tử). Một diễn giải hình ảnh này bằng cách xây dựng một mô hình của các protein để phù hợp với bản đồ. Một mô hình phân tử của chuỗi các axit amin, nucleotide, mà phải được biết đến độc lập, sau đó được gắn vào bản đồ mật độ điện tử, và một loạt các cải tiến được thực hiện. Kết quả là một tập hợp X, Y, Z Cartesian tọa độ cho mỗi nguyên tử hydro trong phân tử.
Một tính chất quan trọng của mô hình cuối cùng là độ phân giải của nó. Tính trung bình, sự không chắc chắn về vị trí của một nguyên tử là khoảng 1 / 5 một phần mười của độ phân giải cho cao chất lượng dữ liệu (R-yếu tố 0,20 hoặc ít hơn). Giá trị số nhỏ cho độ phân giải có nghĩa là không chắc chắn nhỏ, do đó độ phân giải tốt, giá trị lớn hơn có nghĩa là độ phân giải kém. Ví dụ, 5,0 Å độ phân giải khá nghèo protein, 2,5 Å giải quyết vị trí hơn nguyên tử một cách chắc chắn hơn, và 1,2 Å là độ phân giải cao cho một protein, nơi mà các nguyên tử hydro có thể bắt đầu được nhận thức. .
Khi cấu trúc tinh thể lắng đọng trong PDB, các tập tin phối hợp chính thường có một đơn vị bất đối xứng - một khái niệm đã áp dụng duy nhất để tinh thể nhưng quan trọng là phải hiểu làm thế nào để có được những phân tử sinh học chức năng.
Hình 6-6: đơn vị không đối xứng tinh thể
Các đơn vị không đối xứng được sử dụng bởi các crystallographer để tinh chỉnh cấu trúc đối với dữ liệu thử nghiệm và không nhất thiết phải đại diện cho một phân tử sinh học chức năng .
Một đơn vị không đối xứng có thể bao gồm:
• Một sinh học phân tử
• Một phần của một phân tử sinh học
• Nhiều sinh học phân tử
.Các phân tử sinh học (còn được gọi là một đơn vị sinh học) là đại phân tử đã được chứng minh hoặc được cho là chức năng. Ví dụ, các phân tử hemoglobin chức năng có bốn chuỗi protein (alpha-beta dimers). Tùy thuộc vào đơn vị không đối xứng, không gian nhóm hoạt động đối xứng bao gồm của một trong hai phép quay hoặc bản dịch phải được thực hiện theo thứ tự để có được những đơn vị sinh học hoàn chỉnh. Tuy nhiên, nếu đơn vị không đối xứng có chứa nhiều phân tử sinh học, sau đó một bản có thể được lựa chọn.
Hình 6-7: đơn vị sinh học của Haemoglobin
6.4.3 cộng hưởng từ hạt nhân (NMR)
Cộng hưởng từ hạt nhân (NMR) là một hiện tượng vật lý dựa trên tài sản từ của hạt nhân nguyên tử. NMR nghiên cứu một hạt nhân từ, như của một nguyên tử hydro, bằng cách sắp xếp nó với một từ trường bên ngoài và nhiễu loạn này liên kết bằng cách sử dụng một trường điện từ. Đáp ứng với các lĩnh vực (gây nhiễu), là những gì được khai thác trong quang phổ NMR và hình ảnh cộng hưởng từ. Hạt nhân được bao quanh bởi các electron quay xung quanh, mà cũng quay các hạt tích điện [tức là nam châm] và do đó một phần lá chắn hạt nhân. Số lượng che chắn phụ thuộc vào bộ phận xung quanh chính xác. Ví dụ, một hydro liên kết với oxy sẽ được bảo vệ khác với một hydro ngoại quan đến một nguyên tử carbon. Ngoài ra, hai hạt nhân hydrogen có thể tương tác thông qua một quá trình được gọi là khớp nối quay spin-nếu chúng đang ở trên cùng một phân tử, mà sẽ phân chia các dòng của quang phổ trong một cách nhận biết. Bằng cách nghiên cứu các đỉnh của NMR quang phổ,
6.4.4 Protein kiến trúc cơ sở dữ liệu
Cath (http://www.biochem.ucl.ac.uk/bsm/cath_new/index.html) là một phân loại thứ bậc của các cấu trúc protein trong ngân hàng dữ liệu protein Brookhaven. Cụm protein ở bốn cấp độ lớn, Class (C), Kiến trúc (A), Cấu trúc liên kết (T) và họ chất tương đồng (H) [Orengo, CA, Michie, AD, Jones, S., Jones, DT, Swindells, MB,Thornton, JM (1997) Cơ cấu. Vol 5. Không 8. p.1093-1108]. .
Lớp: được xác định theo thành phần cấu trúc thứ cấp và đóng gói bên trong cấu trúc. Nó có thể được gán tự động cho hơn 90% cấu trúc được biết đến bằng cách sử dụng các phương pháp của Michie et al. (1996). Đối với phần còn lại, kiểm tra thủ công được sử dụng và thông tin cần thiết từ tài liệu đưa vào tài khoản. Ba loại chính được công nhận: chủ yếu-alpha, beta và alpha-beta. Trong đó lớp cuối cùng (alpha-beta) bao gồm cả cấu trúc xen kẽ alpha / beta và alpha + beta cấu trúc, như ban đầu được xác định bởi Levitt và Chothia (1976). Một lớp thứ tư cũng được xác định, trong đó có lĩnh vực protein, trong với nội dung cấu trúc thứ cấp thấp.
• Trình tự nhận dạng >= 35%, 60% tương đương với cấu trúc lớn nhỏ
SSAP số điểm> = 80,0 và bản sắc thứ tự> = 20, 60% cấu trúc lớn hơn tương đương với nhỏ hơn.
• SSAP số điểm> = 80,0, 60% cấu trúc lớn hơn tương đương với nhỏ hơn, và các lĩnh vực, trong đó có chức năng liên quan.
Cấu trúc bên trong mỗi cấp độ-H được tiếp tục nhóm dựa trên chuỗi nhận dạng. Lĩnh vực được nhóm vào cùng một gia đình thứ tự có những nhận dạng chuỗi> 35% (với ít nhất là 60% lĩnh vực tương đương nhỏ hơn), cho thấy cấu trúc rất giống.
Cơ sở dữ liệu SCOP (Phân loại cấu trúc của protein, http://scop.mrc -lmb.cam.ac.uk/scop/) nhằm mục đích cung cấp mô tả một cách chi tiết và toàn diện về mối quan hệ cấu trúc và tiến hóa giữa tất cả các protein có cấu trúc được biết đến, bao gồm tất cả các mục trong dữ liệu Protein Ngân hàng [AG Murzin, Brenner SE, Hubbard T., Chothia C. (1995) J. Mol. Biol. 247, 536-540]. Nó có sẵn như một tài liệu siêu văn bản liên kết chăt chẻ làm cho cơ sở dữ liệu lớn dễ hiểu và dễ tiếp cận. .
.
Protein được phân loại để phản ánh cả hai quan hệ cấu trúc và tiến hóa. Nhiều cấp độ tồn tại trong hệ thống phân cấp, nhưng các cấp chính là gia đình, họ chất và gấp, mô tả dưới đây. Các vị trí chính xác ranh giới giữa các cấp ở một mức độ chủ quan. Phân loại tiến hóa của chúng tôi là bảo thủ: nơi mà bất cứ nghi ngờ về quan hệ tồn tại, bộ phận mới tại gia đình và mức độ siêu họ đã được thực hiện. Như vậy, một số nhà nghiên cứu có thể thích để tập trung vào mức độ cao hơn của cây phân loại, protein với cấu trúc tương tự như nhóm. Các mức khác nhau trong hệ thống phân cấp là:
Siêu họ (có thể xảy ra nguồn gốc tiến hóa chung): Protein có những bản sắc chuỗi thấp, nhưng có tính năng cấu trúc và chức năng cho rằng một nguồn gốc tiến hóa thông thường là có thể xảy ra được đặt cùng trong superfamilies. Ví dụ, actin, miền ATPase của các protein sốc nhiệt, và hexakinase với nhau tạo thành một hợp chất. Fold (tương tự như cấu trúc chính): Protein được xác định là có một lần phổ biến nếu họ có cùng một cấu trúc thứ cấp lớn trong việc bố trí giống nhau và với các kết nối cùng một topo. Các protein khác nhau với cùng một lần thường có những yếu tố ngoại vi của cấu trúc thứ cấp và biến khu vực khác nhau về kích thước và cấu tạo.Trong một số trường hợp, những khu vực ngoại vi khác nhau có thể bao gồm một nửa cấu trúc. Protein được đặt cùng nhau trong cùng một thể loại lần có thể không có một nguồn gốc tiến hóa phổ biến: những điểm tương đồng về cấu trúc có thể phát sinh từ vật lý và hóa học của protein ưu sắp xếp một số bao bì và chuỗi cấu trúc liên kết.
6.5. Protein giao cấu trúc thứ cấp
Chương trình DSSP [Kabsch, W. và Sander, C. Biopolymers 22, 2577-2637 (1983)] định nghĩa cấu trúc thứ cấp, các tính năng hình học và tiếp xúc với dung môi của các protein, được tọa độ nguyên tử ở định dạng ngân hàng dữ liệu protein.Chương trình không dự đoán cấu trúc protein. Cấu trúc thứ cấp được phân công dựa trên mô hình liên kết hydro và ký hiệu trong các tập tin đầu ra với một từ viết tắt một bức thư:
• G = 3-lần lượt xoắn (3_10 xoắn). Min chiều dài 3 dư lượng.
• H = 4-biến xoắn (xoắn alpha). Min chiều dài 4 dư lượng.
• I = 5-turn xoắn (xoắn pi). Min chiều dài 5 dư lượng.
• T = hydro ngoại quan lần lượt (3,4hoặcbật5).
• E = song song và / hoặc tấm beta chống song song. Min chiều dài 2 dư lượng.
• B = dư lượng beta-cầu bị cô lập (beta cặp duy nhất tờ trái phiếu hình thành hydrogen).
• S = uốn cong (không kết hydro chỉ dựa trên giao).
1Cấu trúc tinh thể và quyết tâm của họ :
http://ruppweb.dyndns.org/Xray/101index.html
http://www.usm.maine.edu/ ~ rhodes / ModQual / index.html
Cộng hưởng từ hạt nhân (NMR)
http://www.shu.ac.uk/schools/sci/chem/tutorials/molspec/nmr1.htm
http://vam.anest.ufl.edu/forensic/nmr.html
Cơ sở dữ liệu:
PDB: http://www.pdb.org
Cath: http://www.biochem.ucl.ac.uk/bsm/cath/
SCOP: http://scop.berkeley.edu/
Trung cấu trúc:
Máy chủ DSSP: http://bioweb.pasteur.fr/seqanal/interfaces/dssp-simple.html
Stride: Server: http://bioweb.pasteur.fr/seqanal/interfaces/stride-simple.html
Insulin
XIN CHÂN THÀNH CẢM ƠN
Đỗ Nhật Quỳnh – SHTN- K19
* Một số tài liệu cũ có thể bị lỗi font khi hiển thị do dùng bộ mã không phải Unikey ...
Người chia sẻ: Võ Phương Thảo
Dung lượng: |
Lượt tài: 1
Loại file:
Nguồn : Chưa rõ
(Tài liệu chưa được thẩm định)