معلومة

نمذجة تكوين البروتين

نمذجة تكوين البروتين


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.

أنا مهتم بمعرفة النمذجة الحاسوبية في الفيزياء الحيوية. لقد سمعت قدرًا ما عن أشخاص يصممون البروتينات كشبكة من الينابيع المثالية لفحص أشياء مثل تبديل التشكل. كنت أفكر أنه سيكون من الرائع محاولة صنع نموذج بسيط للغاية لعنصر صغير يخضع للتمسخ في درجات حرارة معينة بينما يكون مستقرًا في درجات أخرى.

هل يعرف أي شخص مرجعًا جيدًا عن نمذجة البروتين يمكن فهمه لشخص جيد في الرياضيات / الفيزياء / البرمجة ولكنه ليس بأي حال من الأحوال عالم رياضيات / فيزيائي / عالم كمبيوتر؟

أيضًا ، إذا كانت لديك فكرة أفضل عن مشروع بسيط لي لممارسة النمذجة الحاسوبية في الفيزياء الحيوية (أو حتى أي علم أحياء) ، فسأكون ممتنًا لسماع ذلك.

شكرا


حسنًا ، أستخدم أحيانًا ملفات PDB من البروتينات التي تم تحديد هيكلها ودراستها. أستخدم برنامج عارض PDB السويسري للقيام بذلك وهو أنيق جدًا! لم ألقي نظرة على البيانات الفيزيائية الحيوية المرتبطة بملف PDB ، لكنني متأكد من وجودها لأنك لن تكون قادرًا على إجراء الحسابات وحل بنية البروتين والتأكيد بدون هذا النوع من البيانات. كل ما تحتاجه هو تنزيل البرنامج ، والانتقال إلى قاعدة بيانات Uniprot واستخدام رقم التعريف الخاص بالبروتين الذي تهتم به ، ومعرفة ما إذا كان قد تم حل هيكله وإما تنزيل ملف PDB أو استخدام رقم التعريف لتنزيل الملف داخل البرنامج .


نمذجة التحولات التوافقية للبروتين من خلال مزيج من تحليل الوضع العادي ذي الحبيبات الخشنة والأساليب المستوحاة من الروبوتات

يعد الحصول على معلومات على المستوى الذري حول التحولات التوافقية ذات السعة الكبيرة في البروتينات مشكلة صعبة لكل من الأساليب التجريبية والحسابية. ومع ذلك ، فإن هذه المعلومات مهمة لفهم آليات تفاعل العديد من البروتينات.

أساليب

تقدم هذه الورقة مقاربة حسابية فعالة ، تجمع بين الطرق الناشئة من الروبوتات والفيزياء الحيوية الحاسوبية ، لنمذجة التحولات التوافقية للبروتين. يتم تطبيق قدرة تحليل الوضع العادي على التنبؤ باتجاهات الحركات الجماعية ذات السعة الكبيرة لتحيز الاستكشاف المطابق الذي تقوم به خوارزمية تخطيط الحركة. لتقليل أبعاد المشكلة ، يتم حساب الأوضاع العادية لنموذج شبكة مرنة ذات حبيبات خشنة مبنية على أجزاء قصيرة من ثلاث بقايا. ومع ذلك ، يتم التحقق من صحة المطابقات الوسيطة باستخدام نموذج الذرة بالكامل ، والذي أعيد بناؤه بدقة من النموذج الحبيبي الخشن باستخدام الحركية العكسية ذات الشكل المغلق.

نتائج

تُظهر الاختبارات التي أُجريت على مجموعة من عشرة بروتينات قدرة الطريقة على نمذجة التحولات التوافقية للبروتينات في غضون ساعات قليلة من وقت الحوسبة على معالج واحد. تظهر هذه النتائج أيضًا أن وقت الحوسبة يتناسب خطيًا مع حجم البروتين ، بغض النظر عن طوبولوجيا البروتين. تظهر تجارب أخرى على أدينيلات كيناز أن السمات الرئيسية للانتقال بين التطابقات المفتوحة والمغلقة لهذا البروتين يتم التقاطها جيدًا في المسار المحسوب.

الاستنتاجات

تتيح الطريقة المقترحة محاكاة انتقالات التوافق ذات السعة الكبيرة في البروتينات باستخدام موارد حسابية قليلة جدًا. المسارات الناتجة هي أول تقريب يمكن أن يوفر بشكل مباشر معلومات مهمة حول الآليات الجزيئية المشاركة في الانتقال المطابق. يمكن تنقيح هذا التقريب وتحليله لاحقًا باستخدام أحدث نماذج الطاقة وطرق النمذجة الجزيئية.


الملخص

الفسفرة بعد الترجمة هي آلية منتشرة في كل مكان لتعديل نشاط البروتين وتفاعلات البروتين البروتين. في هذا العمل ، ندرس كيف يمكن للفسفرة تعديل شكل البروتين عن طريق تغيير مشهد الطاقة. نقدم طريقة الميكانيكا الجزيئية التي نقوم فيها بفسفرة البروتينات في السيليكو ثم نتوقع كيف سيتغير شكل البروتين استجابةً للفسفرة. نحن نطبق هذه الطريقة على مجموعة اختبار تتألف من بروتينات ذات هياكل بلورية مُفسفرة وغير مُفسفرة ، ونوضح أنه من الممكن التنبؤ بالتغيرات التوافقية المحلية التي يسببها الفسفرة ، أو عدم وجود تغييرات توافقية ، بدقة شبه ذرية في معظم حالات. تتضمن أمثلة البروتينات المستخدمة في اختبار أساليبنا الكينازات ومنظمات الاستجابة بدائية النواة. من خلال دراسة حالة مفصلة للكيناز 2 المعتمد على السيكلين ، نوضح أيضًا كيف يمكن استخدام الأساليب الحسابية لتوفير فهم جديد لكيفية إحداث الفسفرة التغيير التوافقي ، ولماذا استبدال Glu أو Asp بحمض أميني فسفري لا يحاكي دائمًا تأثيرات الفسفرة ، وكيف يمكن للفوسفاتاز أن "يلتقط" حمض أميني فسفري. يوضح هذا العمل كيف يمكن استخدام الأساليب الحسابية لتوضيح مبادئ وآليات الفسفرة بعد الترجمة ، والتي يمكن أن تساعد في النهاية على سد الفجوة بين عدد المواقع المعروفة للفسفرة وعدد تراكيب البروتينات الفسفرة.


تتضمن أمثلة أساليبنا وأبحاثنا

يطبق علماء القسم مجموعة متنوعة من الأساليب الفيزيائية الحيوية لاكتشاف وتحليل الهياكل والديناميات التوافقية وتفاعلات الجزيئات الكبيرة مثل البروتينات والأحماض النووية (مثل RNA) وكذلك الجزيئات الصغيرة والمستقلبات. وتشمل هذه:

  • علم البلورات بالأشعة السينية - لتحديد العمارة الجزيئية على المستوى الذري ، بما في ذلك المطابقات النشطة المحددة (الربط) و / أو المطابقات غير النشطة وربط أيونات المعادن الأساسية التحفيزية.
  • تشتت الأشعة السينية بزاوية صغيرة (SAXS) - تشتت الأشعة السينية في المحلول الذي يولد مقاييس أكثر خشونة للمغلفات الجزيئية بدلاً من التفاصيل الهيكلية ، وبالتالي يكتشف التغييرات الرئيسية في التشكل.
  • نقل طاقة الرنين الفلوري (FRET) - تدابير لكفاءة نقل الطاقة بين مركبين من مركبات العلامات الفلورية (الفلوروفورات) من أجل تحديد المسافات بينهما ، وتوفير مقاييس الهيكل والتغيير التوافقي.
  • التحليل الطيفي بالرنين المغناطيسي النووي (NMR) - الذي يكتشف بشكل حساس الجزيئات الكبيرة المرنة والهياكل (على سبيل المثال ، بروتينات الغشاء ، والحمض النووي الريبي ، والبروتينات متعددة المجالات) في المحلول بدلاً من الشكل المتبلور ، وبالتالي يلتقطها أثناء دورانها عبر مجموعات التطابق (الديناميكيات) ، في التفاعلات العابرة مع الجزيئات الأخرى ، وكما هو الحال في التأكيد المختبري لنشاط الارتباط والمواقع في حالة غير متبلورة.

بالإضافة إلى توفير معلومات عن البروتينات الفردية وبنيتها الفرعية (المجالات والمواقع النشطة) ، ودينامياتها التوافقية ، والمواقع المحددة للتفاعلات الضعيفة / العابرة ، تقيس هذه الأساليب الفيزيائية الحيوية نتائج التجارب التي تطبق الأدوات الحديثة للبيولوجيا الجزيئية والكيميائية ، مثل الطفرات الموجهة بالموقع ، وتثبيط الإنزيم ، والتحليل الحركي (على سبيل المثال ، إظهار كيف تغير التغييرات في بقايا معينة معدل العمل التحفيزي للإنزيم أو تحديد وضع الارتباط لعقار ما إلى موقع خيفي).

والجدير بالذكر أن القسم هو موطن لمختبر UCSF NMR الحديث ، والذي يستخدمه القسم والمدرسة و UCSF والباحثين الخارجيين المؤهلين.

مختبر الرنين المغناطيسي النووي (NMR) في جامعة كاليفورنيا في سان فرانسيسكو

يحل التحليل الطيفي بالرنين المغناطيسي النووي الوظيفة الجزيئية عن طريق الكشف عن نوى ذرية معينة ، مثل ذرات الهيدروجين المنتشرة في كل مكان ، والتي تدور مثل القمم ذات الاهتزازات المميزة (بدورات) عند وضعها في مجال مغناطيسي. (تولد أجهزة قياس الطيف بالرنين المغناطيسي النووي مثل هذه المجالات باستخدام مغناطيسات قوية فائقة التبريد وعالية التوصيل).

يمكن أيضًا تغيير معدل السرعة (التردد) لكل ذرة ليس فقط من خلال المجال المغناطيسي الكلي الناتج عن مقياس الطيف ، ولكن أيضًا عن طريق الحقول المحلية من نوى الغزل في الذرات المجاورة والهياكل الجزيئية.

طيف الرنين المغناطيسي النووي لجزيء هيكسابوران (B6H10) يظهر تغيرات في التردد ، مما يعطي أدلة على التركيب الجزيئي.

عندما يتعرضون لرشقات قصيرة (نبضات) من موجات الراديو ، يمكن اكتشاف الترددات الاستباقية وتضخيمها وتمثيلها في مخططات تسمى الأطياف. يعطي الطيف قائمة من الترددات الاستباقية ، ويبلغ عن البيئة المغناطيسية لهيدروجين معين. سيتغير هذا إذا غيّر البروتين شكله أو ارتبط بجزيء آخر.

وبالتالي فإن الرنين المغناطيسي النووي هو طريقة حساسة بشكل فريد لدراسة الهياكل الجزيئية المرنة والتحولات المستمرة في التشكل (الديناميكيات). يمكن أن تكشف الطريقة عن تفاعلات ضعيفة / عابرة بين الجزيئات ، حيث سيكون هناك تغيير في تردد السبق في موقع الارتباط الخاص بها مع تغيرات في البيئة المغناطيسية حيث تتفاعل المجموعتان الكيميائيتان. يمكن للرنين المغناطيسي النووي هنا اكتشاف مثل هذه الديناميكيات والتفاعلات التي تحدث بسرعة وبإيجاز مثل مجرد أجزاء من المليار من الثواني (نانوثانية).

تحليل ديناميكيات الإنزيم والتفاعلات خلال حدث تنظيمي رئيسي في بيولوجيا الخلية

تنص العقيدة المركزية للبيولوجيا الجزيئية على أن الحمض النووي يصنع الحمض النووي الريبي ، الذي يصنع البروتينات ، والبروتينات تؤدي وظائف الكائنات الحية. على وجه التحديد ، يحمل الرنا المرسال (mRNA) المخططات اللازمة لصنع بروتينات معينة من ترميز الجينات في نواة الخلية للمعالجة بواسطة مصانع الريبوسوم في السيتوبلازم.

هذه العملية الأساسية للحياة هي بالضرورة منظمة للغاية. على سبيل المثال ، هناك عملية مراقبة الجودة لتفكيك الرنا المرسال (عن طريق التحلل الأنزيمي ، المعروف أيضًا باسم التحلل) التي يتم اقتطاعها أو تشوهها وبالتالي تولد بروتينات متحولة (اضمحلال غير منطقي). أيضًا ، تتحلل بعض الرنا المرسال كنتائج نهائية لتفاعلات البروتين المتسلسلة (المسارات) من أجل الحفاظ على التوازن الخلوي ، للحد من إنتاج بروتين معين ، أو حتى تتمكن الخلية من إنتاج المزيد من البروتينات الأخرى للاستجابة للاحتياجات في تطور الحيوان ، تمايز الخلايا / تكاثرها ، واستجابات الإجهاد / المناعة.

وبالتالي يمكن التحكم في التعبير الجيني على مستوى استقرار الرنا المرسال (النسخ) - وقد يؤدي الفشل في مثل هذا التنظيم إلى الإصابة بالسرطان وأمراض أخرى.

يستخدم علماء القسم مجموعة متنوعة من الأساليب الفيزيائية الحيوية ، بما في ذلك الرنين المغناطيسي النووي ، لتوجيه وكشف نتائج التجارب البيوكيميائية والطفرات الجينية التي تشريح الخطوة قبل الأخيرة ، والتي لا رجعة فيها في العديد من مسارات تحلل الرنا المرسال حقيقية النواة. في هذه الخطوة ، يزيل إنزيم فصل الرنا المرسال 2 (Dcp2) الغطاء الهيكلي (7-ميثيل جوانوزين أو m7G) عبر التحلل المائي في أحد طرفي الرنا المرسال (خمسة أطراف رئيسية أو 5 نهاية) من الرنا المرسال ، مما يؤدي إلى تعريض 5 أحادي الفوسفات معترف به بواسطة 5′-to-3 exonucleases ـ إنزيمات تشق نيوكليوتيدات الرنا المرسال بعيدًا عن تلك النهاية.

باستخدام الخميرة ككائنات نموذجية (يتم حفظ مجالات البروتين الرئيسية في البشر) يكتشف الباحثون هنا تفاصيل كيفية تنفيذ عملية فك الرنا المرسال. على وجه الخصوص ، يستكشفون كيفية تأثر معدل التفاعل الكيميائي (حركية الإنزيم) لهذه الخطوة الرئيسية في تحلل الرنا المرسال والتحكم فيه بالتغيرات السريعة في شكل Dcp2 (ديناميات التوافق) التي تجمع مجالين معًا لتشكيل الموقع النشط للإنزيم والموقع النشط للإنزيم. تفاعلات ضعيفة وسريعة للغاية ولكنها حاسمة بين Dcp2 وكلا من النيوكليوتيدات النسخ والبروتينات المنشط المشارك في مركب ركيزة إنزيم عابر.

نموذج لفك الحفز بواسطة Dcp2 ، والذي يقترح استخدام التغيير التوافقي أعلاه كنقطة تحكم عن طريق فصل المنشطات.
(أ) يوجد Dcp2 في توازن توازي بين الأشكال المفتوحة والمغلقة.
(ب) الحمض النووي الريبي (مع غطاء أرجواني سداسي m7G) يرتبط بالشكل المفتوح.
(ج) بعد الارتباط ، يغلق الإنزيم فوق ركيزة الحمض النووي الريبي ، وهي خطوة يمكن تعزيزها بواسطة المنشطات المشتركة.
(د) بعد الإغلاق ، تتم إزالة غطاء الحمض النووي الريبي عن طريق التحلل المائي.
(هـ) يتم بعد ذلك إطلاق الحمض النووي الريبي (RNA) ويخضع لمزيد من التحلل (تحلل النواة الخارجية) بواسطة نوكلياز 5'-3 '.


وظيفة البروتينات:

تحتوي البروتينات على العديد من الوظائف البيولوجية المختلفة والمتنوعة ، بالإضافة إلى حجمها وشكلها واتجاهها ، يمكن تصنيفها وفقًا لأدوارها البيولوجية داخل الخلية.

الانزيمات

تحفز الإنزيمات كل تفاعل كيميائي تقريبًا بين الجزيئات الحيوية العضوية في الخلايا الحية. الإنزيمات هي البروتينات الأكثر تنوعًا وتخصصًا ، وقد تم الكشف عن عدة آلاف من الأنواع المختلفة ، كل منها قادر على تحفيز نوع مميز من التفاعل الكيميائي ، في كائنات مختلفة.

بروتينات المغذيات والتخزين

تخزن العديد من النباتات البروتينات المغذية داخل بذورها. هذه البروتينات مهمة لنمو الشتلات النابتة وبقائها على قيد الحياة. ومن الأمثلة المعروفة بشكل خاص البروتينات الموجودة في الذرة والقمح وبذور الأرز. ومن الأمثلة الأخرى على البروتينات المغذية ، الألبومين البيضاوي ، وهو بروتين مكون مهم لبياض البيض والكازين ، الموجود في الحليب. يوجد الفيريتين في بعض البكتيريا وأيضًا في الأنسجة النباتية والحيوانية التي تخزن الحديد.

مقلص البروتينات

بعض البروتينات تعطي الخلايا والكائنات الحية القدرة على الانقباض ، وتغيير الشكل ، وتعرف بالبروتينات المقلصة أو المتحركة.

يلعب الأكتين والميوسين دورًا في الجهاز الانقباضي للعضلات الهيكلية ويوجدان أيضًا في العديد من الخلايا غير العضلية. تتكون الأنابيب الدقيقة من بروتين التوبولين وتعمل جنبًا إلى جنب مع بروتين داينين ​​في سوط وأهداب البكتيريا ، مما يدفع الكائنات الحية ويسمح بالحركة.

بروتينات النقل

تسمح بروتينات النقل بنقل المواد إلى وجهتها. في بلازما الدم ، تربط بروتينات النقل وتنقل جزيئات أو أيونات معينة من عضو إلى آخر. يرتبط الهيموغلوبين الموجود في كريات الدم الحمراء بالأكسجين حيث يمر الدم عبر الرئتين وينقله إلى الأنسجة المحيطية ويطلقه للمساهمة في أكسدة المغذيات التي تنتج الطاقة. تحتوي بلازما الدم على البروتينات الدهنية التي تنقل الدهون من الكبد إلى الأعضاء الأخرى. توجد أنواع أخرى من بروتينات النقل في أغشية البلازما والأغشية داخل الخلايا لجميع الكائنات الحية التي يتم تكييفها لربط الجلوكوز والأحماض الأمينية والمواد الأخرى ونقلها عبر الغشاء إلى النقطة التي يتم استخدامها عندها.

البروتينات الهيكلية

تعمل العديد من البروتينات كخيوط داعمة أو كابلات أو صفائح لإعطاء الهياكل البيولوجية القوة أو الحماية. المكون الرئيسي للأوتار والغضاريف هو الكولاجين ، وهو بروتين ليفي يتمتع بقوة شد عالية جدًا.

مثال على ذلك هو الجلد الذي يتكون من الكولاجين النقي تقريبًا. تتكون الأربطة من الإيلاستين ، وهو بروتين هيكلي يمكن شده في بعدين. يحتوي الشعر والأظافر والريش والقرن على مادة الكيراتين المهمة ، وهي بروتين قوي وغير قابل للذوبان. المكون الرئيسي لألياف الحرير وشبكات العنكبوت هو الفيبروين ، وتحتوي مفصلات الأجنحة لبعض الحشرات على المرونة. يحتوي الريسيلين على خصائص مرنة مثالية.

البروتينات التنظيمية

تنظم بعض البروتينات أيضًا النشاط الخلوي أو الفسيولوجي. من بين تلك البروتينات العديد من الهرمونات. الأنسولين ، الذي ينظم عملية التمثيل الغذائي للسكر ، وهرمون النمو الذي تفرزه الغدة النخامية ، هما مثالان على البروتينات المنظمة. غالبًا ما يتم التوسط في الاستجابة الخلوية للعديد من الإشارات الهرمونية بواسطة فئة من البروتينات المرتبطة بـ GTP ، والمعروفة باسم بروتينات G. يرتبط GTP ارتباطًا وثيقًا بـ ATP ، حيث يحل الجوانين محل جزيء قسم الأدينين. ترتبط البروتينات التنظيمية الأخرى بالحمض النووي وتتحكم في التركيب الحيوي للإنزيمات وجزيئات الحمض النووي الريبي المعنية بتقسيم الخلايا في بدائيات النوى وحقيقيات النوى.

بروتينات الدفاع

تدافع العديد من البروتينات عن الكائنات الحية ضد غزو أنواع أخرى أو تحميها من الإصابة. يمكن للجلوبيولين المناعي أو الأجسام المضادة ، وهي بروتينات متخصصة تنتجها الفقاريات والخلايا الليمفاوية # 8217 ، التعرف على الكائنات الحية الدقيقة الغازية والبروتينات الأجنبية من الأنواع الأخرى أو ترسيخها أو تحييدها. الفيبرينوجين والثرومبين هما بروتينات تخثر الدم التي توقف فقدان الدم عندما يحدث تلف في الأوعية الدموية. يبدو أيضًا أن بعض سم الثعابين والسموم البكتيرية والبروتينات النباتية السامة ، مثل الريسين ، لها وظائف دفاعية. بعض هذه الإنزيمات ، بما في ذلك الفيبرينوجين والثرومبين وبعض أنواع السم.

بروتينات أخرى

هناك العديد من البروتينات الأخرى التي تعتبر وظائفها غريبة ، وبالتالي لا يمكن تصنيفها بسهولة. المونيلين Monellin ، وهو بروتين من نبات أفريقي ، له طعم حلو للغاية وقد تمت دراسته للاستخدام البشري كمُحلي للطعام.

تمتلك بعض أسماك أنتاركتيكا بروتينات مضادة للتجمد في بلازما الدم ، مما يمنع دمائها من التجمد.


شرح هيكل البروتين و rsquos & ndash!

صاغ John J. Berzelius (1838) لأول مرة المصطلح & # 8216 بروتين & # 8217 (بروتينات Gr. - من المرتبة الأولى) للتأكيد على أهمية هذه الفئة من البوليمرات.

البروتينات هي جزيئات كبيرة تتكون من واحد أو أكثر من سلاسل بولي ببتيد ، كل منها عبارة عن بوليمر مختلط من بقايا الأحماض الأمينية L-a-amino المرتبطة من طرف إلى طرف بواسطة روابط ببتيدية.

يتكون البروتين الأحادي من سلسلة أحادية الببتيد ، على سبيل المثال ، الليزوزيم ، الميوغلوبين. يتكون oligomeri c أو البروتين متعدد الوحدات من سلسلتين أو أكثر من سلاسل polypeptide ، يُطلق على كل منها اسم protomere أو subunit. يتكون روبيسكو من 24 عديد ببتيدات ، والهيموجلوبين (Hb) عبارة عن رباعي الببتيدات يتكون من سلسلتين من النوع a وسلسلتين-، وتتكون الغلوبولين المناعي من سلسلتين H وسلاسل 2H وما إلى ذلك.

هيكل البروتينات:

يتم تصنيع سلسلة بولي ببتيد على الريبوسوم كتسلسل خطي من الأحماض الأمينية. بعد التخليق مباشرة ، يطوي البولي ببتيد المركب حديثًا (الناشئ) في شكل ثلاثي الأبعاد محدد يسمى التشكل. يسمى التشكل المعتمد بواسطة عديد الببتيد لأداء النشاط البيولوجي بالتشكيل الأصلي.

في السابق ، كان يُعتقد أن البروتينات تطوى تلقائيًا لتصل إلى حالتها الأصلية. كشفت الدراسات الحديثة أن البروتينات المرافقة تعمل على تسريع عملية طي البولي ببتيدات الهلالية في شكلها الأصلي. يسبب نقص البروتينات المرافقة أمراضًا بسبب طي البروتينات بشكل غير صحيح. على سبيل المثال ، في مرض الزهايمر تتطور لويحات الأميلويد بسبب تكتل البروتين في خلايا الدماغ.

مستويات بنية البروتين:

يمكن وصف بنية البروتين من حيث أربعة مستويات من المنظمات: الابتدائية والثانوية والثالثية والرباعية. كشفت الدراسات الحديثة عن مستويين إضافيين من تنظيم البروتين ، أي الهياكل أو الزخارف الثانوية الفائقة والمجالات.

أ.الهيكل الأساسي (1 درجة):

يعني الهيكل الأساسي للبروتين تسلسلات بقايا الأحماض الأمينية لسلسلة (سلاسل) البولي ببتيد الخاصة به والتي تقرأ في اتجاه N-terminus → C-terminus. إنه المستوى الأول من تنظيم البروتين الذي تحدده أكواد mRNA أو cistron of DNA. يتم تثبيت الهيكل 1 درجة بواسطة روابط الببتيد وكذلك روابط ثاني كبريتيد بين بقايا السيستين ، إن وجدت.

حدد فريدريك سانجر (1953) لأول مرة هيكل 1 درجة من الأنسولين البقري. الآن ، يتم تحديد هيكل 1 ° لعديد الببتيد بواسطة جهاز آلي يسمى منظم الكوب الدوار ، تم تطويره بواسطة Pehr Edman و Geoffrey Begg.

ب- الهيكل الثانوي (2 °):

يشير هيكل البروتين 2 ° إلى الترتيب المكاني لذرات العمود الفقري لعديد الببتيدات دون النظر إلى تشابك السلاسل الجانبية. الأنواع الشائعة للهياكل الثانوية هي α-helix و-pleated Sheet. يعتمد نوع هيكل 2 ° لعديد الببتيد على تكوين الأحماض الأمينية. يُفضل تكوين α-helix بواسطة بقايا الألانين ، والليوسين ، والغلوتامات ، والميثيونين ، بينما يفضل β- ورقة بواسطة مخلفات فالين ، إيزولوسين والتيروزين.

يتم لف ذرات العمود الفقري لسلسلة البولي ببتيد بإحكام بطريقة اليد اليمنى لتشكيل العديد من الهياكل الشبيهة بالقضيب على فترات تسمى الحلزونات. على سبيل المثال ، تحتوي سلسلة عديد الببتيد المفردة من الميوجلوبين على 8 حلزونات. على الجزء الخارجي من اللولب ، تمتد السلاسل الجانبية للخارج بطريقة حلزونية.

يتراوح طول كل حلزون عادة من 1.7-4.0 نانومتر. في الحلزون α ، توجد 3.6 بقايا من الأحماض الأمينية في كل دورة تغطي مسافة (درجة) 0.54 نانومتر (5.4A). يتم تثبيت الحلزون بواسطة روابط هيدروجينية بين مجموعة CO من حمض أميني واحد مع مجموعة NH من الحمض الأميني الرابع بعيدًا. غالبًا ما يُطلق على الجلايسين والبرولين اسم قواطع اللولب بسبب عدم قدرتها على تكوين روابط هيدروجينية.

تتجمع حوالي 2-15 سلسلة من البولي ببتيد معًا لتشكيل ورقة مطوية على شكل β. يتم تثبيت الصفيحة المطوية β بواسطة روابط هيدروجينية بين مجموعات CO- و NH في سلاسل مختلفة من البولي ببتيد β- الصفيحة المطوية من نوعين & # 8211

متوازي β-sheet & # 8211 سلاسل متجاورة تعمل في نفس الاتجاه ، على سبيل المثال β- كيراتين.

عكس β ورقة & # 8211 تمتلك السلاسل المجاورة في الاتجاه المعاكس ، على سبيل المثال فيبر حريري.

الهياكل الثانوية الفائقة:

غالبًا ما يتجمع اثنان أو أكثر من الهياكل الثانوية لتشكيل وحدة هيكلية معقدة تسمى الهيكل الثانوي الفائق أو الفكرة. بعض الأشكال الشائعة هي كما يلي:

ج- التعليم العالي (3 درجات) الهياكل:

يشير الهيكل الثلاثي للبروتين إلى البنية ثلاثية الأبعاد لبولي ببتيد كامل يظهر طي الهياكل الثانوية والثانوية الفائقة لتشكيل بنية كروية مضغوطة. في حالة وجود عديد ببتيد كبير ، يتكون من أكثر من & # 8211200 من الوحدات البنائية تشكل وحدتين كرويتين أو أكثر تسمى المجالات. (المجال هو وحدة مدمجة ، كروية ، مستقلة هيكليًا تتصل بوحدة أخرى من خلال العمود الفقري الببتيد). يتم تثبيت الهيكل 3 درجات بواسطة روابط الهيدروجين ، والروابط الأيونية ، والتفاعلات الكارهة للماء ، وقوة Vander Walls ، وقوى تشتت لندن وروابط ثاني كبريتيد إن وجدت.

د- الهيكل الرباعي (4 درجات):

إنه المستوى الرابع من التنظيم الهيكلي الذي يظهر فقط في بروتينات قليلة القسيمات. يشير التركيب الرباعي للبروتين & # 8217s إلى الترتيب المكاني لوحداته الفرعية متعددة الببتيد أو البروتومرات. في بنية 4 درجات ، قد تكون الوحدات الفرعية متطابقة أو غير متطابقة ، وتستقر بواسطة روابط غير تساهمية ، على سبيل المثال ، الهيموجلوبين.

يُطلق على أي تفتح جزئي أو تغيير في شكل ثلاثي الأبعاد يجلب الحالة الأصلية للبروتين إلى ملف عشوائي تمسخ. لكن فصل الوحدات الفرعية في هيكل 4 درجات يسمى التفكك. يتم تغيير طبيعة البروتينات من خلال مجموعة متنوعة من الظروف مثل ارتفاع درجة الحرارة ، والاختلاف في درجة الحموضة والتركيزات الأيونية إضافة المنظفات وما إلى ذلك. وهذا ما يسمى إعادة التشبع ولكن نادرًا ما يمكن للبروتين الأكبر حجمًا أن يعيد التشبع (يطوي تلقائيًا) إلى حالته الأصلية.


التشكل

التشكل
الشكل الدقيق لبروتين أو جزيء ضخم في ثلاثة أبعاد ناتج عن الموقع المكاني للذرات في الجزيء. تغيير طفيف في التشكلتؤثر بعض البروتينات على نشاطها بشكل كبير.
مسرد كامل.

التشكل
الترتيب ثلاثي الأبعاد للمجموعات الجانبية على الجزيء والتي يمكن أن تدور بحرية في مواضع مختلفة دون كسر أي روابط.
استردادها من "" .

أ التشكل من حلقة من خمسة أعضاء ، على سبيل المثال فورانوز ، حيث توجد أربع ذرات حلقية في مستوى و C-2 أو C-3 (2-endo أو 3-endo) خارج الطائرة. (انظر أيضا تويست التشكل)
العودة إلى صفحة البحث.

يتم سرد s أدناه بترتيب التنقل الكهربي (السرعة لجهد مطبق معين) من الأبطأ إلى الأسرع:.

آل التغيير
تغيير في الشكل ناتج عن ارتباط جزيء الركيزة.
خلقي.

غالبًا ما تؤدي التغييرات في البروتين إلى تغييرات في تقارب البروتين و # x0027s تجاه ركيزة معينة. يمكن أن تلعب هذه العملية دورًا مهمًا في تنظيم توطين البروتين داخل الخلايا.

حليف ومواقع الارتباط الخطي على جزيء البروتين السكري B تم تحديدها بواسطة تحليل المعلومات الحيوية. تحتوي مواقع الربط الخطي على حلقتين خطيتين محافظتين على مقطع SU وأيضًا موقعان للأجسام المضادة الخطية على مقطع TM (Britt و Jarvis و Drummond و Mach ، 2005).

آل التغيير - تحول هيكلي في الإنزيم بسبب تكوين مركب الركيزة الإنزيمية.
متوسط ​​- جزيء لا يخدم أي وظيفة ، ولكنه موجود كجزء من مسار إلى جزيء آخر.

أثناء عملية الهدرجة هذه ، فإن الروابط المزدوجة لرابطة الدول المستقلة

في السلسلة الهيدروكربونية يمكن تحويلها إلى روابط مزدوجة في شكل التحويل. هذا يشكل دهون متحولة من دهون رابطة الدول المستقلة. يؤثر اتجاه الروابط المزدوجة على الخواص الكيميائية للدهون.

"يحتفظ DNA و RNA الغنيان بالأدينين أحادي الجديلة بالخصائص الهيكلية للخصائص المزدوجة التي تقطعت بها السبل

s وإظهار الاختلافات الاتجاهية في نمط التراص "(PDF). Biochemistry. 43 (51): 15996-6010. doi: 10.1021 / bi048221v. PMID 15609994. أرشفة (PDF) من الأصل في 10 يونيو 2007.

نموذج لتفاعل إنزيم الركيزة الذي يسبب a

كل التغيير في الموقع النشط للإنزيم الذي يسمح للركيزة بالتناسب تمامًا
تتضمن الخلايا الجذعية المحفزة
إعادة برمجة الخلايا الجسدية (البالغة) لتدخل في حالة شبيهة بالخلايا الجذعية الجنينية
مبيد حشري .

النموذج المتسلسل من allostery ينص على أن الوحدات الفرعية غير متصلة بطريقة تجعل أ

تم استخدام برنامج Autodock VINA لرسو السفن للتحقيق في كيفية ارتباط ligand بالبروتين المعني ، الرابط

، المتفاعلة وظيفيا المخلفات وأفضل المعلومات الهيكلية. تم وصف الرابط الذي تم استرداده لـ DAOA في الجدول 2 وتم توضيح هيكله في الشكل 5 (أ و ب).

[في العادة] ، عندما يرتبط الهرمون بمستقبلات ، تحصل عليها بشكل جيد حقًا

التغييرات التي تؤدي بعد ذلك إلى ظهور التعبير الجيني. تتضمن معظم حالات حساسية الأندروجين طفرات يكون الهرمون ملزماً لها.

يتراكم البروتين Smo بشكل خاص في الخلايا التي يكون فيها نشاط Ptc غائبًا أو يتم إبطاله بواسطة إشارات Hh ، وهي عملية يبدو أنها تنطوي على إعادة توزيع شكل مفرط الفسفرة من البروتين على سطح الخلية (Denef ، 2000) وقد يكون مصحوبًا أيضًا بـ

تسمح البروتينات الحاملة لجزيئات معينة بعبور غشاء الخلية عن طريق الخضوع لـ

يفتح كل التغيير ثقبًا يمكن للجزيء من خلاله الدخول إلى الخلية أو الخروج منها.

الشروط التي تغير

من البروتين الذي ينظم التعبير عن الجينات الأخرى.

عندما يرتبط بالموقع الخيفي ، فإنه يعمل كمثبط غير تنافسي ويغير

من الموقع النشط. لذلك ، فإنه يجعل من غير المحتمل ارتباط الركيزة بالإنزيم.

التركيب الثلاثي للبروتين هو مكاني

بالإضافة إلى البنية الثانوية ، حيث يطوي اللولب ألفا أو الصفيحة التجريبية نفسها لأعلى.

يؤدي تغيير المستقبل إلى تنشيط مركب البروتين G (الوردي ، على اليمين) وفصله. يحفز بروتين G محلقة الأدينيلات (أحمر ، يسار) لتحويل ATP (جزيء طاقة الخلية و aposs) إلى cAMP (جزيء إشارة ، أزرق).
1:08 .

تعدد الأشكال. وسيلة تعتمد على الهلام للكشف عن تغيرات النوكليوتيدات المفردة داخل منتجات تفاعل البوليميراز المتسلسل الأليلي التي تم تغيير طبيعتها وتجزئتها على هيئة خيوط مفردة.
SSLP بسيط طول تسلسل تعدد الأشكال انظر الساتل الميكروي.
تكرار تسلسل SSR البسيط انظر الساتل الميكروي.

D. يتم قفل الإنزيم الخيفي في غير نشط

تم تحويل جميع الركائز E. إلى منتج
مشروع علم الأحياء
قسم الكيمياء الحيوية والفيزياء الحيوية الجزيئية
جامعة أريزونا
الأربعاء 25 سبتمبر 1996
اتصل بفريق التطوير.

بالنسبة للبروتينات ، عملية ينفصل فيها البروتين ويفقد موطنه الأصلي

، وبالتالي تصبح غير نشطة بيولوجيًا. بالنسبة للحمض النووي ، يتم فصل خيوط اللولب المزدوج. يحدث التمسخ في ظل ظروف قاسية من الأس الهيدروجيني وتركيز الملح ودرجة الحرارة.

عائلة بروتينية أخرى مرتبطة بالتقلص العضلي هي عائلة تروبونين ، التي تنظم ارتباط الميوسين بالأكتين عبر

تعتمد الاختلافات على تركيز أيون الكالسيوم في الخلايا.

5) التركيب الثلاثي للبروتين هو ثلاثي الأبعاد

أن الببتيد ينثني بسبب القوى الجماعية للتفاعلات الكارهة للماء ، والروابط الهيدروجينية ، وجسور الملح ، وروابط ثاني كبريتيد.

البروتينات الحاملة - بروتين النقل الغشائي الذي يرتبط بالمذاب وينقله عبر الغشاء عن طريق الخضوع لسلسلة من

التغييرات آل
بروتينات القناة - تشكل مسامًا محبة للماء تمتد عبر الطبقة الدهنية الثنائية عندما تنفتح هذه المسام ، فإنها تسمح لجزيئات معينة بالمرور عبرها.

عوامل تشوتروبيك مثل الثيوسيانات (SCN-) ، الكلورات (ClO3-) ، أو الجوانيدينيوم ، تعطل بنية الماء وبالتالي تعزز قابلية ذوبان المواد غير القطبية وتعزز التغيرات في البروتين

التي قد تؤثر على سبيل المثال في الهجرة من خلال وسيط كروماتوغرافي.

بروتين ربط الحمض النووي الريبي. بروتين الذي

ولعب القوى هو أنه يمكن أن يرتبط بجزيئات الحمض النووي الريبي بناءً على تسلسلات أو هياكل معينة أو ميزات أخرى للحمض النووي الريبي.

مادة تقلل من نشاط الإنزيم عن طريق الارتباط بموقع بعيد عن الموقع النشط وتغييره

بحيث لا يرتبط بعد الآن بالركيزة.
تدفق الإلكترون غير الدوري.

موقع خيفي: موقع غير نشط على جسم الإنزيم ، حيث يرتبط مركب غير ركيزة. قد يؤدي هذا إلى

التغييرات في الموقع النشط.
Allotype: أي من المتغيرات الأليلية المختلفة للبروتين ، والتي تتميز باختلافات مستضدية.

تم تحديد الزخارف في HPr التي تعتبر حاسمة ومحددة للغاية للتفاعلات الجزيئية لـ HPr مع مجالات إنزيم IIA المستهدفة [J Bacteriol]. لأن الارتباط بين EI و HPr لا ينطوي على أهمية

يعمل آل التغييرات HPr بمثابة مرحل فوسفوري بين مجمعات EI و Enzyme II [J.

تعمل البروتينات الحركية المشاركة في نقل العضيات عن طريق تغيير أبعادها الثلاثية

باستخدام الأدينوزين ثلاثي الفوسفات (ATP) كوقود للتحرك ذهابًا وإيابًا على طول الأنبوب الدقيق.

يُطلق على الجزيء الذي يرتبط بمستقبلات اسم ligand ، وقد يكون ببتيدًا (مثل ناقل عصبي) أو هرمون أو دواء صيدلاني أو مادة سامة ، وعندما يحدث مثل هذا الارتباط ، ينتقل المستقبِل إلى


مرحبًا بكم في CBM!

في مركز النمذجة الجزيئية الحيوية ، يأتي المعلمون أولاً.
نحن نعمل عن كثب مع معلمي العلوم الموهوبين من جميع أنحاء الولايات المتحدة لإنشاء مواد تعليمية مبتكرة تجعل العلوم الحيوية مفهومة.

برامج الطلاب

برنامج التوعية الرائد لدينا والذي يقوم فيه الطلاب بتصميم وطباعة نموذج بروتين مادي ثلاثي الأبعاد.

مسابقة نمذجة البروتين

مسابقة وطنية يتنافس فيها الطلاب لبناء أفضل نموذج بروتين.

برنامج النمذجة الجامعية لدينا الذي يدرس فيه الطلاب ويضعون نموذجًا لأحدث الأبحاث.

برامج المعلم

دورات التطوير المهني

قم بزيارة CBM لمعرفة كيفية استخدام النماذج المادية بثقة في الفصل الدراسي الخاص بك.

قابلنا في المؤتمرات التعليمية الإقليمية والوطنية على مدار العام.

مصادر التعلم

استعير من مجموعتنا الشاملة المجانية لأنشطة النمذجة التعليمية لاستخدامها في الفصل الدراسي الخاص بك.

مجموعة واسعة من الأدوات الرقمية والأنشطة وموارد التدريب لاستكمال نماذجنا المادية.

أطقم النمذجة الأكثر شهرة متاحة للشراء.

ما الجديد من تدابير بناء الثقة؟

وحدة خرائط الأجسام المضادة الجديدة

ستركز وحدة الخرائط الجديدة هذه على الأجسام المضادة ودورها في جهاز المناعة لدينا. مع تركيز الجميع حاليًا على لقاح لفيروس كورونا ، اعتقدنا أن هذا سيكون موضوعًا مناسبًا. هناك العديد من القصص الرائعة عن الأبحاث الحالية التي تتضمن الأجسام المضادة والتي يمكن لطلابك استكشافها.

قد يكون الخيار الواضح هو بنية الجسم المضاد المرتبط ببروتين فيروس كورونا. سنسلط الضوء على قصة واحدة رائعة تتضمن نهجًا في البيولوجيا التركيبية لإنشاء جسم نانوي (جسم مضاد أحادي النطاق) يحبس بروتين ارتفاع الفيروس التاجي في شكل غير نشط.

تصف هذه الورقة عملنا على مدى العشرين سنة الماضية. تحقق من ذلك ، واطلع على مدى ارتباطك بالجوانب المختلفة لبرنامجنا!

تحقق من صانع الجزيئات!

Many schools now have access to low cost 3D printers, but finding 3D print files (.STL) of specific small molecules can be challenging.

With the CBM's new Molecule Maker, students and teachers can draw chemical structures and export their molecule as an .STL file for 3D printing. The left side of the screen is an interactive chemical draw program called JSME Molecular Editor. This chemical draw program communicates with the live Jmol program on the right side of the screen, displaying the molecule in a fully interactive 3-dimensional display.

Any small molecule created with the CBM's Molecule Maker can then be exported as an image (.JPG), a molecular structure file (.MOL) or a 3D print file (.STL) that can be used on any desktop 3D printer. Check it out at https://cbm.msoe.edu/modelingResources/moleculeMaker/

A New CBM Publication

The CBM has just published a paper in the Journal of STEM Outreach entitled "A Strategy for Sustained Outreach in the Molecular Biosciences".

This paper describes our work over the past twenty years. Check it out, and see how you relate to various aspects of our program!

What are Physical Models?

The invisible world of molecules becomes real when students hold physical models in their hands. Models function as thinking tools that stimulate questions and are a key component of the Next Generation Science Standards.

The MSOE Center for BioMolecular Modeling uses 3D Printing Technology to create physical models of protein and molecular structures. They are designed using the molecular Visualization software Jmol and then exported as 3D files.

What Teachers and Students are Saying About the CBM

"Models give the students an opportunity to discover on their own, rather than having you tell it to them."

"These curriculum modules tie what seems like a really abstract idea--some little change in a molecule you can’t even see—to their own health. That’s really compelling. This stuff isn’t in any textbook."

"The fact that they were so teacher-focused was refreshing."

"The CBM staff let us be learners, and they respected us."

"Watching the CBM staff, who are masters, and being given these models is wonderful. Now we have powerful knowledge and powerful examples that we can put in our kids’ heads. I’m so excited for the school year to start, I don’t want to have to wait two months!"

"It was an amazing workshop. Foundational pieces of biology are woven through these stories."

"It really opened up science to me as a student. Science isn't sitting in a classroom learning about rocks its about being in a lab doing research alongside your mentor."

The [MAPS] Team program has taught me the importance of actively participating in the scientific community, being professional, and having the ability to take something complex and put it into simpler yet accurate terms."

"This program has opened my eyes to an entirely new career field. I have learned so much through this experience and I am extremely grateful that I have experienced this."


Most proteins contain one or more stretches of amino acids that take on a characteristic structure in 3-D space. The most common of these are the alpha helix و ال beta conformation.

Alpha Helix

The R groups of the amino acids all extend to the outside.

  • The helix makes a complete turn every 3.6 amino acids.
  • The helix is right-handed it twists in a clockwise direction.
  • The carbonyl group (-C=O) of each peptide bond extends parallel to the axis of the helix and points directly at the -N-H group of the peptide bond 4 amino acids below it in the helix. A hydrogen bond forms between them [-N-H·····O=C-]

Beta Conformation

  • consists of pairs of chains lying side-by-side and
  • stabilized by hydrogen bonds between the carbonyl oxygen atom on one chain and the -NH group on the adjacent chain.
  • The chains are often "anti-parallel" the N-terminal to C-terminal direction of one being the reverse of the other.

ICM—A new method for protein modeling and design: Applications to docking and structure prediction from the distorted native conformation

An efficient methodology, further referred to as ICM, for versatile modeling operations and global energy optimization on arbitrarily fixed multimolecular systems is described. It is aimed at protein structure prediction, homology modeling, molecular docking, nuclear magnetic resonance (NMR) structure determination, and protein design. The method uses and further develops a previously introduced approach to model biomolecular structures in which bond lengths, bond angles, and torsion angles are considered as independent variables, any subset of them being fixed. Here we simplify and generalize the basic description of the system, introduce the variable dihedral phase angle, and allow arbitrary connections of the molecules and conventional definition of the torsion angles. Algorithms for calculation of energy derivatives with respect to internal variables in the topological tree of the system and for rapid evaluation of accessible surface are presented. Multidimensional variable restraints are proposed to represent the statistical information about the torsion angle distributions in proteins. To incorporate complex energy terms as solvation energy and electrostatics into a structure prediction procedure, a “double-energy” Monte Carlo minimization procedure in which these terms are omitted during the minimization stage of the random step and included for the comparison with the previous conformation in a Markov chain is proposed and justified. The ICM method is applied successfully to a molecular docking problem. The procedure finds the correct parallel arrangement of two rigid helixes from a leucine zipper domain as the lowest-energy conformation (0.5 Å root mean square, rms, deviation from the native structure) starting from completely random configuration. Structures with antiparallel helixes or helixes staggered by one helix turn had energies higher by about 7 or 9 kcal/mol, respectively. Soft docking was also attempted. A docking procedure allowing side-chain flexibility also converged to the parallel configuration starting from the helixes optimized individually. To justdy an internal coordinate approach to the structure prediction as opposed to a Cartesian one, energy hypersurfaces around the native structure of the squash seeds trypsin inhibitor were studied. Torsion angle minimization from the optimal conformation randomly distorted up to the rms deviation of 2.2 Å or angular rms deviation of l0° restored the native conformation in most cases. In contrast, Cartesian coordinate minimization did not reach the minimum from deviations as small as 0.3 Å or 2°. We conclude that the most promising detailed approach to the protein-folding problem would consist of some coarse global sampling strategy combined with the local energy minimization in the torsion coordinate space. © 1994 by John Wiley & Sons, Inc.


شاهد الفيديو: Protein synthesis Transcription and Translation (قد 2022).