معلومة

إحداثيات الأحماض الأمينية في تسلسل البروتين

إحداثيات الأحماض الأمينية في تسلسل 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.

في تنسيق PDB ، تتوفر إحداثيات كل ذرة. هل إحداثيات الأحماض الأمينية متوفرة بشكل منفصل؟ كما هو الحال في تسلسل البروتين الذي يتكون من سلسلة من الأحماض الأمينية MKL ... أين يمكنني الحصول على إحداثيات M و K و L بشكل منفصل؟ هل هناك أي طريقة يمكن من خلالها حساب إحداثيات الأحماض الأمينية؟ لا أريد إحداثيات الذرات ، أريد التنسيق المطلق لكل حمض أميني في تسلسل البروتين ككل ...


إذا كان ما تبحث عنه هو الإحداثيات الهيكلية لأحماض أمينية معينة تم بلورتها بشكل فردي (أي تعتبر جزيئات صغيرة بغض النظر عن أي دور في البروتينات) ، فيجب أن تجدها جنبًا إلى جنب مع الجزيئات الصغيرة الأخرى في قاعدة بيانات كامبريدج الهيكلية.


قد لا يكون من المنطقي اعتبار أحد الأحماض الأمينية كمؤشر على موضع الحمض الأميني بأكمله حيث تختلف الأحماض الأمينية المختلفة كثيرًا في الحجم. بالنسبة للتطبيقات غير الحساسة مثل رسم العمود الفقري للبروتين ، يمكنك استخدام alpha Carbon. إذا كانت السلاسل الجانبية مهمة ، يمكنك استخدام ما يعرف بآخر ذرة ثقيلة (ما هي آخر ذرة ثقيلة من حمض أميني؟).


كيفية وصف حركة البروتين بدون تسلسل الأحماض الأمينية والإحداثيات الذرية

تشير هذه الورقة إلى طريقة حسابية ، نموذج تشوه مرن كمي ، يمكنها أن تصف بشكل موثوق المرونة التوافقية للبروتين في غياب تسلسل الأحماض الأمينية والإحداثيات الذرية. يكمن جوهر هذه الطريقة في حقيقة أنه في نمذجة التغييرات التوافقية المهمة وظيفيًا مثل حركات المجال ، من الممكن التخلي عن المفاهيم التقليدية لبنية البروتين (الروابط ، الزوايا ، ثنائية السطوح ، إلخ) ومعالجة البروتين باعتباره كائن مرن. يتم وصف الشكل والتوزيع الشامل للجسم بواسطة خرائط كثافة الإلكترون ، بدرجات دقة مختلفة ، من طرق مثل حيود الأشعة السينية أو المجهر الإلكتروني. يمكن بعد ذلك اشتقاق السعات والاتجاه للأنماط التشوهية المرنة للبروتين ، والتي تتطابق أنماطها مع التغيرات التوافقية ذات الصلة بيولوجيًا ، بناءً على خريطة كثافة الإلكترون فقط. تعطي الطريقة وصفًا دقيقًا لديناميكيات البروتين على مدى واسع من الدقة حتى أقل من 15-20 Å حيث لا يوجد تقريبًا أي بنى داخلية يمكن تمييزها بصريًا. لذلك ، فإن هذه الطريقة تعزز بشكل كبير القدرة على دراسة حركات البروتين في علم الأحياء البنيوي. ومن المتوقع أيضًا أن يكون لها تطبيقات كثيرة في المجالات ذات الصلة مثل المعلوماتية الحيوية ، وعلم الجينوم الهيكلي ، والبروتيوميات ، حيث تكون قدرة الفرد على استخراج المعلومات الوظيفية من النماذج الهيكلية غير المحددة جيدًا أمرًا مهمًا للغاية.

تلعب المحاكاة الحسابية لديناميات البروتين (1 ، 2) دورًا مهمًا في فك رموز وظائف البروتين في البيولوجيا الهيكلية الحديثة. حتى الآن ، تتطلب جميع إجراءات وصف حركات البروتين معرفة الإحداثيات الذرية - أي المواقع الدقيقة للذرات. ومع ذلك ، مع انتقال مجال البيولوجيا الهيكلية إلى عصر المجمعات الجزيئية الفائقة والبروتينات المرتبطة بالغشاء ، كان هناك عدد متزايد من الحالات التي يمكن فيها فقط الحصول على صور ضبابية للجزيئات عن طريق ، على سبيل المثال ، الإلكترون البارد. الفحص المجهري (cryo-EM). إن معرفة الهياكل في هذه الحالات ليست أكثر بكثير من الأشكال الخشنة للجزيئات. لذلك ، فإن السؤال الصعب هو ما إذا كان يمكن للمرء أن يصف حركات البروتين ، على الأقل السمات الإجمالية ، بناءً على صورته غير الواضحة. لن يؤدي نجاح مثل هذه الطريقة فقط إلى تعزيز قدرة الفرد على نمذجة حركات البروتين إلى مستوى جديد تمامًا في بيولوجيا الهيكل ، ولكنه سيؤثر أيضًا بشكل عميق على مجالات أوسع مثل المعلوماتية الحيوية ، والجينوميات الهيكلية ، والبروتيوميات ، التي يمكن من خلالها استخلاص القدرة الوظيفية. المعلومات من النماذج الهيكلية غير المحددة جيدًا مهمة للغاية.

في ضوء هذا التحدي ، قمنا بتطوير طريقة حسابية ، نموذج التشوه الكمي المرن (QEDM) ، من خلال الجمع بين العديد من الأساليب الحالية التي تم تطويرها لأغراض ذات صلة ، ولكنها مختلفة ، وتوسيع نطاقها. توضح النتائج بوضوح أنه بدون معرفة تسلسل الأحماض الأمينية والإحداثيات الذرية ، فمن الممكن بالفعل استخراج معلومات حركات البروتين بكفاءة ، بدرجة معقولة من الدقة ، فقط من الشكل الخام والتوزيع الشامل للبروتين. الافتراض الأساسي هو أنه يمكن معاملة البروتين المطوي ككائن مرن وتوزيع كثافة الكتلة للكائن يعادل توزيع كثافة الإلكترون للبروتين. ثم يتم التعامل مع التقلبات الحرارية للهيكل على أنها تشوهات مرنة. هذا افتراض صالح خاصة بالنسبة للمجمعات الجزيئية الفائقة ، حيث يتم التوسط في التغييرات التوافقية المهمة وظيفيًا ، مثل حركات المجال (3) ، بواسطة حركات تشوه عالمية جماعية للهيكل. كما هو موضح في العديد من الدراسات لتحليل الوضع العادي القياسي (4-12) ، يمكن مطابقة مسارات التغييرات التوافقية المهمة وظيفيًا بواسطة أنماط التشوه الجوهرية منخفضة الطاقة. علاوة على ذلك ، فإن هذه الحركات العالمية الجماعية ليست حساسة للتواصل المحلي للبنية الجزيئية ، وبدلاً من ذلك ، فهي تتأثر بشكل أساسي بالشكل العالمي والتوزيع الشامل للجزيء (13).

في هذه الورقة ، نحدد أولاً إجراء QEDM ثم نبلغ عن التحقق من صحة QEDM باستخدام بروتينات ذات هياكل معروفة عالية الدقة.


محتويات

التحرير البيولوجي

يتم بلمرة الأحماض الأمينية عبر روابط الببتيد لتشكيل عمود فقري طويل ، مع بروز سلاسل جانبية مختلفة من الأحماض الأمينية على طوله. في النظم البيولوجية ، يتم إنتاج البروتينات أثناء الترجمة بواسطة ريبوسومات الخلية. يمكن لبعض الكائنات الحية أيضًا أن تصنع ببتيدات قصيرة عن طريق تخليق الببتيد غير الريبوسومي ، والذي غالبًا ما يستخدم الأحماض الأمينية بخلاف المعيار 20 ، ويمكن تدويره وتعديله وترابطه.

التحرير الكيميائي

يمكن تصنيع الببتيدات كيميائيًا عبر مجموعة من الطرق المعملية. عادةً ما تصنع الطرق الكيميائية الببتيدات بالترتيب المعاكس (بدءًا من الطرف C) لتخليق البروتين البيولوجي (بدءًا من الطرف N).

يُشار إلى تسلسل البروتين عادةً كسلسلة من الأحرف ، تسرد الأحماض الأمينية بدءًا من نهاية الطرف الأميني حتى نهاية طرف الكربوكسيل. يمكن استخدام رمز مكون من ثلاثة أحرف أو رمز أحادي الحرف لتمثيل 20 من الأحماض الأمينية التي تحدث بشكل طبيعي ، بالإضافة إلى الخلائط أو الأحماض الأمينية الغامضة (على غرار تدوين الحمض النووي). [1] [2] [3]

يمكن تسلسل الببتيدات مباشرة ، أو استنتاجها من تسلسل الحمض النووي. توجد الآن قواعد بيانات متسلسلة كبيرة تقوم بجمع تسلسلات البروتين المعروفة.

20 ترميز حمض أميني طبيعي
حمض أميني 3-حرف [4] 1-حرف [4]
ألانين علاء أ
أرجينين أرج ر
الهليون أسن ن
حمض الأسبارتيك حي د
سيستين السيستئين ج
حمض الجلوتاميك غلو ه
الجلوتامين جلن س
جليكاين جلاي جي
الهيستيدين له ح
إيسولوسين إيل أنا
يسين ليو إل
ليسين ليس ك
ميثيونين التقى م
فينيل ألانين Phe F
البرولين طليعة ص
سيرين سر س
ثريونين Thr تي
التربتوفان TRP دبليو
تيروزين صور ص
فالين فال الخامس
تدوين غامض من الأحماض الأمينية
رمز وصف ممثلة المخلفات
X أي حمض أميني أو غير معروف الجميع
ب أسبارتاتي أو أسباراجين د ، ن
ض الجلوتامات أو الجلوتامين ه ، س
ي ليسين أو آيزولوسين انا
Φ نافرة من الماء V، I، L، F، W، M
Ω عطرية F ، W ، Y ، H
Ψ أليفاتية V ، I ، L ، M
π صغير P ، G ، A ، S.
ζ محبة للماء S ، T ، H ، N ، Q ، E ، D ، K ، R ، Y
+ مشحونة إيجابيا K ، R ، H
- مشحون سلبيا د ، ه

بشكل عام ، البولي ببتيدات عبارة عن بوليمرات غير متفرعة ، لذلك يمكن تحديد هيكلها الأساسي في كثير من الأحيان من خلال تسلسل الأحماض الأمينية على طول العمود الفقري. ومع ذلك ، يمكن أن تصبح البروتينات مترابطة ، في الغالب عن طريق روابط ثاني كبريتيد ، ويتطلب الهيكل الأساسي أيضًا تحديد الذرات المتشابكة ، على سبيل المثال ، تحديد السيستين المتورطة في روابط ثاني كبريتيد البروتين. تشمل الروابط المتقاطعة الأخرى ديسموسين.

تحرير المشابهات

يمكن أن تخضع المراكز اللولبية لسلسلة البولي ببتيد لعملية التعرق. على الرغم من أنه لا يغير التسلسل ، إلا أنه يؤثر على الخصائص الكيميائية للتسلسل. على وجه الخصوص ، فإن إل- الأحماض الأمينية الموجودة عادة في البروتينات يمكن أن تتشابه تلقائيًا في C α < displaystyle mathrm >> ذرة لتشكيل د-الأحماض الأمينية ، والتي لا يمكن أن تشطرها معظم البروتياز. بالإضافة إلى ذلك ، يمكن أن يشكل البرولين أيزومرات متحولة مستقرة في رابطة الببتيد.

تعديل ما بعد الترجمة

أخيرًا ، يمكن أن يخضع البروتين لمجموعة متنوعة من التعديلات اللاحقة للترجمة ، والتي تم تلخيصها بإيجاز هنا.

يمكن تعديل المجموعة الأمينية N- الطرفية لبولي ببتيد تساهميًا ، على سبيل المثال ،

يمكن أيضًا تعديل مجموعة الكربوكسيل C- الطرفية لعديد ببتيد ، على سبيل المثال ،

أخيرًا ، يمكن أيضًا تعديل السلاسل الجانبية الببتيدية تساهميًا ، على سبيل المثال ،

  • الفسفرة
  • الارتباط بالجليكوزيل
  • الخداع (تشكيل السكسينيميد)
  • الهيدروكسيل
  • مثيلة
  • أستلة
  • كبريتات
  • برينيل و النخلة - C (= O) - (C H 2) 14 - C H 3 right) _ <14> -CH_ <3>>>
  • الكربوكسيل
  • ADP- الريبوسيل
  • التواجد في كل مكان و سومويل

تحدث معظم تعديلات عديد الببتيد المذكورة أعلاه بعد متعدية، أي بعد تصنيع البروتين على الريبوسوم ، يحدث عادةً في الشبكة الإندوبلازمية ، وهي عضية تحت خلوية للخلية حقيقية النواة.

تم تطبيق العديد من التفاعلات الكيميائية الأخرى (على سبيل المثال ، cyanylation) على البروتينات بواسطة الكيميائيين ، على الرغم من عدم وجودها في الأنظمة البيولوجية.

تحرير الانقسام والربط

بالإضافة إلى تلك المذكورة أعلاه ، فإن أهم تعديل للبنية الأولية هو انقسام الببتيد (عن طريق التحلل الكيميائي أو البروتياز). غالبًا ما يتم تصنيع البروتينات في شكل سلائف غير نشطة ، عادةً ما يحجب الجزء N-terminal أو C-terminal الموقع النشط للبروتين ، مما يثبط وظيفته. يتم تنشيط البروتين عن طريق شق الببتيد المثبط.

حتى أن بعض البروتينات لديها القدرة على تشقق نفسها. عادةً ما تهاجم مجموعة الهيدروكسيل لسيرين (نادرًا ، ثريونين) أو مجموعة ثيول من بقايا السيستين كربونيل من رابطة الببتيد السابقة ، وتشكل وسيطًا رباعي السطوح [مصنف على أنه هيدروكسيوكسازوليدين (Ser / Thr) أو هيدروكسي ثيازوليدين (Ser / Thr)) Cys) وسيطة]. يميل هذا الوسيط إلى العودة إلى شكل الأميد ، وطرد المجموعة المهاجمة ، نظرًا لأن شكل الأميد يُفضل عادةً بواسطة الطاقة الحرة ، (على الأرجح بسبب استقرار الرنين القوي لمجموعة الببتيد). ومع ذلك ، قد تجعل التفاعلات الجزيئية الإضافية شكل الأميد أقل استقرارًا ، حيث يتم طرد المجموعة الأمينية بدلاً من ذلك ، مما يؤدي إلى وجود رابطة استر (Ser / Thr) أو رابطة thioester (Cys) بدلاً من رابطة الببتيد. يسمى هذا التفاعل الكيميائي تحول N-O أسيل.

يمكن حل رابطة الإستر / ثيويستر بعدة طرق:

  • سيؤدي التحلل المائي البسيط إلى تقسيم سلسلة البولي ببتيد ، حيث تصبح المجموعة الأمينية النازحة هي الطرف N الجديد. يظهر هذا في نضوج الجليكوزيلاسباراجيناز.
  • يؤدي تفاعل القضاء على β أيضًا إلى تقسيم السلسلة ، ولكنه ينتج عنه مجموعة البيروفويل عند الطرف N الجديد. يمكن استخدام مجموعة البيروفويل هذه كعامل مساعد محفز مرتبط تساهميًا في بعض الإنزيمات ، وخاصة decarboxylases مثل S-adenosylmethionine decarboxylase (SAMDC) التي تستغل قوة سحب الإلكترون لمجموعة البيروفويل.
  • استرة داخل الجزيئات ، مما أدى إلى أ متفرعة بولي ببتيد. في inteins ، يتم كسر رابطة الإستر الجديدة بهجوم داخل الجزيء بواسطة الهليون C-terminal الذي سيصبح قريبًا.
  • يمكن أن تنقل الأسترة بين الجزيئات جزءًا كاملًا من عديد ببتيد إلى آخر ، كما يظهر في المعالجة التلقائية لبروتين القنفذ.

يعد ضغط تسلسل الأحماض الأمينية مهمة صعبة نسبيًا. تعد ضواغط تسلسل الأحماض الأمينية المتخصصة الموجودة منخفضة مقارنة بضواغط تسلسل الحمض النووي ، ويرجع ذلك أساسًا إلى خصائص البيانات. على سبيل المثال ، تكون عمليات الانقلاب النمذجة أكثر صعوبة بسبب فقدان المعلومات العكسي (من الأحماض الأمينية إلى تسلسل الحمض النووي). ضاغط البيانات الحالي غير المفقود الذي يوفر ضغطًا أعلى هو AC2. [5] يمزج AC2 نماذج سياق مختلفة باستخدام الشبكات العصبية ويرمز البيانات باستخدام التشفير الحسابي.

الاقتراح القائل بأن البروتينات كانت سلاسل خطية من الأحماض الأمينية ألفا قدمه عالمان في نفس المؤتمر عام 1902 ، الاجتماع الرابع والسبعين لجمعية العلماء والأطباء الألمان ، الذي عقد في كارلسباد. قدم فرانز هوفمايستر الاقتراح في الصباح ، بناءً على ملاحظاته حول تفاعل البيوريت في البروتينات. تبع هوفمايستر بعد بضع ساعات من قبل إميل فيشر ، الذي جمع ثروة من التفاصيل الكيميائية التي تدعم نموذج رابطة الببتيد. من أجل الاكتمال ، تم تقديم الاقتراح القائل بأن البروتينات تحتوي على روابط أميدية في وقت مبكر من عام 1882 من قبل الكيميائي الفرنسي إي. [6]

على الرغم من هذه البيانات والأدلة اللاحقة على أن البروتينات المهضومة بالبروتين أسفرت عن أوليجوبيبتيدات فقط ، فإن فكرة أن البروتينات كانت بوليمرات خطية وغير متفرعة من الأحماض الأمينية لم يتم قبولها على الفور. شكك بعض العلماء المحترمين مثل ويليام أستبري في أن الروابط التساهمية كانت قوية بما يكفي لتماسك مثل هذه الجزيئات الطويلة معًا ، وكانوا يخشون أن تؤدي التحركات الحرارية إلى هز مثل هذه الجزيئات الطويلة. واجه هيرمان ستودينجر تحيزات مماثلة في عشرينيات القرن الماضي عندما جادل بأن المطاط يتكون من جزيئات كبيرة. [6]

وهكذا نشأت عدة فرضيات بديلة. ال فرضية البروتين الغرواني ذكر أن البروتينات عبارة عن تجمعات غروانية من جزيئات أصغر. تم دحض هذه الفرضية في عشرينيات القرن الماضي من خلال قياسات التنبيذ الفائق بواسطة ثيودور سفيدبرج التي أظهرت أن البروتينات لها وزن جزيئي محدد جيدًا وقابل للتكاثر ومن خلال القياسات الكهربية بواسطة Arne Tiselius التي أشارت إلى أن البروتينات كانت جزيئات مفردة. الفرضية الثانية هي فرضية السيكلول قدمته دوروثي وينش ، اقترح أن البولي ببتيد الخطي خضع لإعادة ترتيب سيكلول كيميائي C = O + HN → < displaystyle rightarrow> C (OH) -N التي ربطت مجموعات أميد العمود الفقري لها ، وتشكيل ثنائي الأبعاد قماش. تم اقتراح الهياكل الأولية الأخرى للبروتينات من قبل العديد من الباحثين ، مثل نموذج ديكيتوبيبرازين اميل عبد الله الدين و نموذج pyrrol / piperidine من Troensegaard في عام 1942. على الرغم من عدم منحها الكثير من المصداقية ، تم دحض هذه النماذج البديلة أخيرًا عندما نجح فريدريك سانجر في ترتيب تسلسل الأنسولين [ عندما؟ ] ومن خلال التحديد البلوري للميوغلوبين والهيموغلوبين بواسطة ماكس بيروتز وجون كيندرو [ عندما؟ ] .

يمكن القول أن أي بوليمر متغاير السلسلة الخطية له "بنية أولية" عن طريق القياس باستخدام مصطلح البروتينات ، ولكن هذا الاستخدام نادر مقارنة بالاستخدام الشائع للغاية للإشارة إلى البروتينات. في الحمض النووي الريبي ، الذي يحتوي أيضًا على بنية ثانوية واسعة النطاق ، يُشار إلى السلسلة الخطية للقواعد عمومًا باسم "التسلسل" كما هو الحال في الحمض النووي (الذي يشكل عادةً حلزونًا مزدوجًا خطيًا بهيكل ثانوي صغير). يمكن أيضًا اعتبار البوليمرات البيولوجية الأخرى مثل السكريات المتعددة ذات بنية أساسية ، على الرغم من أن الاستخدام ليس قياسيًا.

يحدد الهيكل الأساسي للبوليمر البيولوجي إلى حد كبير الشكل ثلاثي الأبعاد (البنية الثلاثية). يمكن استخدام تسلسل البروتين للتنبؤ بالسمات المحلية ، مثل أجزاء البنية الثانوية ، أو مناطق الأغشية العابرة. ومع ذلك ، فإن تعقيد طي البروتين يحظر حاليًا التنبؤ بالبنية الثلاثية للبروتين من تسلسله وحده. إن معرفة بنية تسلسل متماثل مشابه (على سبيل المثال عضو من نفس عائلة البروتين) يسمح بالتنبؤ الدقيق للغاية للبنية الثالثة من خلال نمذجة التماثل. إذا كان تسلسل البروتين كامل الطول متاحًا ، فمن الممكن تقدير خصائصه الفيزيائية الحيوية العامة ، مثل نقطة تساوي الكهرباء.

غالبًا ما يتم تحديد عائلات التسلسل من خلال التجميع التسلسلي ، وتهدف مشاريع الجينوميات الهيكلية إلى إنتاج مجموعة من الهياكل التمثيلية لتغطية مساحة التسلسل للتسلسلات غير المتكررة المحتملة.


الأساس الجزيئي والخلوي لفشل الكبد

كونستانس موبلي ، علي زارينبار ، في زراعة الكبد (الطبعة الثالثة) ، 2015

ترتبط إشارات JNK بموت الخلايا وبقائها وتمايزها وانتشارها وتكوين الأورام في خلايا الكبد. من المعروف أن JNKs تنظم جزيئات الإشارة ، مثل Mcl-1 و Bid عن طريق الفسفرة. على الرغم من أن مسارات تحويل الإشارة يمكن أن تنتج مجموعة متنوعة من النتائج الفسيولوجية ، إلا أن مسارات الإشارات السامة للخلايا التي يبدأها الغشاء / العضية غالبًا ما تتقارب على JNK. يتم التعبير عن اثنين من بروتينات JNK الثلاثة المعروفة في الكبد. يمكن تنشيط كلاهما من خلال مسارات الإجهاد ER للاستماتة وقد يكون أيضًا مسار موت الخلايا بواسطة أنواع الأكسجين التفاعلية المستقلة عن كاسباس. يؤدي تنشيط JNK المستدام إلى موت الخلية ويحدث عن طريق تعديل بروتينات عائلة Bcl-2 ، مع نفاذية الميتوكوندريا اللاحقة. يعد تجنيد JNK المنشط إلى الغشاء الخارجي للميتوكوندريا خطوة مهمة في تحريض موت خلايا الكبد بوساطة JNK ، وتعد الميتوكوندريا Bcl-xL و Mcl-1 ركائز لـ JNK. علاوة على ذلك ، فقد ثبت أن إصابة الكبد بنقص التروية - ضخه تتسبب في تنشيط JNK1. في النماذج التجريبية ، منعت مثبطات محددة لـ JNK تحريض Bak ، وتدهور العطاء ، وتنشيط caspase-3 ، والسيتوكوندريا ج إطلاق ، في نهاية المطاف التخفيف من نخر الخلايا الكبدية وموت الخلايا المبرمج بعد نقص التروية - ضخه أو زرع الكبد. 52


توقع بنية البروتين

مايكل جروميا ، في المعلوماتية الحيوية البروتينية ، 2010

5.3.4 الملامح الكارهة للماء

ظل تحليل الكراهية المائية في محور التركيز لفهم طي البروتين واستقراره ، وخاصة الهياكل الثانوية للبروتينات ، والمناطق الداخلية والخارجية ، ومواقع المستضدات ، ودوريات توزيع المخلفات ، والمناطق المرتبطة بالأغشية. قام روز (1978) بحساب أول ملف تعريف للكراهية المائية لمجموعة من البروتينات للتنبؤ بمناطق الانعطاف فيها. ملف تعريف الكره للماء هو رسم بياني يوضح الكراهية المحلية لتسلسل الأحماض الأمينية كدالة للموضع. لعرض مخطط كارهة للماء ، يتعين على المرء أن يختار مقياس كارهة للماء وإجراء متوسط. من الممكن أيضًا الحصول على المظهر الجانبي دون أي متوسط ​​لمؤامرة مقاومة الماء بقايا مفردة. كمثال ، يظهر المظهر الجانبي للكره للماء من الليزوزيم T4 باستخدام مقياس الكراهية للماء المحيط (Ponnuswamy and Gromiha ، 1993) في الشكل 2.14 ب .

سيد وآخرون. (1992) أنتج ملامح كره للماء للعديد من البروتينات باستخدام مقياس الكراهية للماء المحيط (Ponnuswamy et al. 1980) والقواعد العامة المشتقة لتحديد الهياكل الثانوية. يتم عرض الملامح الكارهة للماء لحلزونات α ، خيوط المدفونة والمكشوفة والمنعطفات في الشكل 5.4 . تم أخذ الحقائق التالية في الاعتبار لرسم الملامح: (1) تحدث المنعطفات في تلك المواقع في سلسلة البولي ببتيد حيث تكون الكراهية للماء عند الحد الأدنى المحلي ، (2) توجد الحلزونات عمومًا بالقرب من سطح البروتين وتميل إلى لها أسطح محبة للماء وكارهة للماء على جوانب متقابلة. تنشأ هذه الحقيقة مناطق متناوبة ذات كراهية منخفضة وعالية للماء مع تواتر كل 3 إلى 4 بقايا ، بما يتوافق مع دورية α-helix لـ 3.6 من بقايا الأحماض الأمينية ، (3)-strands لديها ميل إلى أن تكون مدفونة في الجزء الداخلي من البروتين ، الذي يظهر من خلال مجموعة من بقايا الأحماض الأمينية الكارهة للماء في منطقة التسلسل حيث يحدث β-strand ، و (4) القليل من خيوط الموجودة على سطح البروتين ستظهر وجود أحماض أمينية متناوبة كارهة للماء ومحبة للماء بقايا. مزايا هذه الطريقة هي كما يلي: (1) أنها بسيطة ، (2) تتنبأ بالدوران والحلقات بدقة كبيرة ، (3) عند التنبؤ بالخيوط β ، يمكنها التمييز بين الخيوط المكشوفة والمدفونة ، و (4) يوفر معيارًا مستقلاً للتمييز بين الهياكل الحلزونية و في المناطق التي يقدمون فيها احتمالات مماثلة وفقًا لطريقة Chou and Fasman (1974). تتمثل العيوب الرئيسية في أنه (1) لا يمكن التمييز بين الهياكل الحلزونية المدفونة وخيوط المدفونة ، و (2) قاعدة البيانات لا تتضمن جميع أنواع البروتينات ، مثل بروتينات الغشاء أو البروتينات السكرية ، وبالتالي فإن تطبيقها مقيد.

الشكل 5.4. الملامح الأساسية الأربعة للكراهية للماء: (أ) هيكل حلزوني مكشوف ، (ب) خيط مكشوف ، (ج) β-turn و (د)-strand مدفون.

تم تكييف الشكل من Cid et al. (1992).

اتبع Gromiha و Ponnuswamy (1995) طريقة Cid et al. (1982) وأنشأ ملفات تعريف مختلفة للكراهية للماء بأحجام نوافذ مختلفة لجميع البروتينات من فئة α و all-والمختلطة. تم دمج هذه الملامح مع تفضيل بقايا الأحماض الأمينية في مواضع N - 1 و N و C و C + 1 من α-helices و-strands للتنبؤ بالتركيبات الثانوية للبروتينات الكروية. يمكن أن توفر هذه الأساليب القائمة على كره الماء الأساس المادي للهياكل الثانوية ، والدقة متواضعة.


مشهد الطاقة الحرة - تسلسل الأحماض الأمينية في طي البروتين

باستخدام الضغط لتعطيل البروتينات المطوية ، سيقوم باحثو التكنولوجيا الحيوية في معهد Rensselaer Polytechnic (RPI) باستكشاف مسار البروتين من حالته غير المطوية إلى الحالة المطوية. البحث ، المدعوم بمنحة قدرها 1.2 مليون دولار من National Science Foundation (NSF) ، يعزز قدرتنا على تحسين البروتينات للتطبيقات الصناعية والصيدلانية.

تتشكل البروتينات عن طريق سلاسل من الأحماض الأمينية التي - بمجرد تجميعها - تلتف وتدور ، وتنطوي في النهاية على هياكل ثابتة ثلاثية الأبعاد. يمكن أن تكون الرحلة من سلسلة نشطة للغاية من الأحماض الأمينية إلى البروتين المطوي المستقر نسبيًا مباشرة ، أو يمكن أن تنطوي على العديد من المسارات المتوازية أو التوقف على طول الطريق. تتمثل إحدى طرق تعريف هذا التحول في رسم خريطة احتمالية أن يسكن البروتين في كل من التوافقات التي قد يفترضها بين الحالات غير المطوية والمطوية ، وهو ملف تعريف يسمى "مشهد الطاقة الحرة" للبروتين.

"سؤالنا الأساسي هو: لماذا تمنحك سلسلة معينة من الأحماض الأمينية مشهدًا خاصًا للطاقة الحرة؟" قالت كاثرين روير ، أستاذة العلوم البيولوجية في رينسيلار والباحثة الرئيسية في المشروع. "هذا يعني أن بعض البروتينات تملأ فقط الحالة المطوية والحالة غير المطوية ولا يمكنك أن ترى أي شيء بينهما. في حين أن البروتينات الأخرى لديها العديد من الحالات المختلفة التي تسكنها ، وإذا قمت بفتح البروتين ، فسوف تملأ هذه الحالات جزئيًا على الأقل أثناء انتقالك إلى مرحلة الانتقال ".

يساهم بحث Royer ، الذي تم إجراؤه في مركز التكنولوجيا الحيوية والدراسات متعددة التخصصات ، في البوليتكنيك الجديد، نموذج جديد للتدريس والتعلم والبحث في Rensselaer ، والذي يتمثل أساسه في الاعتراف بأن التحديات والفرص العالمية كبيرة جدًا بحيث لا يمكن معالجتها من قبل أكثر الأشخاص الموهوبين الذين يعملون بمفردهم ، ولا حتى من خلال قطاع واحد. ، أو الأمة. البوليتكنيك الجديد تمكن التعاون بين الموهوبين عبر التخصصات والقطاعات والمناطق العالمية ، من أجل معالجة المشاكل المعقدة في العالم.

يعد فهم مشهد الطاقة الحرة أمرًا ضروريًا لتحسين البروتينات الموجودة أو إنشاء أدوية لتغيير البروتينات. لأداء وظيفتها ، يجب أن تصل البروتينات إلى حالات مختلفة. يمكن أن تؤدي التعديلات على البروتين ، مثل الأدوية التي ترتبط بالبروتين ، إلى تعديل مشهد الطاقة الحرة ، مما يسهل أو يصعب على هذا البروتين الوصول إلى حالات مختلفة وأداء وظيفته.

ومع ذلك ، لا يُعرف الكثير عن كيفية تأثير تسلسل الأحماض الأمينية على مشهد الطاقة الحرة. لمعرفة المزيد ، يجب أن يكون الباحثون قادرين على توصيف البروتينات - بشكل حيوي وبنيوي - أثناء التحول ، لتحديد احتمال أن يسكن البروتين في كل من التوافقات التي يمكن أن يفترضها. نظرًا لأن التحول سريع ، طور الباحثون العديد من التقنيات لتعطيل البروتينات المطوية في مطابقة مختلفة. أحد هذه الأساليب هو استخدام الضغط ، والذي ، كما قال رويير ، يمكن أن يوفر رؤى حصرية حول طي البروتين.

على الرغم من أن البروتين عبارة عن سلسلة مطوية من الأحماض الأمينية ، فإن الهيكل المطوي مليء بثقوب صغيرة - زوايا وأركان فارغة حيث لا يتم تجميع الهيكل المطوي معًا بشكل مثالي. يؤدي الضغط الذي يمارس على البروتين إلى حدوث اضطرابات في منطقة الثقوب ، ويكشف عن العلاقة - المسماة "التعاونية" - بين طي الأجزاء المختلفة من البروتين.

قال رويير: "الحالة المطوية للبروتين لها حجم مولاري أكبر من الحالة غير المطوية ، لذلك ، من المثير للاهتمام بما فيه الكفاية ، وإلى حد ما عكس الحدس ، عندما تضغط على البروتينات في المحلول ، فإنها لا تنضغط كثيرًا ، بل تتكشف". "يبدو الضغط شديدًا للغاية ، لكنه في الواقع اضطراب خفيف للغاية."

بدمج الضغط مع الرنين المغناطيسي النووي الذي يعطي معلومات حول ما يحدث في كل مكان في البروتين ، سيستخدم الباحثون الضغط لرسم خريطة تجريبية لمناظر الطاقة الحرة القابلة للطي لبروتينات نموذجية مختارة ، ولتحديد التسلسل والمحددات الهيكلية لتعاونهم القابل للطي ، والبدء ، والمسارات.

Royer خبير في الفيزياء الحيوية الجزيئية ، وهو كرسي كوكبة في الحوسبة الحيوية والمعلوماتية الحيوية ، وأستاذ في قسم العلوم البيولوجية في كلية العلوم ، وعضو في مركز التكنولوجيا الحيوية والدراسات متعددة التخصصات. يسعى بحث Royer إلى فهم الآليات الفيزيائية التي تعمل بها الجزيئات البيولوجية ، مع اهتمام آخر بالآليات التي تلعب دورًا حيث يتم نسخ الحمض النووي إلى RNA الرسول - مع إيلاء اهتمام خاص لكيفية تأثير ذلك على دورة الخلية - وفي طي البروتينات التي كانت موجودة. توليفها الريبوسوم.


ABACUS2: تصميم تسلسل البروتين

لتصميم تسلسلات الأحماض الأمينية التي تهدف إلى طيها في بنية العمود الفقري التي يوفرها المستخدم. يتم تحقيق ذلك من خلال تحسين وظيفة الطاقة الإحصائية ABACUS (مسح استخدام Amino aCid القائم على العمود الفقري) فيما يتعلق بالتسلسل.

للحصول على وصف تفصيلي للطريقة ، يرجى قراءة المراجع.

إذا كنت بحاجة فقط إلى تسجيل التوافق بين تسلسل موجود وهيكل العمود الفقري باستخدام نموذج ABACUS ، فيمكنك استخدام خدمة ABACUS Score.

إذا كانت لديك أي مشكلة أو اقتراح ، فيرجى الاتصال بـ [email protected]>.

مراجع:

  • شيونغ ف ، وانغ إم ، وآخرون. تصميم بروتين مع وظيفة طاقة إحصائية شاملة ومدعوم باختيار تجريبي لقابلية الطي [J]. اتصالات الطبيعة ، 2014 ، 5: 5330.
  • شيونغ ف وآخرون. زيادة كفاءة ودقة طريقة تصميم تسلسل البروتين ABACUS [J]. المعلوماتية الحيوية ، 2020 ، 36 (1): 136-144.
معمل البيولوجيا الحاسوبية & نسخ جميع الحقوق محفوظة
/> جامعة الصين للعلوم والتكنولوجيا
/> كلية علوم الحياة

إحداثيات الأحماض الأمينية في تسلسل البروتين - علم الأحياء

يجب على البشر تضمين كميات كافية من 9 أحماض أمينية في نظامهم الغذائي. لا يمكن تصنيع هذه الأحماض الأمينية "الأساسية" من السلائف الأخرى. ومع ذلك ، يمكن للسيستين أن يفي جزئيًا بالحاجة إلى الميثيونين (كلاهما يحتوي على الكبريت) ، ويمكن أن يكون التيروزين بديلاً جزئيًا للفينيل ألانين.

الأحماض الأمينية الأساسية
الهيستيدين
إيسولوسين
يسين
ليسين
ميثيونين (و / أو سيستين)
فينيل ألانين (و / أو تيروزين)
ثريونين
التربتوفان
فالين

اثنان من الأحماض الأمينية الأساسية ، ليسين و التربتوفان، ضعيفة التمثيل في معظم البروتينات النباتية. وبالتالي يجب على النباتيين الصارمين التأكد من أن نظامهم الغذائي يحتوي على كميات كافية من هذين الأحماض الأمينية.

يمكن أن يوجد 19 من الأحماض الأمينية العشرين المذكورة أعلاه في شكلين في ثلاثة أبعاد. رابط للمناقشة.


مقدمة

تعدل العديد من البكتيريا سالبة الجرام ذات أنماط الحياة التكافلية أو الطفيلية بيئتها ، الخلية المضيفة حقيقية النواة ، عن طريق إفراز البروتينات البكتيرية في الخلية المضيفة من خلال نظام الإفراز من النوع الثالث (TTSS) [1]. الدور الفريد الذي يلعبه النقل الوسيط من النوع الثالث في إنشاء العدوى والحفاظ عليها أيضًا يجعلها آلية رئيسية للإصابة البكتيرية [2] - [4]. في حين تم إحراز تقدم كبير في حل بنية TTSS نفسها مؤخرًا [5] ، إلا أن هوية ووظيفة عدد قليل من بروتينات المستجيب لا تزال مفهومة جيدًا حتى الآن. وتشمل هذه عوامل ضراوة مختلفة ، والتي تتفاعل مع مسارات إشارات الخلية لقمع الاستجابة المناعية عن طريق إحداث موت الخلايا المبرمج في البلاعم مثل يرسينا المستجيب YopJ أو ملف السالمونيلا المستجيب SipB [6] ، [7]. تتلاعب المؤثرات المعروفة الأخرى بالسيليتون الخلوي عن طريق إعادة ترتيبات الأكتين كما هو موصوف لـ السالمونيلا المستجيب SipA [8]. تختلف ترسانة المؤثرات المعروفة بشكل كبير بين الأنواع البكتيرية المختلفة بسبب التكيف مع مضيفات مختلفة واستراتيجيات البقاء المختلفة [9] وحتى بين سلالات مختلفة من نفس الكائن الحي كما هو موضح في سيودوموناس سيرينجاي [10].

يعتمد التحديد التجريبي للمؤثرات الجديدة على مقايسات الانتقال باستخدام بروتينات الاندماج لمستجيب مفترض مع جين مراسل [11] - [14] أو الكشف عن المستجيبات في الثقافة الطافية [11]. في العديد من هذه الدراسات ، يتم اشتقاق المعلومات السابقة حسابيًا من الجينوم أو من تسلسل البروتين لإنشاء قوائم مرشحة من المؤثرات المفترضة قبل اختبارها في اختبار مناسب. تم استخدام التماثل مع بروتينات المستجيب المعروفة في شاشة للمستجيبات في الممرض الإشريكية القولونية سلالة O157 [11]. تم استخدام التوطين الكروموسومي المشترك للمؤثرات المفترضة مع المرافقين المرتبطين بـ TTSS في البورديتيلا القصبي [15]. تم استغلال تنظيم النسخ المشترك مع عناصر TTSS لاكتشاف المؤثرات المفترضة في P. syringae [13] ، [16]. في نفس الكائن الحي ، تم التعرف على تركيبة غير عادية من الأحماض الأمينية في N-termini للمستجيبات على أنها خاصية مميزة لبروتينات المستجيب وتستخدم لتحديدها [16] - [18].

في كل هذه الأساليب ، نجح التحليل الحسابي في الحد من عدد المرشحين الذين يجب تضمينهم في التحليلات التجريبية من أجل العثور على مؤثرات جديدة. ومع ذلك ، لا تكون أي من هذه الطرق شاملة أو قابلة للتطبيق بشكل عام. يمكن للمقاربات القائمة على التنادد أن تكتشف فقط المؤثرات التي هي أعضاء في عائلات فاعلية معروفة ، وهذه هي في الغالب محددة لأنواع بكتيرية معينة معروفة. تحتاج الأساليب التي تستخدم التنظيم المشترك النسخي إلى معرفة محفز معين لمؤثر TTSS والذي لم يتم وصفه بعد لمعظم البكتيريا التي تمتلك TTSS. لم يتم حتى الآن وصف تركيبة الأحماض الأمينية غير العادية في المستجيب N-termini واستغلالها في الشاشات في P. syringae. لا يمكن تطبيق التوطين المشترك للكروموسومات إلا إذا كانت المؤثرات والبروتينات أو المرافق المرتبطة بـ TTSS متجمعة في القرب الجيني كما هو موصوف لجزر الإمراضية في السالمونيلا [19]. ومع ذلك ، فإن هذه الجزر المسببة للأمراض غائبة في البكتيريا الأخرى المعروفة بإيوائها TTSS مثل الكلاميديا، حيث تنتشر الجينات المشفرة للمؤثرات المعروفة حول الجينوم [20] ، [21].

من أجل إنشاء طريقة عامة للتنبؤ بالبروتينات المفرزة من النوع الثالث ، فإن الطريقة الأكثر مباشرة هي تحديد إشارة جزيئية عامة تؤدي إلى التعرف المحدد على بروتينات المستجيب بواسطة TTSS. ومع ذلك ، فإن التركيب الجزيئي لإشارة الإفراز هذه غير معروف حتى الآن. ثبت أن ربط مرافقين محددين ضروري في بعض الحالات [22] ولكن لا يبدو أنه شرط أساسي عام. Several studies indicate a signal in the N-terminus either encoded in the underlying mRNA [23],[24] or in the peptide [12],[25],[26]. Subtil et al., for example, successfully screened for TTSS effectors using fusion proteins consisting of a chlamydial N-terminus and a reporter gene in a heterologous شيغيلا فلكسنري assay [12]. This experiment showed that the first 15 amino acids are sufficient for the secretion of several chlamydial effectors.

In this work we demonstrate that information derived from N-terminal peptides is universally applicable to successfully predict type III secreted proteins. We have implemented EffectiveT3, the first general prediction software for type III effector proteins. This software is based on a machine learning approach and can be applied to single proteins as well as complete proteomes. We investigate the molecular shape (i.e., length, position, composition) of the signal captured by the EffectiveT3 software and demonstrate that the signal is taxonomically universal. We applied the EffectiveT3 software to 739 prokaryotic proteomes and discuss the sizes of predicted secretomes.


Coordinates of amino acids in a protein sequence - Biology

Amino Acids and Protein

Brooklyn International High School

Summer Research Program for Science Teachers

Subject: Living Environment (Biology)

This is a great activity to help students build on the following concepts:

Proteins are made of amino acids.

There are many different proteins in our body and they have different functions.

The order of amino acids determines the type of protein and its function.

Other concepts can be built into this lesson. Prior to this lesson, students would have experienced several lessons on atoms and molecules, then on monomers and polymers in sugar and starch. Students also would have learned about DNA, and done a lab on extracting DNA.

In the activity students build protein bracelets using beads with different colors and shapes that represent the different amino acids. Table I in the activity sheet identifies the different beads. I buy the beads at a bead shop. You may need to modify Table I in order to match the beads you have. You can email me if you need the Word document for this. One can also order the beads online. In terms of string, I use the stretchy string to make them. This can also be purchased at a bead shop. Make sure you buy enough beads and stretch string so each student can make at least one bracelet.

I offer students the chance to make a bracelet and give the bracelet to someone else. The gift tags are on the last page of the activity sheet. I usually photocopy and cut the gift tags and I have them located in front of the classroom. Students can come up and get one. They enjoy giving the gift of protein to family and friends. (e.g., Relax, or Health).

Aim: What are proteins, what is their function, and what are the building blocks of proteins?

Do Now: In some countries, children who do not get enough protein develop large stomachs. لماذا ا؟

After students complete the Do Now, the teacher can start class by talking about the Do Now and then asking students questions about prior lessons:

What is the basic unit of life?

Where is DNA located in the cell?

Why is it located in the nucleus?

How can you remove the DNA?

What does soap do to grease?

What did your DNA look like when you extracted it?

Today we are going to do two things. First we will read an article about a disease caused when people do not get enough protein in their diet. Then we will do an activity in which we make models of proteins.

Read article by having different students take turns reading. Discuss the article with students. Elicit from students that we need protein in for structure and regulation of our bodies.

Transition to the activity on making protein bracelets. Ask students, Remember what makes up starch? Glucose. Explain that protein is similar. It is a polymer and it is made up of monomers. What makes up proteins? These building blocks are known as أحماض أمينية. There are about 20 types of amino acids in the human body. How many different types of proteins do you think you have? Take different responses. Explain that there are more than 20,000 types of proteins in the human body. كيف يكون هذا ممكنا؟ 20 types of amino acids, but more than 20,000 types of proteins? It is possible.

Here is a good example: How many words are there in the English language? How many letters are there? There are only 26 letters but there are over 100,000 words in the English language. Elicit from students how this is possible.

Start by writing the word mad. Can anyone use these letters to make a different word? A student will identify the word dam. Are there other words that have similar letters? Perhaps write down adam, madam.

Proteins are similar. The order of letters determines the meaning of a word (example: mad versus dam). The order of amino acids determines the type of protein and its function.

Read through the activity sheet (PDF) and complete the activity. Students make anywhere from one or several protein bracelets. Have students work together and then answer the questions in groups or individually. Review the questions at the end.

National Science Standards

Life Science, Content Standard C: In all organisms, the instructions for specifying the characteristics of the organism are carried in DNA, a large polymer formed from subunits of four kinds (A, G, C, and T).

Most cell functions involve chemical reactions. Food molecules taken into cells react to provide the chemical constituents needed to synthesize other molecules. Both breakdown and synthesis are made possible by a large set of protein catalysts, called enzymes.

New York State Science Standards (Living Environment)

1.2h: Many organic and inorganic substances dissolved in cells allow necessary chemical reactions to take place in order to maintain life. Large organic food molecules such as proteins and starches must initially be broken down (digested to amino acids and simple sugars respectively), in order to enter cells. Once nutrients enter a cell, the cell will use them as building blocks in the synthesis of compounds necessary for life.

2.1g: Cells store and use coded information. The genetic information stored in DNA is used to direct the synthesis of the thousands of proteins that each cell requires.

2.1i: The work of the cell is carried out by the many different types of molecules it assembles, mostly proteins. Protein molecules are long, usually folded chains made from 20 different kinds of amino acids in a specific sequence. This sequence influences the shape of the protein. The shape of the protein, in turn, determines its function.

5.1c: In all organisms, organic compounds can be used to assemble other molecules such as proteins, DNA, starch, and fats. The chemical energy stored in bonds can be used as a source of energy for life processes.


شاهد الفيديو: بحث استقلاب البروتينات ج1 (أغسطس 2022).