معلومة

معلمات بنية البروتين

معلمات بنية 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 أتساءل عن الحد الأدنى من مجموعة المعلمات اللازمة لتحديد بنية البروتين. ما أفهمه هو أن هندسة العمود الفقري يتم تحديدها من خلال زوايا phi و psi (زوايا الالتواء) ، ومن ثم يتم تحديد دوارات السلسلة الجانبية من هذا القالب. هل هذا كافٍ لإنتاج بنية هندسية ، أم أن هناك عوامل أخرى متضمنة؟

في ملاحظة ذات صلة ، كيف تتم مقارنة بنيتين بروتينيتين بالضبط؟ غالبًا ما أرى إشارات إلى نسبة التشابه ، لكن ماذا يعني هذا حقًا؟ في بنك بيانات البروتين ، يتم إعطاء الإحداثيات الذرية ، لكن حدسي هو أن الإحداثيات مهمة فقط بالنسبة إلى جميع الأحماض الأمينية الأخرى في السلسلة. بعبارة أخرى ، قد تبدو مقارنة الإحداثيات المطلقة غير مفيدة.


يعتمد ذلك على مدى دقة الوصف الذي تريده. عادة ما يتم افتراض أطوال الرابطة المثالية ، لذلك يمكن وصف الهيكل باستخدام زوايا φ و ψ و ω (للعمود الفقري) و χ1-χ5 (للسلسلة الجانبية). هذا هو ما يستخدم في معظم الحالات. ومع ذلك ، لم يتم تحديد مواضع الهيدروجين في السلسلة الجانبية بشكل فريد من خلال هذا الوصف. هذا أيضًا لا يصف روابط الهيدروجين وجسور ثاني كبريتيد ، ولكن يمكن استنتاجها من المواضع النسبية.

يمكنك الحصول على مزيد من المعلومات هنا: http://kinemage.biochem.duke.edu/teaching/anatax/html/anatax.1b.html

يجب أن يكون هذا الوصف كافيًا لمعظم التطبيقات.


مقارنة تراكيب البروتين

هناك عدد من الأشياء التي يمكنك النظر إليها مثل جذر متوسط ​​الانحراف التربيعي. تقارن هذه الطريقة إحداثيات هيكلين عن طريق تراكبهما فوق بعضهما البعض.

  • RMSD: يتم تنفيذ ذلك في نموذج النمذجة أو يمكن استخدامه في USCF Chimera
    • سيوفر RMSD عددًا في مربع أنجستروم ، مع وجود قيم أعلى تشير إلى الاختلافات الهيكلية. يشير RMSD البالغ 0.0 إلى أن الهياكل متطابقة. هناك أنواع مختلفة من حسابات RMSD مثل C-alpha والعمود الفقري وكل الذرة. سيبحث C-alpha RMSD فقط في ذرات C-alpha لحساب RMSD. سينظر العمود الفقري RMSD إلى العمود الفقري فقط وسيأخذ كل الذرة في الاعتبار جميع الذرات لحساب RMSD.

أشياء أخرى للنظر إليها

  • بافتراض أن الهيكل قد تم إنشاؤه بنفسك ، هل تم تصغير الهيكل؟ لإزالة الاشتباكات؟

  • بالإضافة إلى زوايا phi و psi والمذكورة أعلاه ، هل تحققت من وجود اشتباكات في الهيكل الخاص بك؟ يمكن التحقق من التعارضات في الوهم USCF الذي يتحقق من وجود اشتباكات بقيمة افتراضية 0.6 أنجستروم فان دير الحائط يتداخل نصف قطرها.


SWISS-MODEL: نمذجة هيكل البروتين الثلاثي والرباعي باستخدام المعلومات التطورية

ماركو بياسيني ، ستيفان بينيرت ، أندرو ووترهاوس ، كونستانتين أرنولد ، غابرييل ستودر ، توبياس شميدت ، فلوريان كيفر ، تيزيانو جالو كاسارينو ، مارتينو بيرتوني ، لورنزا بوردولي ، تورستن شويدي ، SWISS-MODEL: نمذجة بنية البروتين الثالث والرباعي باستخدام المعلومات التطورية ، بحوث الأحماض النووية، المجلد 42 ، العدد W1 ، 1 يوليو 2014 ، الصفحات W252-W258 ، https://doi.org/10.1093/nar/gku340


معلمات بنية البروتين - علم الأحياء

Cubic هي أداة تم تطويرها بواسطة مختبر بيولوجيا الأنظمة الحاسوبية في جامعة جورجيا لاستخدامها في التنبؤ بموقع ربط البروتين. تم تطوير Cubic في الأصل من قبل الدكتور فيكتور أولمان ، ثم تم تطويره وتحسينه (حتى 10 أضعاف السرعة على الأجهزة ذات وحدة المعالجة المركزية الواحدة) من قبل الدكتور جيزو لو. يقبل Cubic تسلسلات up-stream وبعض المعلمات الأخرى كمدخلات ويولد مجموعة من مواقع الربط وأهميتها الإحصائية كمخرجات.

JCUBIC عبارة عن واجهة مستخدم رسومية تستند إلى Java لبرنامج CUBIC والتي يمكن استخدامها للتنبؤ بموقع ربط عامل النسخ.

برنامج JPOP (التنبؤ المشترك للعملاء) JPOP عبارة عن مجموعة من برامج جافا ونصوص Mathlab للمساعدة في التنبؤ بهياكل الأوبرا. يدمج JPOP ثلاثة مصادر للمعلومات الجينومية للتنبؤ بهياكل الأوبرا في جينوم متسلسل:

مشاريع مغلقة المصدر عن طريق تنزيل أي من الحزم التالية ، فإنك توافق على استخدام برامج محمية من مختبرات أوك ريدج الوطنية (ORNL) ومختبر بيولوجيا النظام الحسابي (CSBL) بجامعة جورجيا أثينا ، لأغراض البحث فقط. لن تقوم بنقل أو إعادة توزيع هذا البرنامج إلى مختبرات أخرى. أنت توافق على أن أي تقرير عام أو نشر للنتائج التي تم الحصول عليها باستخدام البرامج المحمية سيقر باستخدامه من خلال الاستشهاد المناسب.
لا يغطي هذا الترخيص ولا ينطبق على البرامج مفتوحة المصدر الصادرة عن CSBL.

الدليل على الإنترنت

توقع الحزمة بأكملها

توقع بالأجزاء:

مجلد صندوق التوقعات prospect_bin.tar.gz (2 ميجا)
صندوق توقع لمجلد MacosXprospect_bin_macosx.tar.gz (4 ميجا)
مجلد بيانات Prospect prospect_data.tar.gz (94 ميجا)


إذا كنت تستخدم PROSPECT ، فيرجى الرجوع إلى:

إذا كنت تستخدم Domainparser2 ، فيرجى الرجوع إلى:

الدليل على الإنترنت

برنامج يشمل Java VM بدون Java VM سطر الأوامر القابل للتنفيذ
كمبيوتر شخصي (Windows) تحميل (7344K) تحميل (1492K) تحميل (120K)
سولاريس تحميل (7684K) تحميل (1312K) تنزيل (72K)
لينكس تحميل (7684K) تحميل (1312K) تنزيل (72K)
دي إي سي ألفا تحميل (7692K) تحميل (1320K) تحميل (116K)

ملاحظة: تحتوي حزم الواجهة (بما في ذلك Java VM أو بدون Java VM) على ملفات تنفيذية لسطر الأوامر.

إذا كنت تستخدم حفارة ، يرجى الرجوع إلى:

Qu Y، Guo JT، Olman V، Xu Y. (2004) تنبؤ بنية البروتين باستخدام بيانات اقتران ثنائية القطب متفرقة. الدقة الأحماض النووية ، 32 ، 551-561.

Y. Qu، J.-T. Guo ، V. Olman ، و Y. Xu ، التعرف على طية البروتين من خلال تطبيق بيانات اقتران ثنائي القطب المتبقي ، ندوة المحيط الهادئ حول الحوسبة الحيوية ، 2004 ، 459-470.


معلمات بنية البروتين - علم الأحياء

الانتباه هو كل ما تحتاجه (للتنبؤ ببنية البروتين)

يستكشف هذا المشروع تقنيات النمذجة التسلسلية للتنبؤ ببنية بروتين كاملة (كل الذرة). تم استلهام العمل من منهجيات نمذجة اللغة ، وعلى هذا النحو يشتمل على نماذج المحولات والنماذج القائمة على الانتباه. الأهم من ذلك ، هذا أيضًا عمل قيد التقدم ومشروع بحث نشط. أرحب بأي أفكار أو اهتمام!

إذا كنت ترغب في إلقاء نظرة حولك ، فيمكن العثور على جميع التعليمات البرمجية الخاصة بهذه الحزمة ضمن دليل protein_transformer. Train.py نماذج الأحمال والقطارات ، يتم تحديد النماذج في النماذج / ، والرمز الموجود في البروتين / مسؤول عن معالجة وتوليد بنية البروتين وبيانات التسلسل. يتم حاليًا تضمين العديد من مستندات البحث الأخرى في البحث / ، ولكن ليست هناك حاجة لتشغيل البرنامج النصي.

بفضل التكامل مع الأوزان والتحيزات ، يمكنك بسهولة مراقبة حالة تدريب النموذج الخاص بك على لوحة معلومات الأوزان والتحيزات (أدناه). يتم تسجيل العديد من إحصائيات التدريب في الوقت الفعلي ، بما في ذلك البنية ثلاثية الأبعاد لكل توقع.

لتشغيل هذا الرمز ، يوصى أولاً بإجراء تثبيت تطوري للحزمة باستخدام النقطة في بيئتك الحالية باستخدام تثبيت pip -e. . سيؤدي هذا إلى تثبيت حزمة protein_transformer في بيئتك وستكون حراً في استيراد أي فئات أو إجراءات فرعية إلى البرنامج النصي التدريبي الخاص بك إذا كنت ترغب في ذلك.

  • برودي
  • بيتورتش
  • حبيبي
  • scipy
  • تقدم
  • collada2gltf (تثبيت Conda -c schrodinger collada2gltf)

بعد التثبيت الناجح ، انتقل إلى دليل protein_transformer ، حيث يمكنك تدريب نموذج باستخدام train.py.

يرجى أيضًا تعديل أي إعدادات تهيئة wandb في train.py بحيث تشير إلى مشروع wandb الخاص بك ، وليس لي :)

يأخذ هذا البرنامج النصي العديد من الوسائط المختلفة لتحديد بنية مختلفة وإعدادات التدريب.

تعتمد النماذج المدعومة حاليًا على إصدار "Encoder Only" من Transformer ويمكن الوصول إليها باستخدام الوسيطات -m . enc-dec متوقّف حاليًا.

تستند بيانات التدريب على شبكة بروتين محمد القريشي. يمكن تنزيل البيانات المجهزة مسبقًا من مسابقة CASP12 التي تم تعديلها للعمل مع هذا المشروع هنا (

3 جيجابايت ، وهو ترقق بنسبة 30٪ من مجموعة البيانات).

تستخدم بياناتي نفس مجموعات التدريب / الاختبار / التحقق مثل ProteinNet. بينما ، مثل ProteinNet ، يتضمن تسلسل وإحداثيات البروتين ، فقد قمت بتعديله ليشمل معلومات حول بنية البروتين بالكامل (ذرات العمود الفقري والسلسلة الجانبية). وبالتالي ، يتضمن كل بروتين في مجموعة البيانات معلومات عن التسلسل ، وزوايا الالتواء / الرابطة الداخلية ، والإحداثيات. لا يتضمن محاذاة تسلسل متعددة أو شرح توضيحي للهيكل الثانوي.

يتم حفظ البيانات في PyTorch وتخزينها في قاموس Python مثل:

يرجى زيارة ملاحظات المشروع الخاصة بي لمزيد من تفاصيل المشروع.

كان هذا المستودع في الأصل عبارة عن مفترق من https://github.com/jadore801120/attention-is-all-you-need-pytorch ، ولكن منذ ذلك الحين تمت إعادة كتابته على نطاق واسع لمطابقة احتياجات هذا المشروع المحدد حيث أصبحت أكثر راحة مع Pytorch والمحولات وما شابه ذلك. شكرا جزيلا ل jadore801120 على الإطار.

أنا ، جوناثان كينج ، متدرب ما قبل الدكتوراه مدعوم بمنحة تدريب NIH T32 T32 EB009403 كجزء من مبادرة واجهات HHMI-NIBIB.

هيكل المشروع (التكامل المستمر ، المستندات ، الاختبار) استنادًا إلى الإصدار 1.1 من برنامج Python Cookiecutter للعلوم الجزيئية الحسابية.


الكيمياء الحيوية


رسم توضيحي يوضح الهياكل الكيميائية الحيوية الموجودة في مستقبلات الخلايا التائية (صورة ميشيل ميشكي).

ستقدم هذه الوحدة الدورة التدريبية وتغطي أساسيات الكيمياء الحيوية وتكوين الخلايا. أولاً ، سوف نقدم مستويات تنظيم الحياة ، وأنواع الكائنات الحية المختلفة. سنغطي بعد ذلك بنية الجزيئات البيولوجية والقوى الجزيئية المشاركة في تكوين هذه الجزيئات. سوف نتعرف على التركيب العام ووظيفة الدهون والكربوهيدرات والأحماض النووية ، بالإضافة إلى تكوين البروتينات وهيكلها ووظيفتها. بعد التعرف على المجموعات الرئيسية للجزيئات الكبيرة ، سوف نستكشف تفاعلاتها داخل الخلية ، بدءًا من التمثيل الغذائي والطاقة الحرة Gibbs والتفاعلات الكيميائية الحيوية والإنزيمات و ATP كعملة للطاقة. سنحدد الآليات الخلوية لحصاد الطاقة من الجلوكوز والسكريات ذات الصلة ، ونحدد بإيجاز تحلل السكر كآلية لتوليد ATP ، ونناقش مصير البيروفات المنتج في تحلل السكر في ظل الظروف اللاهوائية والهوائية. أخيرًا ، سنغطي الأفكار العامة لكل من الفسفرة الضوئية الدورية وغير الدورية وكيف يتم استخدام هاتين العمليتين بواسطة الخلايا لتوليد ATP و NADPH اللازمين لدورة كالفين في عملية التمثيل الضوئي.

خلال هذه الوحدة ، سوف تصف التركيب الكيميائي والجزيئي للخلية ، وتحدد المكونات الأساسية للجزيئات البيولوجية الكبيرة. سوف تحدد القوى التي تعمل في الأنظمة البيولوجية: الروابط التساهمية ، والروابط الأيونية ، والروابط الهيدروجينية ، وقوى فان دير وال ، والكراهية للماء. ستقوم برسم حمض أميني عام وتصنيف كل من الأحماض الأمينية العشرين بشكل مناسب بناءً على طبيعة السلسلة الجانبية. ستطبق أيضًا القوانين العامة للديناميكا الحرارية على التفاعلات البيولوجية. بالإضافة إلى ذلك ، ستحدد طاقة جيبس ​​الحرة ، وتحدد تغير الطاقة الحرة لجيبس المرتبط بتفاعل كيميائي حيوي ، وستحدد التفاعلات العفوية وغير العفوية.

في نهاية هذه الوحدة ، ستكون على دراية بالمستويات المختلفة لتنظيم الحياة ، والاختلافات بين الخلايا حقيقية النواة والخلايا بدائية النواة. سوف تفهم تراكيب وخصائص المجموعات الرئيسية للجزيئات الكبيرة ، بما في ذلك الدهون والفوسفوليبيد والكربوهيدرات والأحماض النووية والبروتينات ، بالإضافة إلى وظائفها في الخلية. ستكون على دراية بالمستويات الأولية والثانوية والثالثية والرباعية لبنية البروتين وتعرف أنواع الروابط والقوى التي تعمل على استقرار كل مستوى. بالإضافة إلى ذلك ، سوف تفهم تأثير استبدال الأحماض الأمينية على التركيب العام للبروتين ووظيفته. ستعرف كيف يوفر ATP الطاقة لتشغيل العمل الخلوي.

أخيرًا ، سيكون لديك فهم أكبر للتفاعلات في التنفس الخلوي والتمثيل الضوئي ، عندما تحدث ، وسبب أهميتها. سوف تفهم العلاقات بين التنفس الخلوي والتمثيل الضوئي.

تبحث عن شيء محدد في هذه الدورة؟ يجمع فهرس الموارد ارتباطات لمعظم موارد الدورة التدريبية في صفحة واحدة.


حول RCSB PDB: تمكين الاختراقات في البحث العلمي والطب الحيوي والتعليم

تم إنشاء بنك بيانات البروتين (PDB) باعتباره المصدر الأول للبيانات الرقمية ذات الوصول المفتوح في جميع البيولوجيا والطب (الجدول الزمني التاريخي). وهي اليوم مصدر عالمي رائد للبيانات التجريبية المركزية للاكتشاف العلمي.

من خلال بوابة معلومات الإنترنت وأرشيف البيانات القابل للتنزيل ، يوفر PDB الوصول إلى بيانات بنية ثلاثية الأبعاد للجزيئات البيولوجية الكبيرة (البروتينات ، DNA ، و RNA). هذه هي جزيئات الحياة ، الموجودة في جميع الكائنات الحية على هذا الكوكب.

تعد معرفة التركيب ثلاثي الأبعاد للجزيء البيولوجي أمرًا ضروريًا لفهم دوره في صحة الإنسان والحيوان والأمراض ، ووظيفته في إنتاج النباتات والأغذية والطاقة ، وأهميته في الموضوعات الأخرى المتعلقة بالازدهار والاستدامة العالميين.

يقوم RCSB PDB (Research Collaborative for Structural Bioinformatics PDB) بتشغيل مركز بيانات الولايات المتحدة لأرشيف PDB العالمي ، ويجعل بيانات PDB متاحة مجانًا لجميع مستهلكي البيانات دون قيود على الاستخدام (السياسات).

يعمل الخبراء المعترف بهم في المجالات ، بما في ذلك على سبيل المثال لا الحصر ، البيولوجيا الهيكلية والبيولوجيا الخلوية والجزيئية والبيولوجيا الحسابية وتكنولوجيا المعلومات والتعليم كمستشارين لـ RCSB PDB.


معلمات بنية البروتين - علم الأحياء

قاعدة بيانات Pfam عبارة عن مجموعة كبيرة من عائلات البروتين ، يمثل كل منها محاذاة تسلسل متعددة و نماذج ماركوف المخفية (HMMs). أكثر.

تتكون البروتينات بشكل عام من منطقة وظيفية واحدة أو أكثر ، يطلق عليها عادة المجالات. مجموعات مختلفة من المجالات تؤدي إلى مجموعة متنوعة من البروتينات الموجودة في الطبيعة. وبالتالي ، فإن تحديد المجالات التي تحدث داخل البروتينات يمكن أن يوفر نظرة ثاقبة لوظائفها.

ينشئ Pfam أيضًا مجموعات ذات مستوى أعلى من الإدخالات ذات الصلة ، والمعروفة باسم العشائر. العشيرة عبارة عن مجموعة من إدخالات Pfam التي ترتبط بالتشابه في التسلسل أو الهيكل أو ملف التعريف HMM.

تستند البيانات المقدمة لكل إدخال إلى البروتينات المرجعية لـ UniProt ولكن لا يزال من الممكن العثور على معلومات عن تسلسلات UniProtKB الفردية عن طريق إدخال إدخال البروتين. بفام ممتلىء تتوفر المحاذاة من خلال البحث في مجموعة متنوعة من قواعد البيانات ، إما لتوفير مدخلات مختلفة (مثل جميع UniProt و NCBI GI) أو مستويات مختلفة من التكرار.

  • روابط سريعة
  • بحث التسلسل
  • عرض دخول PFAM
  • عرض عشيرة
  • عرض تسلسل
  • عرض هيكل
  • بحث بكلمة مفتاحية
  • اقفز إلى

يمكنك العثور على البيانات في Pfam بعدة طرق.

  • تحليل تسلسل البروتين الخاص بك لمباريات Pfam
  • عرض التعليقات التوضيحية والمحاذاة Pfam
  • انظر مجموعات من الإدخالات ذات الصلة
  • انظر إلى تنظيم المجال لتسلسل البروتين
  • ابحث عن المجالات في بنية PDB
  • استعلام Pfam بالكلمات الرئيسية
  • أو عرض صفحات المساعدة لمزيد من المعلومات

تحليل تسلسل البروتين الخاص بك لمباريات Pfam

الصق تسلسل البروتين هنا للعثور على إدخالات Pfam المطابقة.

سيستخدم هذا البحث وقيمة E 1.0. يمكنك تعيين معلمات البحث الخاصة بك وإجراء مجموعة من عمليات البحث الأخرى هنا.

عرض التعليقات التوضيحية والمحاذاة Pfam

أدخل معرّف الإدخال (على سبيل المثال بيوي) أو انضمام (على سبيل المثال PF02171) لمشاهدة جميع البيانات الخاصة بهذا الإدخال.

انظر مجموعات من العائلات ذات الصلة

أدخل معرف العشيرة (على سبيل المثال غزال) أو انضمام (على سبيل المثال CL0005) لرؤية معلومات عن تلك العشيرة.

عرض تنظيم المجال لتسلسل البروتين

أدخل معرف التسلسل (على سبيل المثال VAV_HUMAN) أو انضمام (على سبيل المثال P15498).

ابحث عن المجالات في بنية PDB

أدخل معرف PDB (على سبيل المثال 2abl) للهيكل في Protein DataBank.

استعلام Pfam عن طريق الكلمات الرئيسية

ابحث عن الكلمات الأساسية في البيانات النصية في قاعدة بيانات Pfam.


التركيب والوظيفة

يجب أن يكون الطلاب قادرين على شرح وتطبيق المفاهيم الأساسية للبنية والوظيفة الجزيئية ، بما في ذلك طبيعة الجزيئات البيولوجية ، وتفاعلها مع الماء ، والعلاقة بين الهيكل والوظيفة ، والآليات التي يتم مواجهتها بشكل متكرر لتنظيم وظيفتها.

يتم تصنيف أهداف التعلم أدناه على أنها تمهيدية A ومتوسطة B و C عليا.

1. الجزيئات البيولوجية كبيرة ومعقدة

تتكون الجزيئات الكبيرة من وحدات جزيئية أساسية. وهي تشمل البروتينات (بوليمرات الأحماض الأمينية) والأحماض النووية (بوليمرات النيوكليوتيدات) والكربوهيدرات (بوليمرات السكريات) والدهون (مع مجموعة متنوعة من المكونات المعيارية). يتضمن التخليق الحيوي وتدهور الجزيئات البيولوجية البلمرة الخطية وخطوات الانهيار (البروتينات والأحماض النووية والدهون) وقد يشمل أيضًا التفرع / نزع الامتياز (الكربوهيدرات). قد تتضمن هذه العمليات معقدات متعددة البروتينات (مثل الريبوسوم والبروتيازوم) مع تنظيم معقد.

أهداف التعلم المرتبطة

  • يجب أن يكون الطلاب قادرين على مناقشة تنوع وتعقيد الجزيئات الكبيرة ذات الصلة بيولوجيًا والتجمعات الجزيئية من حيث اللياقة التطورية. أ
  • يجب أن يكون الطلاب قادرين على وصف الوحدات الأساسية للجزيئات الكبيرة وأنواع الروابط بينها. أ
  • يجب أن يكون الطلاب قادرين على مقارنة وتباين العمليات المتضمنة في التخليق الحيوي للأنواع الرئيسية من الجزيئات الكبيرة (البروتينات والأحماض النووية والكربوهيدرات). ب
  • يجب أن يكون الطلاب قادرين على المقارنة والتباين بين العمليات المتضمنة في تدهور الأنواع الرئيسية من الجزيئات الكبيرة (البروتينات والأحماض النووية والكربوهيدرات.
  • يجب أن يفهم الطلاب أن البروتينات تتكون من مجالات وأن يكونوا قادرين على مناقشة كيفية نشوء عائلات البروتين من تكرار الجين البدائي. ج

2. يتم تحديد الهيكل بعدة عوامل

يتحكم الترابط التساهمي وغير التساهمي في الهياكل ثلاثية الأبعاد للبروتينات والأحماض النووية التي تؤثر على الوظيفة. يتم اختيار تسلسلات الأحماض الأمينية التي تمت ملاحظتها في الطبيعة بدرجة عالية للوظيفة البيولوجية ولكنها لا تعتمد بالضرورة بنية مطوية فريدة. يخضع هيكل (ومن ثم وظيفته) للجزيئات الكبيرة للمبادئ الأساسية للكيمياء مثل: الروابط التساهمية والقطبية ، ودوران السندات والاهتزازات ، والتفاعلات غير التساهمية ، والتأثير الكارثي للماء والجوانب الديناميكية للبنية الجزيئية. يمكن تغيير تسلسل (ومن ثم الهيكل والوظيفة) للبروتينات والأحماض النووية عن طريق التضفير البديل أو الطفرة أو التعديل الكيميائي. يمكن أن تتطور تسلسل الجزيئات الكبيرة (ومن ثم الهيكل والوظيفة) لإنشاء أنشطة بيولوجية متغيرة أو جديدة.

أهداف التعلم المرتبطة

  • يجب أن يكون الطلاب قادرين على التعرف على الوحدات المتكررة في الجزيئات البيولوجية وأن يكونوا قادرين على مناقشة الآثار الهيكلية للتفاعلات التساهمية وغير التساهمية المعنية. أ
  • يجب أن يكون الطلاب قادرين على مناقشة التركيب والتغيير التطوري وبالتالي التنوع الهيكلي للأنواع المختلفة من الجزيئات البيولوجية الكبيرة الموجودة في الكائنات الحية. أ
  • يجب أن يكون الطلاب قادرين على مناقشة العلاقات الكيميائية والفيزيائية بين تكوين وهيكل الجزيئات الكبيرة. أ
  • يجب أن يكون الطلاب قادرين على مقارنة ومقارنة الهياكل الأولية والثانوية والثالثية والرباعية للبروتينات والأحماض النووية. ب
  • يجب أن يكون الطلاب قادرين على استخدام مناهج المعلوماتية الحيوية المختلفة لتحليل التسلسل الأساسي الجزيئي والهيكل. ب
  • يجب أن يكون الطلاب قادرين على مقارنة ومقارنة تأثيرات التعديل الكيميائي لأحماض أمينية معينة على بنية ثلاثية الأبعاد للبروتين. ب
  • يجب أن يكون الطلاب قادرين على المقارنة والتباين بين الطرق التي قد يأخذ بها جزيء معين وظائف جديدة من خلال التغييرات التطورية. ب
  • يجب أن يكون الطلاب قادرين على استخدام العديد من المعلوماتية الحيوية والأساليب الحسابية لمقارنة التسلسلات الأولية وتحديد تأثير الحفظ و / أو التغيير التطوري على بنية ووظيفة الجزيئات الكبيرة. ج
  • يجب أن يكون الطلاب قادرين على التنبؤ بتأثيرات الطفرات على نشاط البروتين أو هيكله أو استقراره وتصميم تجارب مناسبة لتقييم آثار الطفرات. ج
  • يجب أن يكون الطلاب قادرين على اقتراح مناهج بيولوجية كيميائية أو كيميائية مناسبة لاستكشاف توطين الجزيئات البيولوجية وتفاعلاتها. ج
  • يجب أن يكون الطلاب قادرين على مناقشة كيف أن طفرات الجين المضاعف تولد التنوع الوظيفي. ج
  • يجب أن يكون الطلاب قادرين على تقييم المساهمات الكيميائية والحيوية للمستويات المناسبة من بنية الجزيء الكبير والتنبؤ بآثار تعديلات معينة في الهيكل على الخصائص الديناميكية للجزيء. ج

3. الهيكل والوظيفة مرتبطان

تتفاعل الجزيئات الكبيرة مع الجزيئات الأخرى باستخدام مجموعة متنوعة من التفاعلات غير التساهمية. تعد خصوصية هذه التفاعلات وتقاربها أمرًا بالغ الأهمية للوظيفة البيولوجية. بعض الجزيئات الكبيرة تحفز التفاعلات الكيميائية أو تسهل العمليات الفيزيائية (مثل النقل الجزيئي) ، مما يسمح لها بالاستمرار في الظروف المحيطة. يمكن وصف هذه العمليات كميًا بواسطة قوانين المعدل والمبادئ الديناميكية الحرارية ، (مثل نظرية الاصطدام ، ونظرية الحالة الانتقالية ، وقوانين المعدل والتوازن ، وتأثيرات درجة الحرارة والهيكل والتفاعل الكيميائي ، وقانون Coulomb & rsquos ، وقوانين نيوتن ورسكوس للحركة ، والطاقة والاستقرار ، والاحتكاك والانتشار والديناميكا الحرارية ومفهوم العشوائية والاحتمالية).

أهداف التعلم المرتبطة

  • يجب أن يكون الطلاب قادرين على استخدام التفكير الآلي لشرح كيف يحفز الإنزيم أو الريبوزيم تفاعلًا معينًا. أ
  • يجب أن يكون الطلاب قادرين على مناقشة الأساس لأنواع مختلفة من آليات الإنزيم. أ
  • يجب أن يكون الطلاب قادرين على حساب المعدلات الأنزيمية ومقارنة هذه المعدلات وربط هذه المعدلات بالتوازن الخلوي أو العضوي. ب
  • يجب أن يكون الطلاب قادرين على مناقشة الطرق المختلفة التي يمكن استخدامها لتحديد ألفة وقياس العناصر المتكافئة لمركب جزيء ضخم وربط النتائج بكل من البيانات الديناميكية الحرارية والبيانات الحركية. ب
  • يجب أن يكون الطلاب قادرين على إجراء تقييم نقدي للمساهمات الخاصة بالخصوصية في مجمع الترابط الجزيئي وتصميم التجارب لتقييم المساهمات في الخصوصية واختبار الفرضيات حول خصوصية الترابط في المجمع. ج
  • يجب أن يكون الطلاب قادرين على التنبؤ بالتأثيرات البيولوجية والكيميائية للتغير الهيكلي للطفرة أو الترابط على تقارب الارتباط وتصميم التجارب المناسبة لاختبار تنبؤاتهم. ج

4. التفاعلات الجزيئية

تعتمد التفاعلات بين الجزيئات الكبيرة والجزيئات الأخرى على نفس التفاعلات الضعيفة وغير التساهمية التي تلعب الدور الرئيسي في تثبيت الهياكل ثلاثية الأبعاد للجزيئات الكبيرة نفسها. التأثير الكارثي للماء والتفاعلات الأيونية وتفاعلات الروابط الهيدروجينية بارزة. يضفي التنظيم الهيكلي للمجموعات الكيميائية المتفاعلة في موقع ربط أو موقع نشط درجة عالية من الخصوصية لهذه التفاعلات. تعد خصوصية هذه التفاعلات وتقاربها أمرًا بالغ الأهمية للوظيفة البيولوجية.

أهداف التعلم المرتبطة

  • يجب أن يكون الطلاب قادرين على مناقشة تأثير تغييرات الخصوصية أو التقارب على الوظيفة البيولوجية وأي تأثير تطوري محتمل. أ
  • يجب أن يكون الطلاب قادرين على مناقشة الطرق المختلفة التي يمكن استخدامها لتحديد التقارب وقياس العناصر المتكافئة لمركب جزيء كبير وربط النتائج بكل من البيانات الديناميكية الحرارية والبيانات الحركية. ب
  • يجب أن يكون الطلاب قادرين على مناقشة التفاعلات بين مجموعة متنوعة من الجزيئات البيولوجية (بما في ذلك البروتينات والأحماض النووية والدهون والكربوهيدرات والمواد العضوية الصغيرة ، وما إلى ذلك) ووصف كيف تؤثر هذه التفاعلات على الخصوصية أو التقارب مما يؤدي إلى تغييرات في الوظيفة البيولوجية. ب
  • يجب أن يكون الطلاب قادرين على التنبؤ بآثار التغير الهيكلي للطفرة أو الترابط على تقارب الارتباط وتصميم التجارب المناسبة لاختبار تنبؤاتهم. ج
  • يجب أن يكون الطلاب قادرين على مناقشة العلاقة بين درجة الحرارة المطلوبة للتمسخ (Tm) والبنية الجزيئية. ج

5. الهيكل الجزيئي ديناميكي

الهيكل الجزيئي ديناميكي على نطاق واسع من المقاييس الزمنية ، والتغيرات الهيكلية الديناميكية ، الكبيرة والصغيرة ، غالبًا ما تكون حاسمة للوظيفة البيولوجية. يمكن أن تأتي التغييرات الصغيرة في شكل اهتزازات جزيئية موضعية يمكن أن تسهل وصول الجزيئات الصغيرة إلى الأجزاء الداخلية من الجزيء الكبير. يمكن أن تأتي التغييرات التوافقية الكبيرة في شكل حركات مجالات جزيئية مختلفة مرتبطة ببعضها البعض لتسهيل التحفيز أو أشكال العمل الأخرى. يمكن أن تحتوي البروتينات على مجالات غير منظمة جوهريًا. قد يؤدي عدم وجود بنية في المحلول إلى تسهيل الوظيفة التي يجب أن تحدث فيها التفاعلات بشكل مختلط مع العديد من الجزيئات الأخرى. يتيح الهيكل الديناميكي للجزيئات الكبيرة تغييرات سريعة تؤثر على توازن العمليات الكيميائية الحيوية والبيولوجية الجزيئية.

أهداف التعلم المرتبطة

  • يجب أن يكون الطلاب قادرين على مناقشة المقاييس الزمنية للتأثيرات التوافقية المختلفة في الجزيئات الكبيرة البيولوجية (أ) وتصميم التجارب المناسبة للتحقيق في التغيرات التي يسببها الترابط في التشكل والديناميكيات. ج
  • يجب أن يكون الطلاب قادرين على مناقشة الأساس الهيكلي للخصائص الديناميكية للجزيئات الكبيرة والتنبؤ بآثار التغييرات في الخصائص الديناميكية أ التي قد تنتج عن تغيير التسلسل الأولي. ج
  • يجب أن يكون الطلاب قادرين على التنبؤ بما إذا كان التسلسل مرتبًا أو مضطربًا C ومناقشة الأدوار المحتملة للمناطق المضطربة للبروتينات. ب
  • يجب أن يكون الطلاب قادرين على المناقشة النقدية للأدلة المؤيدة والمعارضة لأدوار الديناميكيات في وظيفة الجزيئات الكبيرة. ج

6. غالبا ما يتم تنظيم النشاط البيولوجي للجزيئات الكبيرة

غالبًا ما يتم تنظيم النشاط البيولوجي للجزيئات الكبيرة بواحدة أو أكثر من مجموعة متنوعة من الطرق الهرمية (مثل المثبطات ، والمنشطات ، والمعدلات ، والتوليف ، والتدهور ، والتجزئة).

أهداف التعلم المرتبطة

  • يجب أن يكون الطلاب قادرين على المقارنة والتباين بين الآليات المختلفة لتنظيم وظيفة الجزيء الكبير أو التفاعل الإنزيمي أو المسار. أ
  • يجب أن يكون الطلاب قادرين على مناقشة مزايا وعيوب تنظيم التفاعل بشكل تفاعلي. ب
  • يجب أن يكون الطلاب قادرين على مناقشة أمثلة على التنظيم الخيفي والتنظيم التساهمي وتغييرات مستوى الجينات لوظيفة التركيب الجزيئي. ب
  • يجب أن يستخدم الطلاب البيانات التجريبية لتقييم نوع التنظيم استجابةً للروابط المتجانسة أو غير المتجانسة على جزيء ضخم. ج
  • يجب أن يكون الطلاب قادرين على تصميم نموذج لشرح تنظيم وظيفة بنية الجزيء. ج
  • يجب أن يكون الطلاب قادرين على وصف كيف شكل التطور تنظيم الجزيئات الكبيرة والعمليات. ج
  • يجب أن يكون الطلاب قادرين على وصف كيفية تأثير التغييرات في التوازن الخلوي على الإشارات والجزيئات التنظيمية والوسائط الأيضية. ج

7. يخضع هيكل (ومن ثم وظيفته) للجزيئات الكبيرة للمبادئ الأساسية للكيمياء والفيزياء

يخضع هيكل (ومن ثم وظيفته) للجزيئات الكبيرة للمبادئ التأسيسية للكيمياء (بما في ذلك الروابط التساهمية ودوران روابط القطبية والاهتزازات ، والروابط الهيدروجينية والتفاعلات غير التساهمية ، والجوانب الديناميكية للتأثير الكارثي للماء لنظرية تصادم التركيب الجزيئي ، وقوانين معدل نظرية الحالة الانتقالية و التوازن آثار درجة الحرارة والهيكل والتفاعل الكيميائي) والفيزياء (بما في ذلك قوانين كولوم ورسكووس نيوتن و rsquos لطاقة الحركة وثبات الديناميكا الحرارية لانتشار الاحتكاك ومفهوم العشوائية والاحتمالية).

أهداف التعلم المرتبطة

  • يجب أن يكون الطلاب قادرين على ربط المبادئ الأساسية لقوانين المعدل والتوازن بالتفاعلات والتفاعلات وحساب المعلمات الديناميكية الحرارية المناسبة للتفاعلات والتفاعلات. أ
  • يجب أن يكون الطلاب قادرين على شرح كيفية تفاعل الترابط ، عند تقديمه إلى محلول يحتوي على جزيء ضخم يمكنه الارتباط به ، مع الجزيء الكبير. أ
  • يجب أن يكون الطلاب قادرين على شرح تأثيرات درجة الحرارة على تفاعل محفز بالإنزيم باستخدام المبادئ الأساسية. ب
  • يجب أن يكون الطلاب قادرين على مناقشة الخصائص الديناميكية للجزيء الكبير باستخدام المبادئ الأساسية للفيزياء. ب

8. يمكن استخدام مجموعة متنوعة من الأساليب التجريبية والحسابية لمراقبة بنية الجزيئات البيولوجية ودينامياتها ووظائفها وقياسها كميًا

يمكن استخدام مجموعة متنوعة من الأساليب التجريبية والحسابية لمراقبة بنية الجزيئات البيولوجية ودينامياتها ووظائفها وقياسها كميًا. يمكن اشتقاق المعادلات من النماذج واستخدامها للتنبؤ بالنتائج أو تحليل البيانات. يمكن تحليل البيانات إحصائياً لتقييم صحة النموذج وموثوقية البيانات.


نظرة عامة على بروتين الغشاء

بروتينات الغشاء تمثل حوالي ثلث البروتينات في الكائنات الحية. بناءً على هيكلها ، هناك ثلاثة أنواع رئيسية من بروتينات الغشاء: الأول هو بروتين غشائي متكامل مثبت بشكل دائم أو جزء من الغشاء ، والنوع الثاني هو بروتين الغشاء المحيطي الذي يتم ربطه مؤقتًا فقط بطبقة ثنائية الدهون أو بأخرى. البروتينات المتكاملة ، والثالث هو البروتينات المثبتة بالدهون (الشكل 1). هنا نصف فقط النوعين الأولين من بروتين الغشاء.

الشكل 1 التصنيف الهيكلي لبروتينات الغشاء

وفقًا لعلاقتها مع الطبقة الثنائية ، يمكن تصنيف بروتين الغشاء المتكامل نوعين أساسيين: بروتينات متعددة الخلايا متكاملة وبروتينات أحادية متكاملة. تُعرف البروتينات متعددة الخلايا المتكاملة أيضًا باسم & # 8220 بروتينات الغشاء الناقل "والتي يمكن أن تمتد عبر الغشاء مرة واحدة على الأقل (الشكل 2). قد تحتوي بروتينات الغشاء المتكاملة هذه على طوبولوجيا غشائية مختلفة تشير إلى اتجاهات (مواقع نهايات N و C) لأجزاء ممتدة من الغشاء فيما يتعلق بالجوانب الداخلية أو الخارجية للغشاء البيولوجي الذي يشغله البروتين. الأنواع الثلاثة الأولى في الشكل 2 هي أشكال شائعة في بروتينات الغشاء المتكاملة ، مثل البروتين الحلزوني ألفا عبر الغشاء ، والبروتين الحلزوني ألفا عبر الغشاء ، والبروتين الغشائي.

البروتينات الأحادية المتكاملة هي نوع واحد من بروتينات الغشاء المتكاملة التي ترتبط بجانب واحد فقط من الغشاء ولا تمتد عبر الطريق بالكامل. هناك 4 أنواع من التفاعل بين بروتين الغشاء أحادي التكافؤ وأغشية الخلية: من خلال paralle amphipathic α-helix paralle ، بواسطة حلقة كارهة للماء ، عن طريق دهون غشاء مرتبط تساهميًا والتفاعل الكهروستاتيكي أو الأيوني مع دهون الغشاء (رقم 4 ، 5 ، 6 ، 7 من الشكل 2). يمكن فصل بروتينات الغشاء المتكامل عن الأغشية البيولوجية فقط باستخدام المنظفات أو المذيبات غير القطبية أو في بعض الأحيان عوامل تغيير الطبيعة. تنفصل البروتينات المحيطية بعد العلاج باستخدام كاشف قطبي ، مثل محلول بدرجة حموضة مرتفعة أو تركيزات ملح عالية.

التين ... 2 سبعة أنواع من بنية بروتين الغشاء المتكامل

يمثل الغشاء باللون الأصفر. 1. غشاء وحيد α-helix (بروتين غشاء بيتوبي). 2. بروتين α-helical عبر الغشاء متعدد التنظير. 3. بروتين β-sheet عبر غشاء متعدد التنظير. 4. التفاعل بواسطة حلزون α amphipathic موازٍ لمستوى الغشاء (حلزون غشاء داخل الطائرة). 5. التفاعل بواسطة حلقة كارهة للماء. 6. التفاعل بواسطة دهن غشاء مرتبط تساهميًا. 7. التفاعلات الأيونية أو الكهروستاتيكية مع الدهون الغشائية.

وظيفة البروتينات الغشائية

تلعب بروتينات الغشاء أدوارًا مهمة في جميع الكائنات الحية ، حيث تعمل مثل مستقبلات الغشاء ، القنوات الأيونية , GPCR (مستقبلات مقترنة بالبروتين G) وأنواع مختلفة من نقل البروتينات . المستقبلات الغشائية المدمجة في أغشية الخلايا ، والتي يمكنها نقل الإشارات بين البيئات الداخلية والخارجية للخلية. بروتين نقل الغشاء (أو الناقل) هو نوع من بروتين الغشاء يشارك في حركة الأيونات أو الجزيئات الصغيرة أو الجزيئات الكبيرة عبر الغشاء البيولوجي. حول بروتين نقل الغشاء ، يوجد تصنيف مفصل يسمى قاعدة بيانات تصنيف الناقل (أو TCDB) معتمد من الاتحاد الدولي للكيمياء الحيوية والبيولوجيا الجزيئية. تعتبر القنوات الأيونية من أهم أنواع بروتينات نقل الأغشية. تتضمن وظائف القناة الأيونية إنشاء إمكانات غشاء يستريح ، وتشكيل إمكانات العمل والإشارات الكهربائية الأخرى عن طريق بوابات تدفق الأيونات عبر غشاء الخلية ، والتحكم في تدفق الأيونات عبر الخلايا الإفرازية والظهارية ، وتنظيم حجم الخلية. بعض الإنزيمات هي أيضًا بروتينات غشائية ، على سبيل المثال أوكسيريدوكتاز أو ترانسفيراز أو هيدرولاز. تسمح جزيئات التصاق الخلية الموجودة على سطح الخلية المشاركة في الارتباط بالخلايا الأخرى أو بالمصفوفة خارج الخلية (ECM) للخلايا بتحديد بعضها البعض والتفاعل. على سبيل المثال ، البروتينات بما في ذلك Ig ( المناعي ) الأسرة الفائقة تشارك في الاستجابة المناعية. يلخص الشكل 3 التالي وظائف بروتين الغشاء لسهولة الفهم.

الشكل 3 وظائف بروتينات الغشاء

نظرًا لدورها المركزي في جميع العمليات الفسيولوجية بشكل أساسي ، فإن بروتينات الغشاء تشكل حوالي 60٪ من أهداف الأدوية المعتمدة ، وبالتالي ، فإن هياكلها ثلاثية الأبعاد المحددة تجريبياً & # 8211 تسعى بشغف للمساعدة في هيكل & # 8211 تصميم الأدوية القائمة. على الرغم من التحسينات الحديثة الهامة والكبيرة ، فإن التعبير عن بروتينات الغشاء المطوية وظيفيًا بكميات كافية للدراسات الوظيفية والهيكلية لا يزال يمثل مهمة صعبة. بالمقارنة مع البروتينات السيتوبلازمية القابلة للذوبان ، هناك مجموعة متنوعة من الصعوبات في التعبير عن بروتينات الغشاء. 1. لا يتم إطلاق بروتينات الغشاء في العصارة الخلوية فحسب ، بل يجب استهدافها ونقلها إلى وجهاتها النهائية في الأغشية. على وجه الخصوص في الخلايا حقيقية النواة ، هناك حاجة إلى عملية بيولوجية أكثر تعقيدًا تتطلب آليات تمييز وفرز متطورة. 2. عدد النسخ وسعة أنظمة التعبير بدائية النواة وحقيقية النواة محدودان بسبب آليات النقل ، ويمكن أن يكون النقل انتقائيًا فقط لمجموعات متميزة من بروتينات الغشاء. 3. للدراسات الهيكلية والوظيفية أو لأغراض أخرى ، يجب استخراج بروتين الغشاء من الخلية بعد التعبير ، متبوعًا بنقلها إلى بيئات مصطنعة ومحددة كارهة للماء مثل المذيلات أو الجسيمات الشحمية. في هذا الإجراء ، يعد هذا أمرًا بالغ الأهمية حيث يجب تفكيك الأغشية بواسطة المنظفات القاسية نسبيًا والتي يمكن أن تؤدي إلى انحرافات توافقية أو في الكشف عن بروتينات الغشاء. لذلك ليس من المستغرب أن المعلومات الهيكلية التي تم الحصول عليها من البروتينات الغشائية مع حوالي 150 بنية فريدة وفقط

تفتقر إدخالات 7 ٪ في بنك بيانات البروتين إلى ما وراء البيانات التي تم الحصول عليها من البروتينات القابلة للذوبان.

العوامل الأساسية التي تحدد إنتاجية بروتينات الغشاء المركب وسلامتها ونشاطها واستقرارها هي بشكل أساسي توافر آليات النسخ والترجمة عالية المعالجة ، والبيئات القابلة للطي المناسبة ، والتكوين الدهني للأغشية الخلوية ، ووجود أنظمة استهداف فعالة ومسارات مناسبة لما بعد الترجمة. التعديلات (PTMs). قد يكون التعبير عن بروتينات الغشاء في أنظمة التعبير / الخلفية الخلوية وثيقة الصلة بأصلها قدر الإمكان هو الاستراتيجية الأكثر منطقية. ومع ذلك ، فإن كفاءة وعبء العمل لأنظمة التعبير الفردي مختلفة تمامًا ، وغالبًا ما يتم الحصول على الكميات التحضيرية من بروتينات الغشاء فقط من خلال الأنظمة البكتيرية أو الخميرة أو الخالية من الخلايا (الشكل 4).

الشكل 4 تصميم عملية أنظمة التعبير عن البروتين الغشائي.

نظرة عامة على تطوير البروتوكول لأنظمة التعبير عن بروتين الغشاء الأكثر شيوعًا. معلمات التحسين الأساسية المميزة لأنظمة التعبير الفردية موضحة ، مع الإشارة إلى الأجزاء الأكثر أهمية. لا يتم أخذ بعض معلمات التحسين في الاعتبار: التصميم المتجه أو الهدف ، على سبيل المثال تقنيات الاندماج أو تعديلات أشرطة التعبير. توضح الأعمدة الرمادية النجاح في الحصول على هياكل بروتين الغشاء بعد استخدام أنظمة التعبير الفردية ، بينما تتوافق الأشرطة البيضاء مع هياكل بروتين الغشاء التي تم الحصول عليها فقط بعد التعبير المأشوب. (F. Junge et al.)

على الرغم من أن اختيار نظام التعبير المناسب يحتاج إلى النظر في العديد من العوامل التي قد تزيد من تعقيد مشروع البحث واستهلاكه للوقت ، يمكن أن توفر Creative Biolabs شاملة خدمة إنتاج بروتين الغشاء والتي يمكن أن تساعدك في تحديد معلمات وأنظمة التحسين لتجاربك المستهدفة.

الجسم المضاد للبروتين الغشائي

تمثل بروتينات الغشاء الغالبية العظمى من أهداف الأدوية السريرية وهي محور اهتمامات الأدوية والتكنولوجيا الحيوية. على الرغم من التحسينات الحديثة الهامة والكبيرة ، فإن التعبير عن بروتينات الغشاء المطوية وظيفيًا بكميات كافية للدراسات الوظيفية والهيكلية لا يزال يمثل مهمة صعبة. ومع ذلك ، لا تزال هناك العديد من الاستراتيجيات لإعداد البروتينات الغشائية التي تم تطويرها من قبل المتخصصين من Creative Biolabs. من ناحية اكتشاف الجسم المضاد للبروتين المضاد للغشاء وإنتاجه ، Creative Biolabs قادرة على توفير طرق مختلفة من بناء مكتبة الأجسام المضادة المناعية عن طريق عرض الملتهمة إلى اكتشاف الأجسام المضادة الأصلية عن طريق تقنية قياس الخلايا الليمفاوية B الخاصة بمستضد معين. إذا كنت مهتمًا باكتشاف أجسام مضادة جديدة لبروتين الغشاء ، فلا تتردد في الاتصال بنا للحصول على مزيد من التفاصيل.


II. العناصر الأساسية لهيكل البروتين

& alpha-helix هو العنصر الكلاسيكي لبنية البروتين. يمكن أن يطلب الحلزون الفردي والألفا ما يصل إلى 35 من الوحدات البنائية ، في حين أن السلاسل الأطول والبيتا تشمل فقط حوالي 15 من البقايا ، ويمكن أن يكون للحلزون الواحد تأثير أكبر على استقرار البروتين وتنظيمه أكثر من أي عنصر هيكل فردي آخر. كان لقفزات & alpha تأثير هائل على فهمنا لبنية البروتين لأن انتظامها يجعلها الميزة الوحيدة القابلة للتحليل النظري بسهولة.

تين. 11. رسم نموذجي و حلزون ألفا ، بقايا 40-51 من بروتين رابط الكالسيوم في عضلات الكارب. تظهر روابط الهيدروجين الحلزونية كخطوط منقطة وروابط السلسلة الرئيسية صلبة. يمثل السهم المسار الحلزوني الأيمن للعمود الفقري. اتجاه الرؤية من المذيب ، بحيث تكون المجموعات الجانبية على الجانب الأمامي من اللولب في الغالب محبة للماء وتلك الموجودة في الخلف تكون في الغالب كارهة للماء.

تم وصف & alpha-helix لأول مرة بواسطة Pauling في عام 1951 (Pauling وآخرون.، 1951) كهيكل من المتوقع أن يكون مستقرًا ومناسبًا على أساس المعلمات الهندسية الدقيقة التي اشتقها مؤخرًا لوحدة الببتيد من الهياكل البلورية ذات الجزيئات الصغيرة. قدم هذا الحل للمشكلة طويلة الأمد المتمثلة في شرح قوة ومرونة بنية ألفا كيراتين وحساب مظهر نمط حيود ألياف الأشعة السينية. تم اقتراح الحلزونات بشكل متكرر من قبل كبنية ألفا & ، ولكن لم يتمكن أي منها من مطابقة نمط الانعراج بشكل كافٍ لأنها كانت مقيدة بالافتراض الضمني بأن اللولب المنتظم سيكون بالضرورة عددًا متكاملًا من بقايا الأحماض الأمينية في كل منعطف. في الواقع ، كما أدرك بولينج لأول مرة ، فإن الحلزون ألفا & يحتوي على 3.6 من البقايا لكل دور ، مع رابطة هيدروجينية بين ثاني أكسيد الكربون في البقايا n و NH من البقايا n + 4 (انظر الشكل 11). الحلقة المغلقة المكونة من إحدى هذه الروابط الهيدروجينية والامتداد المتداخل للعمود الفقري يحتوي على 13 ذرة (بما في ذلك الهيدروجين) ، كما هو موضح في الشكل 12. في التسمية المعتادة لوصف التركيب الأساسي لحلزونات البولي ببتيد ، فإن & alpha-helix هو المعروف باسم 3.613الحلزون ، حيث يمثل 3.6 عدد البقايا في كل دورة و 13 هو عدد الذرات في الحلقة المرتبطة بالهيدروجين. الارتفاع لكل بقايا على طول محور اللولب هو 1.5 & Aring.

تين. 12. رسم توضيحي للحلقة المرتبطة بالهيدروجين المكونة من 13 ذرة والتي تحدد الرمز السفلي في وصف & alpha-helix كـ 3.613- الحلزون (3.6 يشير إلى عدد البقايا لكل دور). الذرات الـ 13 هي تلك الموجودة في أقصر مسار متصل تساهميًا والذي يربط أطراف رابطة هيدروجينية واحدة (الهيدروجين أحد الذرات الـ 13):. . . O&mdashC&mdashN&mdashC &alpha &mdashC&mdashN&mdashC &alpha &mdashC&mdashN&mdashC &alpha &mdashC&mdashN&mdashH . . .

The &alpha -helix received strong experimental support when Perutz (1951) found the predicted 1.5 Å X-ray reflection from hemoglobin crystals and from tilted fibers of keratins. The final conclusive demonstration of the &alpha -helix in globular protein structure came from the high-resolution X-ray structure of myoglobin (Kendrew وآخرون., 1960). It was shown that the myoglobin helices matched Pauling's calculated structure quite closely, and also that they were all right-handed (for L-amino acids, the left-handed &alpha -helix has a close approach between the carbonyl oxygen and the &beta -carbon). It is easy to determine that, for instance, Fig. 11 is right-handed: if the curled fingers of the right hand are turned in the direction of their tips (as if tightening a screw) and the whole hand is moved in the direction of the outstretched thumb, then a right-handed helical path is traced out. Handedness is an enormously influential parameter in protein structure most features for which handedness can be defined prefer one sense to the other, and the &alpha -helix is only the first of many examples we will encounter.

تين. 13. Stereo drawing of one contour level in the electron density map at 2Å resolution for the residue 54-68 helix in staphylococcal nuclease. Carbonyl groups point up, in the C-terminal direction of the chain the asterisk denotes a solvent peak bound to a carbonyl oxygen in the last turn. Side chains on the left (including a phenylalanine and a methionine) are in the hydrophobic interior, while those on the right (including an ordered lysine) are exposed to solvent.

Figure 13 shows the electron density map at 2 Å resolution for one of the &alpha -helices in staphylococcal nuclease. Bumps for the carbonyl oxygens are clearly visible they point toward the C-terminal end of the helix, and are tipped very slightly outward away from the helix axis. At the top, in the last turn of the helix, there is a carbonyl tipped still further outward and hydrogen-bonded to a solvent molecule (marked with an asterisk). Side chain atoms or waters frequently bond to free backbone positions in the first or last turn of a helix, and hydrogen bonds with water are even more favorable for carbonyls than for NH groups (see Section II,H).

تين. 14. Schematic drawing of the backbone of an all-helical tertiary structure: domain 2 of thermolysin.

With 3.6 residues per turn, side chains protrude from the &alpha -helix at about every 100° in azimuth. Since the commonest location for a helix is along the outside of the protein, there is a tendency for side chains to change from hydrophobic to hydrophilic with a periodicity of three to four residues (Schiffer and Edmundson, 1967). This trend can sometimes be seen in the sequence, but it is not strong enough for reliable prediction by itself. Different residues have weak but definite preferences either for or against being in &alpha -helix: Ala, Glu, Leu, and Met are good helix formers while Pro, Gly, Tyr, and Ser are very poor (Levitt, 1977). &alpha -Helices were central to all the early attempts to predict secondary structure from amino acid sequence (e.g., Davies, 1964 Guzzo, 1965 Prothero, 1966 Cook, 1967 Ptitsyn, 1969 Kotelchuk and Scheraga, 1969 Pain and Robson, 1970) and they are still the feature that can be predicted with greatest accuracy (e.g., Schulz وآخرون., 1974b Chou and Fasman, 1974b Lim, 1974a Matthews, 1975 Maxfield and Scheraga, 1976 Nagano, 1977b Wu وآخرون., 1978). [Helix predictions have now reached better than 70% accuracy, using algorithms such as neural nets (Rost and Sander, 2000) or hidden Markov models (Karplus وآخرون., 1998).] As much as 80% of a structure can be helical, and only seven proteins are known that have no helix whatsoever. Figure 14 shows the second domain of thermolysin, a structure that is predominantly &alpha -helical.

[There are of course now many more than 7 proteins known to have no helicies, but they are still a very small fraction of the total. Further information about amino-acid roles in helix formation is obtained from tabulating position-specific residue preferences (Richardson and Richardson, 1988). This shows that the ends of helices are very different from the central parts, as described below.]

تين. 15. Stereo drawing of a bent helix (glyceraldehyde-phosphate dehydrogenase residues 146-161) with an internal proline. The proline ring produces steric hindrance to the straight &alpha -helical conformation as well as having no NH group available for a hydrogen bond. A proline is the commonest way of producing a bend within a single helix, as well as occurring very frequently at the corners between helices.

The backbone conformational angles for right-handed &alpha -helix are approximately &phi = -60°, &psi = -60° [, more accurately, -63°, -43°] , which is in a favorable and relatively steep energy minimum for local conformation, even ignoring the hydrogen bonds. &alpha -Helices are certainly the most regular pieces of structure to be found in globular proteins, but even so they show significant imperfections. There can be slight bends in the axis of a helix, of any amount from almost undetectable up to about 20° [30°] (e.g., Anderson وآخرون., 1978), either with or without a break in the pattern of hydrogen bonding. One of the most obvious ways to produce such a bend is with a proline. Proline fits very well in the first turn of an &alpha -helix [especially in position N1] but anywhere further on it not only is missing the hydrogen bond donor but also provides steric hindrance to the normal conformation. It is rare but certainly not unknown in such a position (see Fig. 15). An &alpha -helix is almost invariably made up of a single, connected stretch of backbone (as opposed, for instance, to the backbone changeovers seen for double-helix in transfer RNAs: Holbrook وآخرون., 1978). Almost the only known exception to this rule is the interrupted helix from subtilisin that is shown in Fig. 16.

تين. 16. An unusual interrupted helix from subtilisin (residues 62-86), in which the helical hydrogen bonds continue to a final turn that is formed by a separate piece of main chain. Such interrupted helices (broken on one side of the double helix) are apparently a fundamental feature of nucleic acid structure as illustrated by tRNA, but are exceedingly rare in protein structure.

[It has continued to prove true that strand changeovers are quite common in RNA molecules, with maintenance of base stacking and double helix geometry across the change, but interrupted &alpha -helices with continuous H-bonding across the break remain extremely rare one further example is in cytochrome C3 (1WAD 74-82), shown in the kinemage II.A_intHlx.kin.]

Click the button at far-left to launch the Java kinemage viewer into a separate browser window. In that window you can interact with the display. Read the specific information in the KiNG text pane.

The generally regular, repeating conformation in the &alpha -helix places all of the charge dipoles of the peptides pointing in the same direction along the helix axis (positive toward the N-terminal end). It has been shown (Hol وآخرون., 1978) that the overall effect is indeed a significant net dipole for the helix, in spite of shielding effects. The helix dipole may contribute to the binding of charged species to the protein: for example, negative nucleotide phosphates, which are typically found near the N-termini of helices. [The kinemage shows an SO4 ion in sulfate-binding protein bound at the N-termini of 3 helices without any charged side chains.] -->

تين. 17. A short segment of 310 helix from carbonic anhydrase (residues 159-164). Main chain carbonyl oxygens are shown as open circles.

The only other principal helical species besides the &alpha -helix which occurs to any great extent in globular protein structure is the 310-helix (see Fig. 17), with a three-residue repeat and a hydrogen bond to residue n + 3 instead of n + 4. Its backbone conformational angles are approximately &phi = -60°, &psi = -30°, [-70°, -20°] , within the same energy minimum as the &alpha -helix. However, for a long periodic structure the 310-helix is considerably less favorable than the &alpha -helix in both local conformational energy and hydrogen bond configuration. In the refinement of rubredoxin at 1.2 Å resolution, Watenpaugh وآخرون. (1979) found that bond angles along the main chain were significantly distorted in all four of the regions that have two successive 310-type hydrogen bonds. Long 310 helices are very rare but short pieces of approximate 310-helix occur fairly frequently. Two consecutive residues in 310 conformation form a good tight turn (see Section II,C), and three consecutive 310 residues forming two interlocked tight turns is also fairly common. But another important location for short bits of 310-helix is at the C-terminal end of an &alpha -helix. It is quite common for the last helical turn to tighten up, with hydrogen bonds back to residue n - 3 or else bifurcated hydrogen bonds to both n - 3 and n - 4 (e.g., Watson, 1969). Némethy وآخرون. (1967) showed that this arrangement is not necessarily quite like 310-helix they described the &alpha ثانيًا-helix for this sort of position, which retains the helical parameters of an &alpha -helix but tilts the peptide so that the NH points more inward toward the helix axis and at the same time points more toward the n - 3 than the n - 4 carbonyl. The conformations in real proteins show somewhat of a mixture between the &alpha ثانيًا tilt and the 310 tightening. Figure 18 shows an example. 310 or &alpha ثانيًا conformation does not tend to occur nearly as often at the N-termini of &alpha -helices. The reason is that the tighter loop with n + 3-type hydrogen bonds requires the group involved to move closer to the helix axis, either by tilting ( &alpha ثانيًا) or by tightening the helix(310). This motion is easy for the NH group but not for the CO: neighboring carbonyl oxygens would come too close together. [Less often, the end of a helix can loosen rather than tighten or a turn can widen to provide the right geometry for a metal ligand, using the (n+5) H-bonds of what is called a &pi-helix. An example is myohemerythrin 106-112 (2MHR).]

تين. 18. An example of the &alpha ثانيًا conformation at the end of the A helix in myoglobin (residues 8-17). The normal &alpha -helical hydrogen bonds are shown dotted, while the tighter &alpha ثانيًا bond is shown by crosses.

Another frequent feature of the C-termini of helices is a residue (usually glycine) in left-handed &alpha conformation with its NH making a hydrogen bond to the CO of residue n - 5 (see Schellman, 1980) this often follows a residue with the 310 or &alpha ثانيًا bonding described above. [This arrangement has turned out to be very much the commonest way of ending an &alpha -helix. The starting and ending residues that form the transition point half-in and half-out of a helix are now called the helix N-cap and C-cap respectively (Richardson, 1988). The C-cap is most often a glycine in L- &alpha conformation that turns the backbone in the other direction the peptides NH's on either side of the Gly C &alpha make H-bonds back to exposed CO's in the last helical turn, but in inverted sequence order (as shown in kinemage II.A_hlxCaps.kin for the Gly C-cap of helix 4 in 1LMB &lambda repressor). Helix N-cap residues usually have a short sidechain (Asn, Asp, Ser, or Thr) with an oxygen that can H-bond to the exposed backbone NH of residue N2 or N3 (that is, 2 or 3 past the N-cap) in the first helical turn (shown in kinemage for the N-caps of helices 1 and 2 of 1LMB &lambda repressor). A classic helix N-cap also has a "capbox" reciprocal H-bond from the sidechain of residue N3 (Gln, Glu, Ser, or Thr) to the backbone NH of the N-cap residue, in the peptide just before the start of helical conformation (Harper and Rose, 1993). Both N-caps and C-caps often also have a "hydrophobic staple" interaction between suitable sidechains at N' and N4 or C4 and C' (Muñoz وآخرون.، 1995). Proline is actually preferred in the N1 positions (Richardson, 1988).

Click the button at far-left to launch the Java kinemage viewer into a separate browser window. In that window you can interact with the display. Read the specific information in the KiNG text pane.

Good N-caps stabilize both entire proteins (Serrano and Fersht, 1989 Nicholson وآخرون., 1991) and isolated helical peptides (Lyu وآخرون.، 1993). Glycine C-caps do not stabilize helical peptides (Doig and Baldwin, 1995), but that has been shown to be due to their location at the C-terminus of the chain (Kapp وآخرون.، 2004). Sequences that form good helix caps have become important tools in secondary-structure prediction (Muñoz and Serrano, 1994) and in protein design (Marshall وآخرون., 2002).]

A few other helical conformations occur occasionally in globular protein structures. The polyproline helix, of the same sort as one strand out of a collagen structure, has been found in pancreatic trypsin inhibitor (Huber وآخرون., 1971) and in cytochrome c551 (Almassy and Dickerson, 1978). An extended "&epsilon helix" has been described as occurring in chymotrypsin (Srinivasan وآخرون., 1976). In view of the usual variability and irregularity seen in local protein conformation it is unclear that either of these last two helix types is reliably distinguishable from simply an isolated extended strand however, the presence of prolines can justify the designation of polyproline helix.

[sidebar: Analyses of Helix-Helix Packing]

***The ways in which &alpha -helices pack against one another were initially described by Crick (1953) as "knobs into holes" side chain packing which could work at either a shallow left-handed crossing angle or a steeper right-handed one. Helix-helix interactions have recently been analyzed in more detail by several different groups, using quite varied approaches and points of view. Chothia وآخرون. (1977) considered the helix contact angles at which ridges formed by rows either of n,n + 3 or of n,n + 4 side chains can pack against each other. They predict three classes (I, II, and III) of contact at angles of -82°, -60° and +19°, respectively (the angle is handed but does not consider direction of the helices). For 25 cases they find a distribution consistent with these classes, although there is better discrimination between classes II and III than between I and II. Richmond and Richards (1978) determine contact residues by calculating solvent accessible area lost on bringing helix pairs together, and model the interactions using helices of close-packed spheres. They find contact classes that match the packing of Chothia's classes II and III, but for approximately perpendicular helices (class I) they find a favorable contact only if the two central residues are glycine or alanine and pack directly on top of each other. In globins the helix axes are about 2Å closer together for steeply angled contacts than for nearly parallel ones, which have a long contact surface between relatively large residues. Figure 19 shows stereo drawings of class II and class III helix contacts. Efimov (1977, 1979) also considers side chain packing as the determinant for helix contacts, but from a rather different theoretical perspective. He first considers what side chain conformations will allow close packing of neighboring hydrophobic side chains on a single helix, then considers how to close-pack side chains of hydrophobic patches on the buried side of two parallel or antiparallel helices, then finally considers the angles for packing together two layers of helices by matching two of the relatively flat hydrophobic surfaces produced in the second step.

Each of these approaches has its advantages the contact nets drawn by Chothia وآخرون. are the only version that explicitly shows the actual (rather than idealized) residue contacts, but they have made correlations only with the one variable of contact angle. Efimov has obtained a very interesting regularity that successfully predicts side chain conformation at the right and left edges of hydrophobic strips, but has not considered either the interactions directly in between helix pairs in his first step or the possibility that close (as opposed to distant hydrophobic) contacts could occur at steep angles. Richmond and Richards have the advantage of identifying residue contacts in a way that is not influenced by theoretical preconceptions, and they have considered side chain identity (although not conformation) in detail. Because of the great local variability of side chain size and packing and because relatively few examples have yet been analyzed, it is obviously possible to describe a given contact as fitting quite different idealized models. The current large data set of proteins shows a strong tendency for class III (shallow) interactions to be antiparallel and for parallel helix interactions to be class II. It seems likely that the antiparallel up and down helix bundle structures (see Section III,B) would be composed of paradigm class III interactions, and the doubly wound &alpha / &beta structures (see Section III,C) would contain paradigm class II interactions, but none of the 15 proteins analyzed by the above three methods happen to fall into either of those categories. If multiple examples of paradigm classes II and III contacts can be analyzed and compared, it may then be possible to define a meaningfully distinct class of perpendicular contacts.***

تين. 19. Examples of the two commonest types of helix-helix contact: (a) Class II (from hexokinase) with an inter-helix angle of about -60° (b) Class III (from myohemerythrin) with an inter-helix angle of about +20°.

[Analysis of the general geometry of helix packing is still a fairly open issue, but several aspects of the problem have progressed. An interesting treatment of helix packing in terms of alternate edges of polyhedra (Murzin and Finkelstein, 1988) fits well for many but not all structures. The common and biologically important case of coiled-coils (belonging to the low-angle, class III case) has been very thoroughly and successfully described (O'Shea وآخرون., 1991), and a rare type of low-angle contact at much closer distances has been described (Gernert وآخرون، 1995). Perpendicular T-junction contacts have proven important in Ca ++ -binding "E-F hands" (Kretsinger, 1980) and DNA-binding helix-turn-helix motifs (Steitz وآخرون., 1982).]


شاهد الفيديو: الوحدة 2: العلاقة بين بنية ووظيفة البروتين. الدرس 1: مستويات البنية الفراغية للبروتينات (شهر نوفمبر 2022).