Konformaatiomuutos

Biokemiassa konformaatiomuutos on makromolekyylin  muodon muutos , joka johtuu usein ympäristötekijöistä.

Makromolekyyli on yleensä joustava ja dynaaminen. Sen muoto voi muuttua ympäristön tai muiden tekijöiden muutosten seurauksena; jokaista mahdollista muotoa kutsutaan konformaatioksi ja niiden välistä siirtymää konformaatiomuutokseksi . Tekijöitä, jotka voivat aiheuttaa tällaisia ​​muutoksia, ovat lämpötila , pH , jännite , valo kromoforeissa , ionipitoisuus , fosforylaatio tai ligandin sitoutuminen . Siirtymiä näiden tilojen välillä tapahtuu eri pituisissa asteikoissa (Å:n kymmenesosista nm:iin) ja ajallisesti (ns:stä s:ään) ja ne liittyvät toiminnallisesti merkittäviin ilmiöihin, kuten allosteeriseen signalointiin [1] ja entsymaattiseen katalyysiin [2] .

Laboratorioanalyysi

Monia biofysikaalisia tekniikoita, kuten kristallografiaa , NMR :ää , elektroniparamagneettista resonanssia (EPR) käyttäen spin- leimatekniikoita , sirkulaaridikroismia (CD) , vetyvaihtoa ja FRET -tekniikkaa, voidaan käyttää makromolekyylien konformaatiomuutosten tutkimiseen. Kaksoispolarisaatiointerferometria  on laboratoriotekniikka, joka pystyy tuottamaan tietoa konformaatiomuutoksista biomolekyylissä [3] .

Äskettäin on sovellettu erityistä epälineaarista optista menetelmää nimeltä toinen harmoninen sukupolvi (SHG) [4] proteiinien konformaatiomuutosten tutkimiseen . Tässä menetelmässä toinen harmoninen aktiivinen koetin sijoitetaan kohtaan, joka käy läpi liikkeen proteiinissa mutageneesin tai epäspesifisen kiinnittymisen kautta, ja proteiini adsorboidaan tai immobilisoidaan spesifisesti pinnalle. Muutos proteiinin konformaatiossa johtaa muutokseen väriaineen nettoorientaatiossa suhteessa pintatasoon ja sen seurauksena muutokseen toisen harmonisen säteen intensiteetissä. Proteiininäytteessä, jossa on hyvin määritelty suuntaus, anturin kallistuskulma voidaan kvantifioida todellisessa tilassa ja reaaliajassa. Ei-luonnollisia aminohappoja, joilla on toinen harmoninen aktiivisuus, voidaan myös käyttää koettimina. 

Toisessa menetelmässä käytetään sähkökytkentäisiä biopintoja , joissa proteiinit asetetaan lyhyiden DNA-molekyylien päälle, jotka sitten vedetään puskuriliuoksen läpi käyttämällä vaihtelevaa sähköpotentiaalia. Konformaatiomuutokset voidaan visualisoida mittaamalla niiden nopeus, joka viime kädessä riippuu niiden hydrodynaamisesta kitkasta. 

DNA:sta valmistetut "nanoantennit"  - uudentyyppinen nanomittakaavainen optinen antenni  - voidaan kiinnittää proteiineihin ja tuottaa fluoresenssin kautta signaalia niiden selkeistä konformaatiomuutoksista [5] [6] .

Laskennallinen analyysi

Röntgenkristallografia voi tarjota tietoa konformaatiomuutoksista atomitasolla, mutta tällaisten kokeiden kustannukset ja monimutkaisuus tekevät laskennallisista menetelmistä houkuttelevan vaihtoehdon [7] . Normaalimoodianalyysiä elastisilla verkkomalleilla, kuten Gaussin verkkomallilla, voidaan käyttää molekyylidynamiikan liikeratojen sekä tunnettujen rakenteiden tutkimiseen [8] [9] . ProDy on suosittu työkalu tällaiseen analyysiin [10] .

Esimerkkejä

Konformaatiomuutokset ovat tärkeitä seuraaville prosesseille:

Katso myös

Linkit

Muistiinpanot

  1. ↑ Proteiinin rakenne ja sairaudet. — Voi. 83.—s. 163–221. — ISBN 9780123812629 . - doi : 10.1016/B978-0-12-381262-9.00005-7 .
  2. ↑ "Katalyysille välttämättömät proliini-isomeraasin piilotetut vaihtoehtoiset rakenteet". luonto . 462 (7273): 669-73. Joulukuu 2009. Bibcode : 2009Natur.462..669F . DOI : 10.1038/luonto08615 . PMID  19956261 .
  3. ↑ "Reaaliaikaiset, korkearesoluutioiset tutkimukset proteiinien adsorptiosta ja rakenteesta kiinteän ja nesteen rajapinnassa käyttämällä kaksoispolarisaatiointerferometriaa" . Journal of Physics: Condensed Matter . 16 (26): S2493-S2496. 19.6.2004. Bibcode : 2004JPCM...16S2493F . DOI : 10.1088/0953-8984/16/26/023 . ISSN  0953-8984 .
  4. ↑ "Toinen harmonisesti aktiivinen epäluonnollinen aminohappo biomolekyylien rakenteellisena koettimena pinnoilla". The Journal of Physical Chemistry B . 112 (47): 15103-7. marraskuuta 2008. doi : 10.1021/ jp803703m . PMID 18928314 . 
  5. ↑ Kemistit rakentavat DNA: n avulla maailman pienimmän antennin  , Montrealin yliopiston . Haettu 19.1.2022.
  6. ↑ Harroun, Scott G. (tammikuu 2022). "Proteiinien konformaatiomuutosten seuranta fluoresoivien nanoantennien avulla". Luontomenetelmät _ _ ]. 19 (1): 71-80. DOI : 10.1038/s41592-021-01355-5 . ISSN  1548-7105 . PMID  34969985 .
  7. ↑ "Luku 3. Korkean suorituskyvyn proteiinin puhdistus röntgenkristallografiaa ja NMR:ää varten". Proteiinikemian ja rakennebiologian edistysaskel . 75 : 85-105. 2008-01-01. DOI : 10.1016/S0065-3233(07)75003-9 . PMID20731990  . _
  8. ↑ "Pitkän kantaman korrelaatio proteiinin dynamiikassa: vahvistus rakennetiedoilla ja normaalimoodianalyysillä". PLOS Computational Biology . 16 (2): e1007670. Helmikuu 2020. Bibcode : 2020PLSCB..16E7670T . doi : 10.1371/journal.pcbi.1007670 . PMID  32053592 .
  9. ↑ "Vertaileva tutkimus moottorin ja proteiinin liikkeistä käyttämällä yksinkertaista elastista verkkomallia". Proceedings of the National Academy of Sciences of the United of America . 100 (23): 13253-8. marraskuuta 2003. Bibcode : 2003PNAS..10013253Z . DOI : 10.1073/pnas.2235686100 . PMID  14585932 .
  10. ↑ "ProDy: teoriasta ja kokeista päätelty proteiinidynamiikka". bioinformatiikka . 27 (11): 1575-7. Kesäkuu 2011. doi : 10.1093/bioinformatics/ btr168 . PMID 21471012 . 
  11. ↑ ABC-kuljettajat mikro-organismeissa. - Caister Academic, 2009. - ISBN 978-1-904455-49-3 .
  12. ↑ "2000-luvun kynnyksellä: Onko dynamiikka puuttuva lenkki entsyymikatalyysin ymmärtämisessä?". Proteiinit . 78 (6): 1339-75. toukokuuta 2010. DOI : 10.1002/prot.22654 . PMID20099310  _ _
  13. ↑ Motoristen proteiinien ja sytoskeleton mekaniikka. Sinauer Associates. — ISBN 9780878933334 .
  14. ↑ "Hallittava nanomittakaavan dynamiikan aktivointi häiriintyneessä proteiinissa muuttaa sitoutumiskinetiikkaa". Journal of Molecular Biology . 429 (7): 987-998. huhtikuuta 2017. DOI : 10.1016/j.jmb.2017.03.003 . PMID28285124  . _
  15. ↑ Herätettävien kalvojen ionikanavat. - Sinauer Associates, Inc., 2001. - S. 5. - ISBN 978-0-87893-321-1 .
  16. ↑ "α-kateniinin rakenne ja nanomittakaavadynamiikka liuoksessa ja kompleksissa F-aktiinin kanssa". Biophysical Journal . 115 (4): 642-654. Elokuu 2018. Bibcode : 2018BpJ...115..642N . DOI : 10.1016/j.bpj.2018.07.005 . PMID  30037495 .
  17. ↑ Biokemia. - John Wiley & Sons. — ISBN 9780470570951 .
  18. ↑ Kimballin biologiasivut Arkistointi : {{{2}}}. , solukalvot
  19. ↑ Bakteerit biologiassa, biotekniikassa ja lääketieteessä. - Wiley, 1999. - ISBN 978-0-471-98880-9 .