Konformační změna

V biochemii je konformační změna  změna tvaru makromolekuly , často způsobená faktory prostředí.

Makromolekula je obvykle flexibilní a dynamická. Jeho tvar se může měnit v reakci na změny prostředí nebo jiné faktory; každý možný tvar se nazývá konformace a přechod mezi nimi se nazývá konformační změna . Mezi faktory, které mohou způsobit takové změny, patří teplota, pH , napětí , světlo v chromoforech , koncentrace iontů , fosforylace nebo vazba ligandu . Přechody mezi těmito stavy probíhají na různých délkových škálách (od desetin Å do nm) a v čase (od ns do s) a jsou spojeny s funkčně významnými jevy, jako je alosterická signalizace [1] a enzymatická katalýza [2] .

Laboratorní analýza

Ke studiu konformačních změn v makromolekulách lze použít mnoho biofyzikálních technik, jako je krystalografie , NMR , elektronová paramagnetická rezonance (EPR) využívající techniky spinových značek , cirkulární dichroismus (CD) , výměna vodíku a FRET . Duální polarizační interferometrie  je laboratorní technika schopná poskytnout informace o konformačních změnách v biomolekulách [3] .

Nedávno byla ke studiu konformačních změn v proteinech použita speciální nelineární optická metoda nazývaná druhá harmonická generace (SHG) [4] . Při této metodě je aktivní sonda druhé harmonické umístěna na místo, které prochází pohybem v proteinu mutagenezí nebo nespecifickým připojením, a protein je adsorbován nebo specificky imobilizován na povrchu. Změna konformace proteinu vede ke změně čisté orientace barviva vůči rovině povrchu a následně ke změně intenzity druhého harmonického paprsku. Ve vzorku proteinu s dobře definovanou orientací lze úhel náklonu sondy kvantifikovat v reálném prostoru a v reálném čase. Jako sondy mohou být také použity nepřirozené aminokyseliny s druhou harmonickou aktivitou. 

Další metoda využívá elektroswitchable biosurfaces , kde jsou proteiny umístěny na vršek krátkých molekul DNA, které jsou pak taženy pufrovacím roztokem pomocí střídavého elektrického potenciálu. Měřením jejich rychlosti, která nakonec závisí na jejich hydrodynamickém tření, lze vizualizovat konformační změny. 

"Nanoantény" vyrobené z DNA  - nový typ optické antény v nanoměřítku  - mohou být připojeny k proteinům a generovat signál prostřednictvím fluorescence o jejich zřetelných konformačních změnách [5] [6] .

Výpočetní analýza

Rentgenová krystalografie může poskytnout informace o konformačních změnách na atomární úrovni, ale cena a složitost takových experimentů činí z výpočetních metod atraktivní alternativu [7] . Analýza normálního módu s modely elastické sítě, jako je model Gaussovy sítě, může být použita ke zkoumání trajektorií molekulární dynamiky , stejně jako známých struktur [8] [9] . ProDy je oblíbený nástroj pro takovou analýzu [10] .

Příklady

Konformační změny jsou důležité pro následující procesy:

Viz také

Odkazy

Poznámky

  1. ↑ Struktura bílkovin a nemoci. — Sv. 83.—S. 163–221. — ISBN 9780123812629 . - doi : 10.1016/B978-0-12-381262-9.00005-7 .
  2. ↑ „Skryté alternativní struktury prolinizomerázy nezbytné pro katalýzu“. příroda . 462 (7273): 669-73. Prosinec 2009. Bibcode : 2009Natur.462..669F . DOI : 10.1038/nature08615 . PMID  19956261 .
  3. ↑ "Studie adsorpce proteinů a struktury na rozhraní pevná látka-kapalina v reálném čase s vysokým rozlišením pomocí interferometrie s duální polarizací" . Journal of Physics: Condensed Matter . 16 (26): S2493-S2496. 2004-06-19. Bibcode : 2004JPCM...16S2493F . DOI : 10.1088/0953-8984/16/26/023 . ISSN  0953-8984 .
  4. ↑ „Druhé harmonicky aktivní nepřirozené aminokyseliny jako strukturální sonda biomolekul na površích“. The Journal of Physical Chemistry B. 112 (47): 15103-7. Listopad 2008. doi : 10.1021/ jp803703m . PMID 18928314 . 
  5. ↑ Chemici používají DNA ke stavbě nejmenší antény  na světě , University of Montreal . Staženo 19. ledna 2022.
  6. ↑ Harroun, Scott G. (leden 2022). „Monitorování konformačních změn proteinů pomocí fluorescenčních nanoantén“. Přírodní metody _ ]. 19 (1): 71-80. DOI : 10.1038/s41592-021-01355-5 . ISSN  1548-7105 . PMID  34969985 .
  7. ↑ "Kapitola 3. Vysoce výkonné čištění proteinů pro rentgenovou krystalografii a NMR". Pokroky v chemii proteinů a strukturní biologii . 75 : 85-105. 2008-01-01. DOI : 10.1016/S0065-3233(07)75003-9 . PMID20731990  . _
  8. ↑ "Korelace s dlouhým dosahem v dynamice proteinů: Potvrzení strukturními daty a analýzou normálního režimu". PLOS výpočetní biologie . 16 (2): e1007670. února 2020. Bibcode : 2020PLSCB..16E7670T . doi : 10.1371/journal.pcbi.1007670 . PMID  32053592 .
  9. ↑ „Srovnávací studie pohybů motorických proteinů pomocí jednoduchého modelu elastické sítě“. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America . 100 (23): 13253-8. Listopad 2003. Bibcode : 2003PNAS..10013253Z . DOI : 10.1073/pnas.2235686100 . PMID  14585932 .
  10. ↑ „ProDy: dynamika proteinů odvozená z teorie a experimentů“. bioinformatika . 27 (11): 1575-7. června 2011. doi : 10.1093/bioinformatika/ btr168 . PMID 21471012 . 
  11. ↑ ABC transportéry v mikroorganismech. - Caister Academic, 2009. - ISBN 978-1-904455-49-3 .
  12. ↑ „Na úsvitu 21. století: Je dynamika chybějícím článkem pro pochopení enzymové katalýzy?“. Proteiny . 78 (6): 1339-75. květen 2010. DOI : 10.1002/prot.22654 . PMID20099310  . _
  13. ↑ Mechanika motorických proteinů a cytoskeletu. Sinauer Associates. — ISBN 9780878933334 .
  14. ↑ „Kontrolovatelná aktivace dynamiky nanoměřítek u narušeného proteinu mění vazebnou kinetiku“. Journal of Molecular Biology . 429 (7): 987-998. Duben 2017. DOI : 10.1016/j.jmb.2017.03.003 . PMID28285124  . _
  15. ↑ Iontové kanály excitabilních membrán. - Sinauer Associates, Inc., 2001. - S. 5. - ISBN 978-0-87893-321-1 .
  16. ↑ „Struktura α-Cateninu a dynamika nanoměřítek v roztoku a v komplexu s F-aktinem“. Biofyzikální časopis . 115 (4): 642-654. Srpen 2018. Bibcode : 2018BpJ...115..642N . DOI : 10.1016/j.bpj.2018.07.005 . PMID  30037495 .
  17. ↑ Biochemie. — John Wiley & Sons. — ISBN 9780470570951 .
  18. ↑ Kimball's Biology pages Archived by {{{2}}}. , buněčné membrány
  19. ↑ Bakterie v biologii, biotechnologii a medicíně. - Wiley, 1999. - ISBN 978-0-471-98880-9 .