Хімія

Білкові рухи


Що таке Protein Dynamics?

Як і всі молекули, білки не мають жорстких структур, а є динамічними структурами в певних межах. Завдяки своїй багаторівневій структурі (первинна, вторинна, третинна та четвертична структура) білки досягають особливо широкого діапазону гнучких конформацій. Динаміка білка досліджує рухи та конформаційні зміни білків, які в багатьох випадках мають вирішальний вплив на біологічну ефективність. кінетична енергія атомів: броунівський молекулярний рух) відповідна конформація білків визначається умовами реакції, наприклад, температура, тиск, концентрація вихідних і кінцевих продуктів, розчинники або рух білків можна грубо розділити на три категорії:

  1. атомні флуктуації,
  2. колективні рухи і
  3. викликали конформаційні зміни.

Друга система класифікації досліджує, яка область білка піддається конформаційним змінам: розрізняють динаміку серцевини (білкаядро), білковий скелет або білкові домени від переміщення субодиниць, бічних ланцюгів або фрагментів.

Третя система класифікації враховує лише часові інтервали динаміки білка: тут розрізняють тривалі (від мікросекунд до секунд) і короткі рухи (субнаносекунди).

Табл. 1
Зведена таблиця
Проміжок часуАмплітуда (в ангстремах)опис
короткий: фемто-до пік-секунд (1015 доки 1012 s)0,001-0,1Розтягування та згинання кріплень, обмеження вільного обертання кута кручення
середній: від піктограм до наносекунд (1012 доки 109 s)0,1-10безперешкодний рух бічного ланцюга на поверхні білка, рух бічних петель і загальний рух («колективний рух»)
довго: від нано до мікросекунд (109 доки 106 s)1-100Згортання в невеликі пептиди, перехід спіраль-спіраль
дуже довго: від мікросекунд до секунд (106 до 1 с)10-100Білкове згортання

Про методологію білкової динаміки

Структурні властивості білків та їх динаміка в основному визначаються за допомогою кристалографії білків та ЯМР-спектроскопії. Кристалографічні методи дають усереднений за часом знімок структури білка, завдяки чому молекула виглядає замороженою. Навпаки, ЯМР-спектроскопія пропонує більш динамічне зображення, яке також може розв’язувати флуктуації менших доменів і бічних ланцюгів. Іншим сучасним методом є моделювання молекулярної динаміки (MD), яке описує координати кожного атома молекулярної решітки з інтервалами в діапазоні піко / наносекунд. Основною проблемою тут, однак, є часовий діапазон, обраний для моделювання: якщо інтервали занадто довгі, результатом є різке зображення без плавних переходів, але якщо інтервали занадто малі, важливі молекулярні рухи можна не помітити.

Приклад: кальцій-зв’язуючий білок кальмодулін

Молекулярно-динамічне моделювання (анімація мультфільму MolScript) розчиненого кальмодуліну. Легенда: N-кінцевий домен: червоний; центральна спіраль: жовтий; С-кінцевий домен: зелений; Іони кальцію: світло-блакитні сфери А. на основі кристалічної структури кальмодуліну, завантаженого кальцієм: 20 зображень з інтервалом 200 пс.Б. на основі кристалічної структури кальмодуліну без кальцію: 20 зображень з інтервалом 200 пс.

Анімації показують теплові структурні коливання в межах вмісту кальцію (код PDB: 1CLL) або кальмодуліну без кальцію (код PDB: 1CFD). Етапи рухів є, так би мовити, знімками з безперервного моделювання молекулярної динаміки розчинених білків. Основним компонентом руху є відносні трансляції та повороти N- і С-кінцевих доменів кальмодуліну. У навантаженому стані моделювання на білку, наповненому кальцієм, показує вигин спіралі, як відомо з досліджень ЯМР та флуоресценції.У ненавантаженому стані ніяких особливих конформаційних змін не виділяється - моделювання характеризується різними змінами в інтервал і вирівнювання доменів. В обох станах перекидання відбувається в наносекундному діапазоні, який був відфільтрований під час моделювання для наочності.


Відео: Киевский торт! Кето торт! ПП рецепты БЕЗ САХАРА! ПП торт низкоуглеводный! (Січень 2022).