معلومة

2.11: قواعد بنية البروتين - علم الأحياء

2.11: قواعد بنية البروتين - علم الأحياء



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.

يتم تحديد وظيفة البروتين من خلال شكله. يمكن لعدد من الوكلاء تعطيل هذا الهيكل تغيير الطبيعة البروتين.

  • التغيرات في الرقم الهيدروجيني (يغير التفاعلات الكهروستاتيكية بين الأحماض الأمينية المشحونة)
  • التغييرات في تركيز الملح (يفعل نفس الشيء)
  • التغيرات في درجة الحرارة (درجات الحرارة المرتفعة تقلل من قوة الروابط الهيدروجينية)
  • وجود عوامل الاختزال (كسر روابط S-S بين السيستين)

في كثير من الأحيان عندما يكون البروتين بلطف تم تغيير طبيعته ثم إعادته إلى الظروف الفسيولوجية الطبيعية لدرجة الحرارة ، ودرجة الحموضة ، وتركيز الملح ، وما إلى ذلك ، فإنه يستعيد وظيفته تلقائيًا (على سبيل المثال ، النشاط الأنزيمي أو القدرة على ربط مستضده). يخبرنا هذا أن البروتين استأنف تلقائيًا شكله الأصلي ثلاثي الأبعاد. علاوة على ذلك ، هذه القدرة حقيقي؛ لم تكن هناك حاجة إلى وكيل خارجي لحمله على إعادة الطرح بشكل صحيح.

ومع ذلك ، هناك إنزيمات تضيف السكريات إلى بعض الأحماض الأمينية ، وقد تكون ضرورية للطي المناسب. تسمى هذه البروتينات المرافقون الجزيئية، تمكن البروتين المركب حديثًا من اكتساب شكله النهائي بشكل أسرع وأكثر موثوقية مما كان سيفعله بخلاف ذلك.

الوصيفات

على الرغم من أن البنية ثلاثية الأبعاد (الثلاثية) للبروتين يتم تحديدها من خلال هيكلها الأساسي ، إلا أنها قد تحتاج إلى مساعدة في تحقيق شكلها النهائي.

  • عندما يتم تصنيع بولي ببتيد ، فإنه يخرج (N-terminal أولاً) من الريبوسوم وتبدأ عملية الطي.
  • ومع ذلك ، فإن عديد الببتيد الناشئ يجد نفسه محاطًا بالعصير الخلوي المائي والعديد من البروتينات الأخرى.
  • عندما تظهر الأحماض الأمينية الكارهة للماء ، يجب أن تجد أحماض أمينية أخرى كارهة للماء لربطها. من الناحية المثالية ، يجب أن تكون هذه خاصة بهم ، ولكن هناك خطر من إمكانية ربطها بالبروتينات القريبة بدلاً من ذلك - مما يؤدي إلى التجميع والفشل في تكوين البنية الثلاثية المناسبة.

على الرغم من أهمية المرافقين ، لا تزال القاعدة قائمة: الشكل النهائي للبروتين يتحدد بشيء واحد فقط: تسلسل دقيق للأحماض الأمينية في البروتين. وتسلسل الأحماض الأمينية في كل بروتين تمليه تسلسل النيوكليوتيدات في الجين الذي يشفر ذلك البروتين. لذا فإن وظيفة كل من آلاف البروتينات في الكائن الحي يتم تحديدها بواسطة جين واحد أو أكثر.


جينات NKCC و NCC

E. طبولوجيا متوقعة ولكن غير موضحة لبروتينات SLC12A1 و 2 و 3

بروتين طوبولوجيا وتوقع في السيليكو في منتصف الطريق من تسلسل الببتيد إلى الهيكل ثلاثي الأبعاد الحقيقي للبروتين (von Heijne ، 2006). ومن ثم ، فإن خوارزميات الكمبيوتر التي تم تطويرها للتنبؤ بطوبولوجيا البروتين أو هيكله بناءً على الخصائص الفيزيائية والكيميائية لتسلسل الأحماض الأمينية وكذلك بالمقارنة مع هياكل البروتين المعروفة (مثل النمذجة الخيطية والتجانس) هي أدوات لا تقدر بثمن المخاطر علاقات الطوبولوجيا و / أو هيكل الوظيفة.

يبدو أن معظم بروتينات SLC12A تشترك في هياكل متوقعة متشابهة مع العديد من مجالات الغشاء وطول N- أو C طويل داخل الخلايا. يعتمد هذا الافتراض على الملامح المقدرة للرطوبة / الكراهية للماء لتسلسل بروتين SLC12A المستنتج وفقًا لخوارزمية Kyte-Doolittle (Kyte and Doolittle ، 1982). الميزة الرئيسية لهذه الخوارزمية هي ما يسمى بـ "حجم النافذة" ، أي عدد الأحماض الأمينية التي تم فحصها في كل مرة لتحديد نقطة ذات طابع كاره للماء (Kyte and Doolittle ، 1982). ومن ثم ، فمن الأهمية بمكان اختيار حجم النافذة الذي يتوافق مع الحجم المتوقع للعنصر الهيكلي قيد البحث (أي أن حجم النافذة من 19 إلى 21 (حول حجم الغشاء الذي يمتد على α-helix) سيجعل مسعورًا ويمتد الغشاء تبرز المجالات على مقياس Kyte-Doolittle (عادةً & gt1.6)). ومع ذلك ، تم استخدام أحجام النوافذ التي تتراوح من 11 إلى 15 من الأحماض الأمينية لإنشاء مخططات المعالجة المائية التي تتنبأ بـ 12 مجالًا عبر الغشاء (TM) في أعضاء الثدييات من عائلة SLC12A (Caron et al. ، 2000 Delpire et al. ، 1994 Gamba et al. ، 1994 Gillen et al.، 1996 Hiki et al.، 1999 Moore-Hoon and Turner، 1998 Payne and Forbush، 1994 Payne et al.، 1996 Yerby et al.، 1997). على الرغم من أنه تم اقتراح نماذج طوبولوجية بديلة لأفراد عائلة SLC12A (Park and Saier ، 1996) والعديد من عائلات بروتين النقل تشمل أعضاء ربما لديهم أكثر أو أقل من 12 مجالًا TM (Espanol and Saier ، 1995 Paulsen and Skurray ، 1993) ، من المقبول أن عائلة SLC12A عبارة عن بروتينات من 12 مجالًا TM.

من الواضح الآن أن العامل الأكثر أهمية في تحديد إدخال الغشاء هو الكراهية للماء لتسلسل الأحماض الأمينية 19-21 (Zhao and London ، 2006). يتم تمثيل هذا المفهوم بشكل أفضل باستخدام الطاقات الخالية من النقل المحددة تجريبياً (Δجي) لكل حمض أميني (أي مقياس ديناميكي حراري للكارهة للماء) اقترحه في الأصل ويملي ووايت (Wimley and White ، 1996). ومن ثم ، فإن مؤامرة الكراهية المائية لـ Wimley-White (المعروفة أيضًا باسم أوكتانول المؤامرة) موقع حلزونات ألفا عبر الغشاء في تسلسل البروتين مع غموض أقل من مؤامرة Kyte-Doolittle. كما هو مبين في الشكل 11.3 ، أوكتانول تختلف المخططات التي تم الحصول عليها لـ SLC12A1 (NKCC2) و SLC12A2 (NKCC1) و SLC12A3 (NCC) عن تلك المقترحة في الأصل لمنتجات الجينات هذه باستخدام خوارزمية Kyte-Doolittle مع نافذة بحجم 11-15 (Delpire et al. ، 1994 Gamba وآخرون ، 1994 Payne and Forbush ، 1994 Yerby et al. ، 1997). ومع ذلك ، فإن أوكتانول ترتبط المؤامرة جيدًا بمؤامرة Kyte-Doolittle إذا تم إنشاء الأخير باستخدام حجم نافذة من 19 إلى 21 من الأحماض الأمينية (الشكل 11.3).

الشكل 11.3. قطع Kyte-Doolittle و White-Wimley لتسلسل البروتين NKCC2 و NKCC1. أ. طوبولوجيا بروتين NKCC المتوقعة. يشار إلى المجالات الغشائية المفترضة (TM) كمربعات رمادية عبر طبقة ثنائية الدهون. يتم ترقيم موضع الأحماض الأمينية NKCC2 المتوقع توطينها في مجالات TM أسفل كل مجال TM محتمل. يمثل الخط الرمادي المستمر سلسلة الأحماض الأمينية لبروتينات NKCC2. تمثل النقاط الملونة الموجودة في الأجزاء الطرفية السيتوبلازمية والطرف C من NKCC2s موقع المخلفات المتوقع أن تكون فسفرة (أزرق: Ser ، أخضر: Thr وأسود: Tyr) ومواقع N-glycosylation المحتملة (النقاط الحمراء). يشار إلى الموقع المحتمل لكبريتات التيروزين عند الطرف N من NKCC2 برأس سهم. تم التنبؤ باستخدام مواقع الفسفرة والكبريت على بروتينات NKCC2 NetPhos (www.cbs.dtu.dk/services/NetPhos) و كبريتاتور (www.expasy.ch/tools/sulfinator) على التوالي. ب. مؤامرات المعالجة المائية لـ hNKCC2A (ABU69043) (أعلى) و rNKCC2A (ABU63482) (وسط) و hNKCC1a (AAC50561) (أسفل). تم إجراء هذه التحليلات باستخدام نافذة بحجم 19 من البقايا. أحجام النوافذ من 19 أو 21 تجعل نطاقات الغشاء الكارهة للماء تبرز بوضوح (عادةً ، القيم & ampgt 1.6 على مقياس Kyte و Doolittle). في ظل هذه الظروف ، من المتوقع أن تحتوي بروتينات hNKCC2 على 10 مناطق TM: 174–198 ، 208–228 ، 259–279 ، 298–318 ، 323–349 ، 380-402 ، 413–441 ، 489-512 ، 551–579 و 604-627. كل TM عبارة عن 20 بقايا في الطول ومتطابقة للغاية بين الأنواع. تحتوي جميع TMs المتوقعة في NKCC2s على تفضيلات نشطة لوجودها في بيئة الدهون كما تتميز بإجمالي الطاقة الحرة (Δجي) فوق الصفر في مخطط المعالجة المائية بواجهة White-Wimley. يتم حساب متوسط ​​شحنات الأحماض الأمينية عن طريق إعطاء البقايا D (Asp) و E (Glu) شحنة قدرها −1 و K (Lys) و R (Arg) شحنة +1 ، والباقي H (His) شحنة +0.5. تم الحصول على البيانات الممثلة باستخدام جيمبوس لنظام التشغيل Linux (emboss.sourceforge.net/Jemboss) ، TMap, TMPredProtScale (في خادم البيولوجيا الجزيئية ExPASy) و خادم التنبؤ ببنية PROTEUS v2.0 (wks16338.biology.ualberta.ca/proteus).

خوارزميات التنبؤ المبنية فقط على مؤامرات مقاومة الماء (Kyte and Doolittle ، 1982) أو المقاييس الديناميكية الحرارية للكراهية للماء (Wimley and White ، 1996) غير كاملة وغير دقيقة إلى حد ما. حقيقة أن ∼5 ٪ من حلزونات ألفا عبر الغشاء في الهياكل المعروفة قصيرة جدًا (& lt15 من المخلفات) وتمتد جزئيًا فقط على الغشاء ، جنبًا إلى جنب مع نقص البيانات الديناميكية الحرارية الهامة ، جعلت خوارزميات التنبؤ عبر الغشاء غير مرضية إلى حد ما. لم يتم الإبلاغ حتى وقت قريب عن مساهمات الطاقة المجانية من الأحماض الأمينية الفردية في مواقع مختلفة على طول الغشاء (Hessa et al. ، 2007). وبالتالي ، تم تحسين دقة الخوارزميات التي تتنبأ بلولب TM مؤخرًا من خلال تطوير أدوات جديدة مثل MemBrain (شين وتشو ، 2008) ، توبريد ΔG (حصة وآخرون ، 2007) ، سكامبي (بيرنسيل وآخرون ، 2008) ، زبريد (Granseth et al.، 2006) و PRO / PRODIV-TMHMM (Viklund and Elofsson، 2004). معظم هذه الخوارزميات جزء من أغطية خادم تنبؤ طوبولوجيا البروتين (topcons.cbr.su.se). باستخدام MemBrain أو سكامبي، والبروتينات البشرية SLC12A1 و SLC12A2 و SLC12A3 (مثل NKCC2 و NKCC1 و NCC) يمكن توقع أن هذه البروتينات قد تحتوي على 13 مجالًا TM ، في حين بروديف, طليعة أو الأخطبوط يتنبأ 12 مجال TM (الشكل 11.4). تجدر الإشارة إلى أن النموذج الذي يحتوي على 13 مجالًا TM يضع الطرفان N و C في مقصورات مختلفة (داخل وخارج ، على التوالي) ، والتي لا تدعمها الأدلة التجريبية الحالية.

الشكل 11.4. توقع إجماع طوبولوجيا بروتين الغشاء. تم إنشاء المعلومات الطوبولوجية لبروتينات hNKCC2A و hNKCC1a و hNCCa (GenBank ABU69043 و AAC50561 و AAC50355 ، على التوالي) باستخدام خمس خوارزميات مختلفة: سكامبي, الأخطبوط, ZPRED ، PRO / PRODIV-TMHMM (topcons.cbr.su.se/) و MemBrain، وهي خوارزمية مستخدمة للتنبؤ بنهايات مجالات TM التي تكون أقصر من 15 وحدة بنائية. أ. الهيكل المتوقع لبروتينات NKCC و NCC وفقًا للخوارزميات المستخدمة (MemBrain (أحمر)، سكامبي (أزرق)، PRO / PRODIV و أغطية (لون أخضر)). يشار إلى مجالات TM المتوقعة كمربعات رمادية عبر طبقة ثنائية الدهون. موقع الأحماض الأمينية NKCC / NCC المتوقع أن يكون موجودًا في كل TM مرقّم أسفل كل مجال عبر الغشاء ويختلف وفقًا للخوارزمية المستخدمة. يمثل الخط الرمادي المستمر سلسلة الأحماض الأمينية لبروتينات NKCC / NCC بينما تمثل الخطوط المنقطة الهياكل المحتملة وفقًا للخوارزمية المستخدمة. يشار إلى الأجزاء الطرفية السيتوبلازمية والطرفية C من NKCCs / NCC. ب. إجمالي الطاقة الحرة المتوقعة (Δجي) قيم كل بقايا في تسلسل بروتين hNKCC2A (أعلى) و hNKCC1a (وسط) و hNCCa (أسفل).


التحليل الجزيئي التطوري والهيكلية لمستشعر الحمض النووي الخلوي cGAS و STING

تم تحديد synthase GMP-AMP (cGAMP) (cGAS) مؤخرًا على أنه مستشعر الحمض النووي الخلوي ويولد cGAMP غير قانوني يحتوي على روابط G (2 '، 5') pA و A (3 '، 5') pG phosphodiester. ينشط cGAMP اللدغة التي تؤدي إلى استجابات مناعية فطرية في الثدييات. ومع ذلك ، فإن الوظائف التطورية وأصول cGAS و STING تظل بعيدة المنال إلى حد كبير. هنا ، أجرينا تحليلات تطورية شاملة لمسار cGAS-STING. أظهر التحليل الوراثي لعائلات cGAS و STING أنه يمكن إرجاع أصولهم إلى سوطيات الخيشوم Monosiga brevicollis. قد يكون cGAS و STING الحديث قد اكتسبوا ميزات هيكلية ، بما في ذلك مجال شريط الزنك ومخلفات الأحماض الأمينية الحرجة لربط الحمض النووي في cGAS بالإضافة إلى مجال ذيل carboxy النهائي لتحويل الإشارات في STING ، مؤخرًا فقط في الفقاريات. في اللافقاريات ، قد لا تعمل متماثلات cGAS كمستشعرات للحمض النووي. يتعاون كلا البروتينين على نطاق واسع ، ولهما خصائص تطورية متشابهة ، وبالتالي قد يكونان قد تطورتا أثناء تطور الميتازوان. تشترك متماثلات cGAS و cyclase ثنائي النوكليوتيد بدائية النواة لـ cGAMP الكنسي في الهياكل الثانوية المحفوظة والمخلفات التحفيزية. لذلك ، قد يعمل cGAS غير الثدييات كنقل نيوكليوتيديل ويمكن أن ينتج cGAMP وغيرها من النوكليوتيدات الحلقية. مجتمعة ، فإن تجميع مكونات الإشارة لمسار cGAS-STING على الخريطة التطورية حقيقية النواة يضيء وظائف وأصول هذا المسار المناعي الفطري.

© المؤلف (المؤلفون) 2014. تم النشر بواسطة مطبعة جامعة أكسفورد بالنيابة عن أبحاث الأحماض النووية.

الأرقام

توزيع cGAS و STING ...

توزيع متماثلات cGAS و STING عبر السوطيات المنتشرة و 61 نوعًا ميتازوانًا. ...

تظهر أشجار النشوء والتطور ML ...

تُظهر أشجار النشوء والتطور ML العلاقات بين متماثلات cGAS (A) أو STING (B). ...

تطور المجالات الوظيفية في ...

تطور المجالات الوظيفية في بروتينات cGAS. (أ) رسم تخطيطي للمجال ...

محاذاة تسلسل متعدد لـ DncV ...

المحاذاة متعددة التسلسل لـ DncV والتسلسلات التمثيلية لمتجانسات cGAS ، OAS1 ...

تطور المجالات الوظيفية في ...

تطور المجالات الوظيفية في بروتينات ستينج. (أ) رسم تخطيطي للمجال ...

النمذجة الهيكلية لـ STING من ...

النمذجة الهيكلية لـ STING من الميداكا اليابانية لاتيبس اوريزيا ملزمة مع 2′3′-cGAMP. (أ)…

إشارات cGAS-STING لتحريك النوع ...

إشارات cGAS-STING لتحريك النوع الأول IFN والتشكيلات الجانبية للتطور الجزيئي ...


نظرة ثاقبة هيكلية لدور بروتين SARS-CoV-2 E الجديد: هدف محتمل لتطوير اللقاح والاستراتيجيات العلاجية الأخرى

شكل تفشي كوفيد -19 في جميع أنحاء العالم تحديات عالمية غير مسبوقة على جبهات متعددة. ركز معظم تطوير اللقاحات والأدوية على البروتينات الشوكية والـ RNA-polymerases الفيروسي والبروتياز الرئيسي لتكاثر الفيروس. باستخدام نهج المعلوماتية الحيوية والنمذجة الهيكلية ، قمنا بنمذجة هيكل بروتين المغلف (E) الخاص بـ SARS-CoV-2 الجديد. يشترك البروتين الإلكتروني لهذا الفيروس في التشابه في التسلسل مع سارس- CoV-1 ، ويتم حفظه بشكل كبير في مناطق N-terminus. بالمناسبة ، مقارنةً ببروتينات سبايك ، تُظهر البروتينات E تباينًا أقل وقابلية للطفرة بين التسلسلات المعزولة. باستخدام نمذجة التماثل ، وجدنا أن الهيكل الأكثر ملاءمة يمكن أن يعمل كقناة أيونية مسورة تنقل أيونات H +. بدمج تقدير الجيب والالتحام بالماء ، قررنا أن GLU 8 و ASN 15 في المنطقة الطرفية N كانا على مقربة من تكوين روابط H والتي تم التحقق من صحتها بشكل أكبر عن طريق إدخال بروتين E في غشاء ERGIC. بالإضافة إلى ذلك ، كان هناك هيكلان "أساسيان" واضحان للعيان ، النواة الكارهة للماء واللب المركزي ، والتي قد تنظم فتح / إغلاق القناة. نقترح هذا كآلية لنشاط توجيه الأيونات الفيروسية التي تلعب دورًا مهمًا في العدوى الفيروسية والتسبب في المرض. بالإضافة إلى ذلك ، فإنه يوفر أساسًا هيكليًا وسبلًا إضافية لتطوير اللقاح وتوليد تدخلات علاجية ضد الفيروس.

بيان تضارب المصالح

وقد أعلن الباحثون إلى أن لا المصالح المتنافسة موجودة.

الأرقام

الشكل 1. محاذاة تسلسل السارس CoV ...

الشكل 1. محاذاة تسلسل بروتينات SARS CoV E ومؤشر التباين وقابلية الطفرات.

الشكل 2. نموذج التماثل الخماسي لـ ...

الشكل 2. نموذج التماثل الخماسي للبروتين E لـ SARS-CoV-2.

الشكل 3. تقدير حجم المسام ه ...

الشكل 3. تقدير حجم المسام وضع E البروتين بواسطة GALAXY-WEB واللحام بالماء ...

الشكل 4. تقدير حجم المسام ه ...

الشكل 4. تقدير حجم المسام وضع E بروتين من SWISS MODEL و لرسو السفن بـ ...

الشكل 5. يتفاعل بروتين E-put مع ...

الشكل 5. يتفاعل بروتين E-put مع مكونات جزيء الدهن في غشاء ERGIC.

الشكل 6. الآلية المقترحة لتغيير البروتون ...

الشكل 6. الآلية المقترحة لنشاط تغيير البروتون في بروتين E-put.

الشكل 7. غشاء غشاء وضع إلكتروني بروتين…

الشكل 7. غشاء غشاء وضع إلكتروني البروتين والتحول الهيكلي من الحالة المفتوحة إلى الحالة المغلقة.


النتائج / المناقشة

مجموعة بيانات لمجمعات البروتين

استرجعنا جميع الوحدات البيولوجية من PDB (أكتوبر 2005) ، وهي مجمعات البروتين في حالتها الفسيولوجية ، وفقًا لأمناء PDB. يتم الحصول على هذه المعلومات من خلال مجموعة من البيانات من مؤلفي الهياكل ، وتنظيم الأدبيات ، والتنبؤات التلقائية التي قدمها خادم الهيكل الرباعي للبروتين (PQS) [17 ، 18]. تم شرح الوحدة البيولوجية PDB بمزيد من التفصيل في البروتوكول S1. يعتبر استنتاج الوحدة البيولوجية من التركيب البلوري عملية صعبة وعرضة للخطأ [17 ، 19 ، 20]. في Ponstingl وآخرون. (2003) ، قدرت طريقة التنبؤ التلقائي بمعدل خطأ 16٪. نناقش لاحقًا كيف يمكن لتصنيفنا لمجمعات البروتين أن يسهل هذه العملية وكيف استخدمناها لتحديد الأخطاء المحتملة في الوحدات البيولوجية.

قمنا بتصفية الوحدات البيولوجية وفقًا للمعايير التالية: نظرنا فقط في الهياكل الموجودة في SCOP 1.69 [4] لأن منهجيتنا تتطلب تعيينات نطاق الأسرة الفائقة SCOP. أزلنا قفيصة الفيروسات وأي معقد يحتوي على أكثر من 62 سلسلة بروتين لأن ملفات PDB لا يمكنها التعامل مع أكثر من 62 مرجعًا لسلاسل مميزة (a-z ، A-Z ، 0–9) ، وأيضًا بسبب التكلفة الحسابية العالية. لقد تجاهلنا الهياكل التي تم تقسيمها إلى مجمعين أو أكثر عند إزالة الواجهات غير البيولوجية كما هو محدد في القسم التالي. عند وجود نسختين أو أكثر من مجمع في الوحدة غير المتماثلة ، يقوم القيمون على PDB بإنشاء العديد من النسخ من نفس الوحدة البيولوجية. في هذه الحالات ، نحتفظ بنسخة واحدة فقط.

بعد تطبيق هذه المرشحات ، حصلنا على 21037 هيكلًا ، نستخدمها طوال هذه الدراسة.

استخراج السمات الهيكلية الأساسية من مجمعات البروتين

يعد الشرط الأساسي لإنشاء تصنيف هرمي لمجمعات البروتين طريقة سريعة لمقارنة المجمعات مع بعضها البعض. التمثيل الذري الكامل غير عملي ، لأن التراكب الهيكلي التلقائي صعب ، إن لم يكن مستحيلًا ، لأزواج متباعدة من الهياكل [21]. بدلاً من ذلك ، نحتاج إلى تلخيص السمات الهيكلية الأساسية لمجمعات البروتين في تمثيل يسهل التعامل معه.

أي مجموعة فرعية من الميزات يجب أن نختار؟ الطريقة الطبيعية لتحطيم المركب هي في السلاسل المكونة له ، كل منها منتج جيني. يحدد نمط التفاعلات بين السلاسل QS وبالتالي وظيفة المجمع. على عكس التجارب البروتينية واسعة النطاق ، حيث تتكون المجمعات من قائمة من الوحدات الفرعية المكونة ، تزودنا هياكل PDB بـ QS: القياس المتكافئ الدقيق للوحدات الفرعية ونمط الواجهات بينها. غالبًا ما يلعب QS دورًا في تنظيم وظيفة البروتين ، ويمكن أن يرتبط اختلاله بالأمراض [22 ، 23]. على سبيل المثال ، في حالة ديسموتاز الفائق ، يؤدي تعطيل QS إلى زعزعة استقرار البروتين ويرتبط بعلم الأمراض العصبية [23].

لاستخراج نمط الواجهات من الهياكل ، نقوم بحساب جهات الاتصال بين أزواج من المجموعات الذرية. نحدد واجهة بين البروتين والبروتين بعتبة لا تقل عن عشرة بقايا في التلامس ، حيث يكون عدد البقايا هو مجموع البقايا التي ساهمت في الواجهة بواسطة كلتا السلسلتين. يتم حساب التلامس المتبقي والبقايا إذا كان أي زوج من المجموعات الذرية أقرب من مجموع نصف قطر فان دير فالز زائد 0.5 [24]. لقد بحثنا في تأثير تغيير عتبة عشرة مخلفات في الواجهة ووجدنا أن لها تأثيرًا طفيفًا فقط على التصنيف. يرجى الرجوع إلى الجدول S1 للحصول على التفاصيل.

نظرًا لأن أحد أهدافنا هو مقارنة الحفظ التطوري لسلاسل البروتين داخل المجمعات وعبرها ، يجب علينا تضمين المعلومات التي تسمح لنا بربط السلاسل ببعضها البعض. للقيام بذلك ، نستخدم المعلومات الهيكلية ، على النحو المحدد في مجالات العائلة الفائقة لـ SCOP ، بالإضافة إلى معلومات التسلسل. يمكّننا الترتيب N- إلى C- لمجالات العائلة الفائقة SCOP من اكتشاف العلاقات البعيدة ، بينما يسمح تشابه التسلسل بإجراء مقارنات على مستوى أدق ، على سبيل المثال ، تصفية سلاسل متطابقة.

اخترنا بنية مجال السلسلة ، والتسلسل ، وسلسلة اتصالات السلسلة لتمثيل مجمعات البروتين لأن هذه سمات عالمية للمجمعات. على النقيض من ذلك ، فإن السمات الأخرى مثل وجود موقع محفز ، أو الطبيعة العابرة أو الملزمة للواجهة ، ليست عالمية ولا متاحة دائمًا من الهيكل. ومع ذلك ، يمكن بسهولة إسقاط هذه السمات في مخطط التصنيف الخاص بنا لمعرفة كيفية ارتباطها بين مجمعات البروتين التي تشترك في سلاسل ذات صلة تطورية.

إلى هذا التمثيل الأساسي ، نضيف معلومات التناظر ، والتي تعمل على تحسين وصف ترتيب الوحدات الفرعية خارج نمط التفاعل. نقوم بمعالجة تناظر كل مجمع باستخدام نهج بحث شامل. باختصار ، نركز إحداثيات المجمع على مركز كتلته ، ثم نولد 600 محور متباعد بشكل متساوٍ يمر عبر مركز الكتلة. نتحقق مما إذا كان المعقد ، الذي يتم تدويره بزوايا مختلفة حول كل محور ، يتراكب على المركب غير المدور. من هذا نستنتج نوع التناظر. للحصول على وصف أكثر تفصيلاً ، يرجى الرجوع إلى قسم الأساليب والشكل S1.

الرسم البياني بسيط ومناسب تمامًا لتخزين وتصور هذه المعلومات (الشكل 2 أ). يوفر الرسم البياني نفسه ما نسميه طوبولوجيا المعقد ، أي عدد سلاسل البولي ببتيد (العقد) ونمط واجهاتها (الحواف). تحمل التسمية الموجودة على الرسم البياني معلومات التناظر. يشير الملصق الموجود على كل حافة إلى عدد المخلفات في الواجهة. ترتبط معلومتان أخريان بكل عقدة في الرسم البياني: تسلسل الأحماض الأمينية وبنية مجال SCOP للسلسلة. توفر هاتان السمتان معلومات عن التسلسل والتشابه الهيكلي والعلاقات التطورية بين السلاسل. ثم نقارن تمثيلات الرسم البياني للمجمعات لبناء التصنيف الهرمي.

لاحظ أننا نقوم أيضًا بتضمين البروتينات الأحادية في التصنيف ، ونقوم بتمثيلها بواسطة عقدة واحدة. على الرغم من أن البروتينات الأحادية ليست معقدات ، إلا أن إدراجها يسمح لنا بمقارنة تواترها وخصائصها الأخرى بتلك الخاصة بمجمعات البروتين.

مقارنة المجمعات ونظرة عامة على التصنيف

تتمثل ميزة تمثيل الرسم البياني في أنه يسمح بإجراء مقارنة سريعة وسهلة باستخدام خوارزمية مطابقة الرسم البياني. نظرًا لأن الرسوم البيانية تحمل سمات محددة حول بنية وتسلسل السلاسل ، وحول تناظر المجمع ، كان علينا تنفيذ نسخة مخصصة من إجراء مطابقة الرسم البياني لأخذ هذه المعلومات في الاعتبار. للحصول على تفاصيل الخوارزمية ، يرجى الرجوع إلى قسم الأساليب.

الأهم من ذلك ، يسمح إجراء مطابقة الرسم البياني لدينا بأخذ سمات مختلفة بعين الاعتبار ، كما هو موضح في الجدول 1 مع علامتي "Y" و "N". يوضح الجدول أنه يتم إنشاء 12 مستوى من التصنيف الهرمي باستخدام واحد أو أكثر من المعايير الخمسة التالية لمقارنة المجمعات مع بعضها البعض: (1) الهيكل ، الذي يمثله عدد العقد ونمط جهات الاتصال الخاصة بهم ، (ii) ) بنية كل سلسلة مكونة في شكل بنية مجال SCOP ، (3) عدد السلاسل غير المتطابقة لكل بنية مجال داخل كل مجمع ، (4) تسلسل الأحماض الأمينية لكل سلسلة مكونة للمقارنة بين المجمعات ، و (v ) تناظر المجمع.


الوصيفات

  • عندما يتم تصنيع بولي ببتيد ، فإنه يخرج (N-terminal أولاً) من الريبوسوم وتبدأ عملية الطي.
  • ومع ذلك ، فإن عديد الببتيد الناشئ يجد نفسه محاطًا بالعصير الخلوي المائي والعديد من البروتينات الأخرى.
  • عندما تظهر الأحماض الأمينية الكارهة للماء ، يجب أن يجدوا أحماض أمينية أخرى كارهة للماء ليرتبطوا بها. من الناحية المثالية ، يجب أن تكون هذه خاصة بهم ، ولكن هناك خطر من إمكانية ربطها بالبروتينات القريبة بدلاً من ذلك ، مما يؤدي إلى التجميع والفشل في تكوين البنية الثلاثية المناسبة.

لتجنب هذه المشكلة ، تحتوي خلايا جميع الكائنات الحية على مرافقات جزيئية تعمل على تثبيت البولي ببتيدات المشكلة حديثًا أثناء طيها في بنيتها المناسبة. يستخدم المرافقون طاقة ATP للقيام بهذا العمل.

Chaperonins

بعض البروتينات معقدة للغاية لدرجة أن هناك حاجة إلى مجموعة فرعية من المرافقات الجزيئية و [مدش] تسمى chaperonins و [مدش].

Chaperonins هي أسطوانات مجوفة يلائمها البروتين المركب حديثًا أثناء طيه.

تستخدم Chaperonins أيضًا ATP كمصدر للطاقة لدفع عملية الطي.

كما ذكرنا سابقًا ، يمكن أن تؤدي درجات الحرارة المرتفعة إلى تغيير طبيعة البروتينات ، وعندما تتعرض الخلية لدرجات حرارة عالية ، تتأرجح عدة أنواع من المرافقات الجزيئية. لهذا السبب ، يتم استدعاء هؤلاء المرافقين أيضًا بروتينات الصدمة الحرارية (HSPs).

لا تساعد المرافقات الجزيئية فقط في طي البروتينات المُصنَّعة حديثًا ، ولكن يمكن لبعضها أيضًا أن تفتح البروتينات المجمعة ثم تعيد طيّ البروتين بشكل صحيح. تراكم البروتين هو سبب الاضطرابات مثل مرض الزهايمر ومرض هنتنغتون وأمراض البريون (مثل مرض جنون البقر). ربما يتم العثور في يوم من الأيام على طرق لعلاج هذه الأمراض من خلال زيادة كفاءة تفصيل المرافقين.

على الرغم من أهمية المرافقين ، لا تزال القاعدة قائمة: الشكل النهائي للبروتين يتحدد بشيء واحد فقط: تسلسل دقيق للأحماض الأمينية في البروتين.

وتسلسل الأحماض الأمينية في كل بروتين تمليه تسلسل النيوكليوتيدات في الجين الذي يشفر ذلك البروتين. لذا فإن وظيفة كل من آلاف البروتينات في الكائن الحي يتم تحديدها بواسطة جين واحد أو أكثر.


نمذجة التنادد وتصميم الجزيء القائم على يجند

4.5 ملخص

تعمل نمذجة التنادد على توسيع التغطية الهيكلية لجينوم الأدوية. تتناسب مصداقية نموذج التماثل مع المستوى المتماثل للتسلسل بين البروتين الهدف والقالب الخاص به. تشمل العوامل المهمة الأخرى التي يجب مراعاتها في اختيار القالب اتساق حالة التنشيط بين البروتين المستهدف والقالب ، خاصة بالنسبة لأهداف kinases و GPCR. يلقي نموذج التماثل الذي تم إنشاؤه على أساس قالب تم اختياره بشكل صحيح الضوء على الخصائص الهيكلية للبروتين المستهدف ، وقد أثبتت نماذج التماثل عالية الجودة فائدتها في VS القائم على الالتحام الجزيئي. نتائج الطفرات هي موارد قيمة لتقييم الفرضية المقترحة من خلال نهج الالتحام. من ناحية أخرى ، يعد اكتشاف الأدوية القائم على الترابط مناسبًا للأهداف التي لا تتوفر هياكلها ، ومع ذلك يتم تجميع المعلومات الثرية للروابط. نماذج الصيدلة المشتقة من الروابط عالية الجودة قادرة على تحديد المركبات ذات الصلة بيولوجيًا بكفاءة وفعالية. يوفر PBVS مكملاً هامًا لـ HTS. لتجنب إهدار الوقت والموارد على الإيجابيات الكاذبة ، من المستحسن للغاية إجراء استعلام دقيق ومحدد الصيدلاني. يوفر تحسين الاستعلام الموجه من GA مكانًا جذابًا لتوضيح استعلام الصيدلة المشتق من بنية واحدة ، بحيث يمكنه التمييز بين الاختلافات الهيكلية الدقيقة بين المركبات الإيجابية والسلبية.


البروتينات

البروتينات هي جزيئات بيولوجية تعمل كآلات خلوية في الكائنات الحية. هذه الجزيئات الكبيرة عبارة عن هياكل ثلاثية الأبعاد محددة تشارك في العمليات البيولوجية مثل الإشارات الخلوية وتحفيز التفاعلات الكيميائية والنقل الجزيئي والعديد من الوظائف الأخرى. البروتينات عبارة عن بوليمرات تتكون من سلاسل طويلة من المونومرات والأحماض الأمينية.

أحماض أمينية

الشكل 11. الهيكل الأساسي للحمض الأميني. يتكون الحمض الأميني من مجموعة أمين وكربون مركزي ومجموعة كربوكسيل ومجموعة R. تختلف مجموعات R من الأحماض الأمينية إلى الأحماض الأمينية.

من بين أكثر من 500 حمض أميني معروف ، يظهر 20 فقط في بروتينات الكائنات الحية. الحمض الأميني هو جزيء عضوي بسيط نسبيًا (الشكل 11). ترتبط بكربون مركزي بواسطة روابط تساهمية مفردة: 1) ذرة هيدروجين ، 2) مجموعة أمين (NH3 +) ، 3) مجموعة حمض كربوكسيلي (COO-) و 4) مجموعة R ، تُعرف أيضًا باسم سلسلة جانبية .

عند حوالي الرقم الهيدروجيني 7 كما هو الحال في الماء ، تجذب مجموعة الأمين للحمض الأميني بروتونًا ليصبح NH3 + ، ويعمل كقاعدة. مجموعة الكربوكسيل مشحونة سلبًا في الماء ، بسبب القدرة الكهربية العالية لكل من الأكسجين الذي يسحب الإلكترونات من الهيدروجين ويفقد البروتون. تختلف الأحماض الأمينية المختلفة في مجموعة R. من بين الأحماض الأمينية التي تبني البروتين ، يمكن أن تختلف مجموعات R في حجمها وشكلها وقطبتها. تتنوع البروتينات ، التي تتكون من سلاسل من الأحماض الأمينية ، بناءً على تفاعلات الذرات داخل الأحماض الأمينية والماء. هذه التفاعلات تملي شكل البروتين ، والذي بدوره يحدد وظيفته.

تختلف مجموعات R في قطبيتها. الجزيئات غير القطبية لها توزيع متساوٍ نسبيًا للإلكترونات عبر الرابطة التساهمية ، بينما الجزيئات القطبية لها توزيع غير متكافئ للإلكترونات. يؤدي التوزيع غير المتكافئ للإلكترونات في الجزيئات القطبية إلى تكوين ذرات مشحونة جزئيًا (δ +، δ-). المجموعات القطبية R محبة للماء ، مما يعني أن لديهم تقاربًا مع الماء بسبب الروابط الهيدروجينية بين الشحنات الجزئية للمجموعة R وجزيئات الماء. مجموعات R غير القطبية تصد بالماء أو كارهة للماء. لذلك في سلسلة من الأحماض الأمينية ، تنحني تلك التي تحتوي على مجموعات R القطبية نحو الماء وتنحني المجموعات R غير القطبية بعيدًا ، مما يؤثر على الشكل النهائي للبروتين.

الترابط الببتيد

الشكل 12. يتكون البولي ببتيد من عدة أحماض أمينية متصلة بواسطة روابط ببتيدية. ملحوظة: توجد مجموعة أمين على أحد طرفي البولي ببتيد ، بينما توجد مجموعة الكربوكسيل على الطرف المقابل.

البروتينات عبارة عن بوليمرات من الأحماض الأمينية مرتبطة ببعضها البعض بواسطة روابط تساهمية ، تُعرف باسم روابط الببتيد (الشكل 12). الرابطة الببتيدية هي تفاعل تكثيف ، حيث تتم إزالة أيون الأكسجين (O-) من حمض أميني واحد (يصبح كربوكسيل) ويتحد مع ذرتين هيدروجين (2H) من مجموعة أمين من حمض أميني مجاور إلى ينتج الماء (H2O). تتشكل الرابطة التساهمية بين اثنين من الأحماض الأمينية عندما يتحد الكربون من مجموعة الكربوكسيل التي فقدت OH أثناء تفاعل التكثيف مع النيتروجين المجاور (N) لحمض أميني آخر فقد ذرات الهيدروجين ، مما يؤدي إلى ربط اثنين من الأحماض الأمينية المجاورة. هذه رابطة الببتيد. ترتبط الأحماض الأمينية عبر روابط الببتيد لتشكيل جزيئات طويلة السلسلة ، أو عديد الببتيدات.


7 - المراجع

Bestor TH. إنعاش الينقولات في الفئران. 2005. الخلية 122: 322-325.

لجنة تسمية الفئران ، Cochairmen Gill T.J. III، Nomura T. 1992. تعريف سلالات الفئران وتسميتها وحفظها. ILAR News 34: S1-S56.

لجنة التسميات الوراثية المعيارية للفئران. 1963. مراجعة للتسميات الجينية المعيارية للفئران. J. Hered. 54: 159-162.

لجنة التسميات الجينية الموحدة للفئران. 1973. مبادئ توجيهية لتسميات المتغيرات الكيميائية الحيوية المحددة وراثيا في فأر المنزل ، Mus musculus. بيوتشيم. جينيه. 9: 369-374.

لجنة التسميات الوراثية المعيارية للفئران ، الرئيس: ليون ، م. 1981. القواعد والمبادئ التوجيهية لتسمية الجينات. في: المتغيرات الجينية وسلالات الفأر المختبر ، جرين ، M. (محرر) ، الطبعة الأولى ، Gustav Fischer Verlag ، شتوتغارت ، ص 1-7.

لجنة التسميات الوراثية المعيارية للفئران ، الرئيس: ليون ، م. 1989. القواعد والمبادئ التوجيهية لتسمية الجينات. In: Genetic Variants and Strains of the Laboratory Mouse، Lyon، M.F.، A.G. Searle (eds.)، Second Edition، Oxford University Press، Oxford، pp. 1-11.

اللجنة المعنية بالتسميات الجينية الموحدة للفئران ، الرئيس: Davisson، M.T. 1996. القواعد والمبادئ التوجيهية لتسمية الجينات. In: Genetic Variants and Strains of the Laboratory Mouse, Lyon, M.F., Rastan, S., Brown, S.D.M. (eds.), Third Edition, Volume 1, Oxford University Press, Oxford, pp. 1-16.

Ding S, Wu X, Li G, Han M, Zhuang Y, Xu. T. 2005. Efficient transposition of the piggyBac (PB) transposon in mammalian cells and mice. Cell 122:473-483.

Desvignes T, Batzel P, Berezikov E, Eilbeck K, Eppig JT, McAndrews MS, Singer A, Postlethwait JH. 2015. miRNA Nomenclature: A View Incorporating Genetic Origins, Biosynthetic Pathways, and Sequence Variants. Trends Genet 31: 613-626.

Dunn, L.C., H. Gruneberg, G.D. Snell. 1940. Report of the committee on mouse genetics nomenclature. J. Hered. 31:505-506.

Dupuy AJ, Akagi K, Largaespada DA, Copeland NG, Jenkins NA. 2005. Mammalian mutagenesis using a highly mobile somatic Sleeping Beauty transposon system. Nature 436:221-226.

Eppig, JT. 2006. Mouse Strain and Genetic Nomenclature: an Abbreviated Guide. In: Fox J, Barthold S, Davvison M, Newcomer C, Quimby F, Smith A (eds) The Mouse in Biomedical Research, Volume 1, Second Edition. الصحافة الأكاديمية. pp.79-98.

Gaj T, Gersbach CA, Barbas CF 3 rd . 2013. ZFN, TALEN, and CRISPR/Cas-based methods for genome engineering. Trends Biotechnol 31: 397-405.

International Committee on Standardized Genetic Nomenclature for Mice, Chairperson: Davisson, M.T. 1994. Rules and guidelines for genetic nomenclature in mice. Mouse Genome 92 vii-xxxii.

Levan G., H.J. Hedrich, E.F. Remmers, T. Serikawa, M.C. Yoshida. 1995. Standardized rat genetic nomenclature. Mamm. Genome 6:447-448.

Wijshake T, Baker DJ, van de Sluis B. 2014. Endonucleases: new tools to edit the mouse genome. Biochim Biophys Acta. 2014 Apr 30


<p>This section provides any useful information about the protein, mostly biological knowledge.<p><a href='/help/function_section' target='_top'>More. </a></p> Function i

V region of the variable domain of immunoglobulin light chains that participates in the antigen recognition (PubMed:24600447).

Immunoglobulins, also known as antibodies, are membrane-bound or secreted glycoproteins produced by B lymphocytes. In the recognition phase of humoral immunity, the membrane-bound immunoglobulins serve as receptors which, upon binding of a specific antigen, trigger the clonal expansion and differentiation of B lymphocytes into immunoglobulins-secreting plasma cells. Secreted immunoglobulins mediate the effector phase of humoral immunity, which results in the elimination of bound antigens (PubMed:20176268, PubMed:22158414).

The antigen binding site is formed by the variable domain of one heavy chain, together with that of its associated light chain. Thus, each immunoglobulin has two antigen binding sites with remarkable affinity for a particular antigen. The variable domains are assembled by a process called V-(D)-J rearrangement and can then be subjected to somatic hypermutations which, after exposure to antigen and selection, allow affinity maturation for a particular antigen (PubMed:17576170, PubMed:20176268).

& # xd & ltp> معلومات منظمة يدويًا تستند إلى عبارات في مقالات علمية لا يوجد لها دعم تجريبي. & lt / p> & # xd & # xd & ltp> & lta href = "/ manual / Evidences # ECO: 0000303"> أكثر. & lt / a> & lt / p> & # xd تأكيد يدوي استنادًا إلى الرأي في i


شاهد الفيديو: الدرس 28: تمثيل البنية الفراغية للبروتينات (أغسطس 2022).