معلومة

اختلافات الطول بين البروتينات المتفاعلة جسديا

اختلافات الطول بين البروتينات المتفاعلة جسديا


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.

ماذا يمكن أن يقال عن طول الفروق بين البروتينات المتفاعلة؟ هل هم عادة بأطوال تسلسل متشابهة أم لا على الإطلاق؟


على الأقل في شبكة تفاعل البروتين البشري ، يبدو أن البروتينات في الواقع ترتبط في الغالب ببروتينات ذات طول تسلسل مماثل. ضع في اعتبارك الشكل أدناه ، استنادًا إلى تحليل شبكة تفاعل البروتين البشري من منصة تحليل شبكة تفاعل البروتين (PINA). في مجموعة البيانات ، كان متوسط ​​حجم البروتين النسبي (أكبر طول تسلسل من الأحماض الأمينية مقسومًا على الأصغر في كل زوج متفاعل) 1.9 ، وكانت القيمة القصوى 293.6 ، وكانت النسبة المئوية 99 ، وهي الحد الأقصى للمخطط ، عند 15.2 .

تحرير: وفقًا لتعليق stords أدناه ، تحصل بشكل أساسي على نفس النتيجة لشبكة عشوائية:

في هذه الحالة ، تم إنشاء الشبكة عن طريق اختيار بروتينين عشوائيًا من الشبكة الأصلية ، وإنشاء تفاعل بينهما ، والتكرار حتى تحصل الشبكة العشوائية على نفس عدد التفاعلات مثل الأصلي.

على الفور ، قد يبدو أن PINA PIN تهيمن عليه التفاعلات العشوائية. أود إجراء بعض تحليلات الشبكة لتحديد خصائصها ، لكن نظرًا لأنها شبكة كبيرة إلى حد ما ، فقد تستغرق وقتًا أطول مما لدي الآن. النتائج متشابهة لشبكتين إضافيتين مع تفاعلات في Saccharomyces cerevisiae و Caenorhabditis elegans على التوالي تم تنزيلها من PINA. لاحظ أن جميع الشبكات الثلاث قد تم إنشاؤها من قواعد بيانات بمستويات مختلفة من التنظيم (انظر المنشور الأصلي لـ PINA: http://www.nature.com/nmeth/journal/v6/n1/full/nmeth.1282.html). على هذا النحو ، قد لا تكون العديد من التفاعلات ذات مغزى من الناحية البيولوجية.

مع الأخذ في الاعتبار ما سبق ، قد ترغب في تعريف "تفاعل البروتينات" بشكل أكثر دقة. قد يتوقع المرء أن شبكة منسقة بشكل أفضل تحتوي فقط على تفاعلات مع وظيفة أو تأثير معروف قد تعطي صورة مختلفة. ومع ذلك ، فإن استخدام شبكة "تفاعل وظيفي" بشرية مبنية بشكل أكثر صرامة تم نشرها بواسطة Wu et al. (http://genomebiology.com/content/11/5/R53، FIs_043009.txt في ملف إضافي رقم 3) لا يزال يعطي نتيجة مماثلة.

الطريقة: لقد قمت بعمل برنامج نصي بلغة Python لحساب أطوال تسلسل الأحماض الأمينية النسبية لجميع التفاعلات في شبكة تفاعل البروتين البشري (PIN) المتاحة من PINA ((http://cbg.garvan.unsw.edu.au/pina/ Interactiveome.stat.do). ملف الشبكة موجود في: http://cbg.garvan.unsw.edu.au/pina/download/Homo٪20sapiens-20121210.sif. تتوفر أيضًا أرقام التعريف الشخصية للكائنات الأخرى في نفس الوقت الموقع والعديد من الأماكن الأخرى. يمكن استخدام البرنامج النصي مع أي PIN بتنسيق SIF باستخدام معرفات UniProt.

يمكن تنزيل البرنامج النصي من هنا: https://github.com/jarlemag/misc-bioinformatics/blob/master/ProteinInteractionNetwork.py

كان الجزء الأكثر استهلاكا للوقت هو تنزيل أطوال التسلسل من UniProt. لتجنب الاضطرار إلى القيام بذلك ، يمكن حفظ أطوال تسلسل البروتين وتحميلها من ملف نصي. قائمة أطوال تسلسل البروتين هنا: https://github.com/jarlemag/misc-bioinformatics/blob/master/protlengths.txt لإنشاء الشكل ، ضع جميع الملفات الثلاثة في نفس الدليل وقم بتشغيل البرنامج النصي باستخدام Python 2.7 .

ضع في اعتبارك أن بيانات PIN قد لا تكون موثوقة تمامًا.


اختلافات الطول بين البروتينات المتفاعلة جسديا - علم الأحياء

أثناء الترجمة وبعدها ، يمكن تعديل الأحماض الأمينية الفردية كيميائيًا ، ويمكن إلحاق تسلسل الإشارات ، والبروتين الجديد & # 8220folds & # 8221 في بنية مميزة ثلاثية الأبعاد نتيجة للتفاعلات داخل الجزيئية. أ تسلسل الإشارة عبارة عن ذيل قصير من الأحماض الأمينية يوجه البروتين إلى قسم خلوي معين. يمكن اعتبار هذه التسلسلات في النهاية الأمينية أو نهاية الكربوكسيل للبروتين بمثابة البروتين & # 8217s & # 8220train تذكرة & # 8221 إلى وجهته النهائية. تتعرف العوامل الخلوية الأخرى على كل تسلسل إشارة وتساعد في نقل البروتين من السيتوبلازم إلى الحيز الصحيح. على سبيل المثال ، فإن تسلسلًا محددًا عند المحطة الأمينية سيوجه البروتين إلى الميتوكوندريا أو البلاستيدات الخضراء (في النباتات). بمجرد أن يصل البروتين إلى وجهته الخلوية ، يتم عادةً قطع تسلسل الإشارة.

تنثني العديد من البروتينات تلقائيًا ، لكن بعض البروتينات تتطلب جزيئات مساعدة ، تسمى مرافق ، لمنعها من التراكم أثناء عملية الطي المعقدة. حتى إذا تم تحديد البروتين بشكل صحيح من خلال mRNA المقابل ، فقد يتخذ شكلًا غير فعال تمامًا إذا كانت درجة الحرارة غير الطبيعية أو ظروف الأس الهيدروجيني تمنعه ​​من الطي بشكل صحيح.


تخليق البروتين

يحدث تخليق البروتينات في الريبوسومات ويستمر من خلال ربط الطرف الكربوكسيل للحمض الأميني الأول بالنهاية الأمينية للحمض التالي (الشكل 2.19). يُشار إلى نهاية البروتين الذي يحتوي على المجموعة المجانية & alpha-amino باسم المحطة الأمينية أو N-terminus. يُطلق على الطرف الآخر اسم الطرف الكربوكسيل أو الطرف C ، لأنه يحتوي على المجموعة المجانية الوحيدة وألفا كاربوكسيل. جميع المجموعات الأمينية والألفا الأخرى ومجموعات ألفا كربوكسيل مرتبطة في تكوين الببتيد الشكل 2.19 ربط الأحماض الأمينية من خلال روابط تكوين رابطة الببتيد التي تنضم إلى الأحماض الأمينية المجاورة معًا. يتم تصنيع البروتينات بدءًا من النهاية الأمينية وتنتهي عند نهاية الكربوكسيل.

الشكل 2.20 - رابطة الدول المستقلة مقابل التوجه العابر لمجموعات R حول رابطة الببتيد صورة Aleia Kim

من الناحية التخطيطية ، في الشكل 2.18 ، يمكننا أن نرى كيف يتم ترتيب مجموعات R المتسلسلة من البروتين في اتجاه بديل على جانبي سلسلة البولي ببتيد. تنظيم مجموعات R بهذه الطريقة ليس عشوائيًا. يمكن أن يحدث العائق المجسم عندما يتم توجيه مجموعات R المتتالية على نفس الجانب من العمود الفقري للببتيد (الشكل 2.20)

الهيكل الأساسي

الهيكل الأساسي هو المحدد النهائي للتشكيل العام للبروتين. وصل الهيكل الأساسي لأي بروتين إلى حالته الحالية نتيجة للطفرة والاختيار عبر الزمن التطوري. الهيكل الأساسي للبروتينات مُفوض من خلال تسلسل ترميز الحمض النووي له في الجينوم. تُعرف مناطق البروتينات التي تحدد الحمض النووي باسم مناطق الترميز (أو الجينات).

تحدد التسلسلات الأساسية لهذه المناطق بشكل مباشر تسلسل الأحماض الأمينية في البروتينات ، مع تطابق واحد لواحد بين الكودونات (مجموعات من ثلاث قواعد متتالية) في الحمض النووي والأحماض الأمينية في البروتين المشفر. يحدد تسلسل الكودونات في الحمض النووي ، المنسوخ إلى الرنا المرسال ، سلسلة من الأحماض الأمينية في البروتين. (الشكل 2.21).

الشكل 2.21 - من الحمض النووي الريبي إلى الأحماض الأمينية - الكود الجيني ويكيبيديا

يبدأ الترتيب الذي يتم فيه ضم الأحماض الأمينية معًا في تخليق البروتين في تحديد مجموعة من التفاعلات بين الأحماض الأمينية حتى أثناء حدوث التوليف. وهذا يعني أن البولي ببتيد يمكن أن يطوى حتى أثناء صنعه. يعتبر ترتيب هياكل المجموعة R والتفاعلات الناتجة في غاية الأهمية لأن التفاعلات المبكرة تؤثر على التفاعلات اللاحقة. وذلك لأن التفاعلات تبدأ في إنشاء الهياكل - الثانوية والثالثية. إذا بدأ هيكل حلزوني (بنية ثانوية) ، على سبيل المثال ، في التكون ، فقد تختلف احتمالات تفاعل مجموعة Rgroup لحمض أميني معين عما إذا لم يتشكل اللولب (الشكل 2.22). يمكن أن تتسبب تفاعلات المجموعة R أيضًا في حدوث انحناءات في تسلسل متعدد الببتيد (بنية ثلاثية) ويمكن أن تخلق هذه الانحناءات (في بعض الحالات) فرصًا للتفاعلات التي لم تكن ممكنة بدون الانحناء أو منع (في حالات أخرى) احتمالات تفاعل مماثلة.

الهيكل الثانوي

مع تقدم تخليق البروتين ، تبدأ التفاعلات بين الأحماض الأمينية القريبة من بعضها البعض ، مما يؤدي إلى ظهور أنماط محلية تسمى البنية الثانوية. وتشمل هذه الهياكل الثانوية خيوط معروفة و alpha- helix و & beta. كلاهما تنبأ بهما لينوس بولينج وروبرت كوري وهيرمان برانسون في عام 1951. ولكل هيكل سمات فريدة.

الشكل 2.22 - الحلزون & ألفا. تعمل الروابط الهيدروجينية (الخطوط المنقطة) بين الأكسجين الكربوني والهيدروجين الأمين على استقرار الهيكل. الصورة بواسطة Aleia Kim

الحلزون & ألفا له هيكل ملفوف ، مع 3.6 من الأحماض الأمينية في كل دورة من اللولب (5 لفات حلزونية = 18 الأحماض الأمينية). تكون الحلزونات هي اليد اليمنى في الغالب - فقط في حالات نادرة ، كما هو الحال في التسلسلات التي تحتوي على العديد من الجليسينات ، يمكن أن تتشكل الحلزونات باليد اليسرى. في ال & alpha-helix ، تتشكل روابط الهيدروجين بين مجموعات C = O ومجموعات N-H في العمود الفقري متعدد الببتيد الذي يبعد أربعة أحماض أمينية. هذه الروابط الهيدروجينية هي القوى الأساسية التي تعمل على استقرار & alpha-helix.

الشكل 2.23 - & alpha-helices في بروتين مع مجال هيكلي لسحاب leucine. تظهر & alpha-helices باللونين الأزرق والأخضر وهي مرتبطة بحلزون مزدوج للحمض النووي باللون البني.

نستخدم مصطلحات الصعود والتكرار والنغمة لوصف معلمات أي حلزون. التكرار هو عدد البقايا في اللولب قبل أن يبدأ في تكرار نفسه. بالنسبة إلى & alpha-helix ، يكون التكرار 3.6 من الأحماض الأمينية لكل دورة من اللولب. الارتفاع هو المسافة التي يرفعها اللولب مع إضافة كل بقايا. بالنسبة إلى & alpha-helix ، يكون هذا 0.15 نانومتر لكل حمض أميني. الملعب هو المسافة بين المنعطفات الكاملة للحلزون. بالنسبة إلى & alpha-helix ، هذا هو 0.54 نانومتر. يتم تعزيز استقرار اللولب ألفا وألفا من خلال وجود الأحماض الأمينية الأسبارتات.

الشكل 2.24 - ونحت ألفا اللولب خارج منزل طفولة لينوس بولينج ورسكووس ويكيبيديا الشكل 2.25 - تمثيل العجلة الحلزونية لولب وألفا. يتم استخدام الرمز الجيني المكون من حرف واحد. يبدأ اللولب من Serine # 77 على اليمين وينتهي عند lysine # 92 في أسفل اليمين. تظهر الأحماض الأمينية الكارهة للماء باللون الأصفر والأحماض الأمينية المؤينة باللون الأزرق. تميل الأحماض الأمينية الكارهة للماء إلى التفاعل مع بعضها البعض وليس مع الأحماض الأمينية المؤينة. ويكيبيديا

& حبلا بيتا / ورقة

الشكل 2.26 - وخيط بيتا

الحلزون ، بالطبع ، كائن ثلاثي الأبعاد. الشكل المسطح من اللولب في بعدين هو وصف شائع لـ & بيتا ستراند. بدلاً من اللفائف ، فإن خيوط بيتا لها ثنيات ويشار إليها أحيانًا باسم الطيات ، مثل الطيات في الستارة. & يمكن تنظيم خيوط بيتا لتشكيل هياكل منظمة بشكل متقن ، مثل الألواح والبراميل وغيرها من الترتيبات.

تسمى الهياكل ذات الترتيب الأعلى وبيتا في بعض الأحيان الهياكل الفائقة الثانوية) ، لأنها تنطوي على تفاعلات بين الأحماض الأمينية غير القريبة في التسلسل الأولي. يتم تثبيت هذه الهياكل أيضًا بواسطة روابط هيدروجينية بين ذرات الأكسجين الكربوني وهيدروجين مجموعات الأمين في العمود الفقري متعدد الببتيد (الشكل 2.28). في بنية ذات ترتيب أعلى ، يمكن ترتيب الخيوط بالتوازي (اتجاهات amino إلى carboxyl نفسها) أو مضادة موازية (اتجاهات amino إلى carboxyl معاكسة لبعضها البعض (في الشكل 2.27 ، يظهر اتجاه الشريط بواسطة رأس السهم في الشريط المخططات).

الشكل 2.27 - تصوير الشريط للصفائح الفائقة والبيتا (A-D) وترتيبات ألفا الحلزونية (E-F) الصورة بواسطة Aleia Kim

المنعطفات (تسمى أحيانًا المنعطفات العكسية) هي نوع من الهياكل الثانوية التي ، كما يوحي الاسم ، تسبب تحولًا في هيكل سلسلة البولي ببتيد. تؤدي المنعطفات في نهاية المطاف إلى تكوين البنية الثلاثية ، مما يتسبب في حدوث انقطاعات في الهياكل الثانوية (& alpha-helices and & beta-strands) وغالبًا ما تكون بمثابة مناطق متصلة بين منطقتين من البنية الثانوية في البروتين. يلعب البرولين والجليسين أدوارًا مشتركة بالتناوب ، مما يوفر مرونة أقل (بدء الدوران) ومرونة أكبر (تسهيل الدور) ، على التوالي.

الشكل 2.28 - مكونات a & beta-sheet في ترتيب متوازي. روابط H باللون الأصفر. الصورة بواسطة Aleia Kim

هناك خمسة أنواع على الأقل من المنعطفات ، مع العديد من الاختلافات لكل منها تؤدي إلى العديد من المنعطفات المختلفة. الأنواع الخمسة من المنعطفات هي

& bull & delta-turn - يتم فصل الأحماض الأمينية الطرفية برابطة ببتيدية واحدة

& bull & gamma-turn - الفصل بواسطة سندات ببتيدية

& bull & beta-turn - الفصل بواسطة ثلاثة روابط ببتيدية

& bull & alpha-turn - الفصل بواسطة أربعة روابط ببتيدية

& bull & pi-turn - الفصل بخمسة روابط

من بين هؤلاء ، تعد & beta-turn هي الشكل الأكثر شيوعًا و & delta-turn هي نظرية ، ولكنها غير محتملة ، بسبب القيود الصارمة. الشكل 2.29 يصور a & beta- منعطف.

310 حلزونات

الشكل 2.29 - ودوران بيتا. تظهر مجموعات R باللون البرتقالي ، والهيدروجين باللون الأصفر ، والكربون في الفحم ، والنيتروجين باللون الأرجواني ، والأكسجين باللون الأخضر. يشار إلى رابطة الهيدروجين المستقرة بالخط المنقط. الصورة بواسطة Aleia Kim

بالإضافة إلى & alpha-helix ، & beta-strands ، والمنعطفات المختلفة ، توجد هياكل أخرى منتظمة ومتكررة في البروتينات ، ولكنها تحدث بشكل أقل شيوعًا. 310 اللولب هو رابع أكثر الهياكل الثانوية وفرة في البروتينات ، ويشكل حوالي 10-15 ٪ من جميع اللوالب. يستمد اللولب اسمه من حقيقة أنه يحتوي على 10 أحماض أمينية في 3 لفات. إنه أيمن. تتشكل الروابط الهيدروجينية بين الأحماض الأمينية التي تتكون من ثلاث بقايا منفصلة. الأكثر شيوعًا ، 310 يظهر اللولب في نهاية amine أو carboxyl من & alpha-helix. مثل & alpha-helix ، 310 يتم تثبيت الحلزون بوجود الأسبارتات في تسلسلها.

الشكل 2.30 - منظر علوي لولب 310. تظهر مجموعات الكربونيل باللون الأحمر وتتجه لأعلى. لاحظ ويكيبيديا التناظر الثلاثي المثالي تقريبًا الشكل 2.31 - رنين رابطة الببتيد ويكيبيديا الشكل 2.32 - & pi helix Wikipedia

الشكل 2.33 - المستويات (الأزرق الفاتح) المحددة بواسطة الطابع المزدوج الرابطة لرابطة الببتيد الصورة بواسطة Aleia Kim

يمكن اعتبار A & pi-helix كنوع خاص من & alpha- helix. تصفها بعض المصادر على أنها & alpha-helix مع حمض أميني إضافي عالق في منتصفه (الشكل 2.32). & pi-helices ليست نادرة تمامًا ، فهي تحدث مرة واحدة على الأقل في ما يصل إلى 15٪ من جميع البروتينات. مثل & alpha- helix ، يكون & pi-helix يمينًا ، ولكن حيث يحتوي & alpha-helix على 18 حمضًا أمينيًا في 5 أدوار ، يحتوي & pi-helix على 22 حمضًا أمينيًا في 5 أدوار. & pi-helices عادةً لا تمتد لمسافات طويلة جدًا. معظمها يبلغ طولها حوالي 7 أحماض أمينية فقط ويحدث التسلسل دائمًا تقريبًا في منتصف المنطقة الحلزونية ألفا.

مؤامرات راماشاندران

الشكل 2.34 - زوايا دوران & omega و & psi و & phi في صورة ببتيدية بواسطة Aleia Kim

في عام 1963 ، ج. وصف Ramachandran و C. Ramakrishnan و V. Sasisekharan طريقة جديدة لوصف بنية البروتين. إذا اعتبر المرء العمود الفقري لسلسلة بولي ببتيد ، فإنه يتكون من مجموعة متكررة من ثلاث روابط. بالتتابع (في اتجاه amino إلى carboxyl) هم 1) رابطة قابلة للدوران (& psi) بين & alpha-carbon و & alpha-carboxyl التي تسبق رابطة الببتيد (انظر هنا) ، 2) رابطة ببتيد غير قابلة للدوران (& omega) بين & alpha -كربوكسيل وألفا أمين) ، و 3) رابطة قابلة للدوران (& فاي) بين & ألفا-أمين و & ألفا-كربون بعد رابطة الببتيد (انظر هنا). لاحظ في الشكلين 2.33 و 2.34 أن اتجاه الأمينو إلى الكربوكسيل يكون من اليمين إلى اليسار.

يسمح وجود الأكسجين الكربوني في مجموعة & alpha-carboxyl لرابطة الببتيد بالتواجد كبنية رنانة ، مما يعني أنها تتصرف في بعض الأحيان كرابطة مزدوجة. لا يمكن أن تدور الروابط المزدوجة بالطبع ، لكن الروابط الموجودة على جانبيها تتمتع ببعض حرية الدوران. تقتصر زاويتا & phi و & psi على قيم معينة ، لأن بعض الزوايا ستؤدي إلى عائق ستيريكي. بالإضافة إلى ذلك ، يحتوي كل نوع من أنواع الهياكل الثانوية على مجموعة مميزة من القيم لـ & phi و & psi.

الشكل 2.35 - مؤامرة راماشاندران النظرية صورة بينيلوب إيرفينغ

قام Ramachandran وزملاؤه بإجراء حسابات نظرية لاستقرار الطاقة لجميع الزوايا الممكنة من 0 & deg إلى 360 & deg لكل من زوايا & phi و & psi ورسموا النتائج على مؤامرة Ramachandran (تسمى أيضًا مؤامرة a & phi- & psi) ، لتحديد مناطق الزوايا التي كانت موجودة من الناحية النظرية الأكثر استقرارًا (الشكل 2.35).

تم تحديد ثلاث مناطق أساسية للاستقرار ، تتوافق مع زوايا & phi- & psi & beta-strands (أعلى اليسار) ، وحلزون ألفا الأيمن (أسفل اليسار) ، وحلزون ألفا باليد اليسرى (أعلى اليمين). تعتبر مخططات الاستقرار المتوقع دقيقة بشكل ملحوظ عند مقارنتها بزوايا & phi- & psi للبروتينات الفعلية.

التنبؤ بالهيكل الثانوي

الجدول 2.3 - الميول النسبية لكل حمض أميني ليكون في بنية ثانوية. تشير القيم الأعلى إلى ميل أكبر للصورة بواسطة Penelope Irving

من خلال مقارنة الهيكل الأساسي (تسلسل الأحماض الأمينية) بهياكل البروتين ثلاثية الأبعاد المعروفة ، يمكن للمرء أن يحسب كل مرة يتم فيها العثور على حمض أميني في & alpha-helix ، & beta-strand / sheet ، أو منعطف. يسمح تحليل الكمبيوتر لآلاف من هذه التسلسلات للفرد بتعيين احتمالية ظهور أي حمض أميني معين في كل من هذه الهياكل. باستخدام هذه الميول ، يمكن للمرء ، بدقة تصل إلى 80٪ ، التنبؤ بمناطق البنية الثانوية في بروتين يعتمد فقط على تسلسل الأحماض الأمينية.

يظهر هذا في الجدول 2.3. حدوث في التسلسل الأولي لثلاثة أحماض أمينية متتالية مع ميول نسبية أعلى من واحد هو مؤشر على أن تلك المنطقة من البولي ببتيد تقع في البنية الثانوية المقابلة. يتوفر هنا مورد عبر الإنترنت للتنبؤ بالبنى الثانوية يسمى PSIPRED.

كره الماء

الجدول 2.4 - درجات المعالجة المائية

تؤثر كيمياء مجموعات Rgroups من الأحماض الأمينية على الهياكل الأكثر شيوعًا التي توجد فيها. يمكن أن تعطي المجموعات الفرعية من خواصها الكيميائية أدلة على التركيب ، وأحيانًا ، الموقع الخلوي. وخير مثال على ذلك هو كره الماء (الميول المائي) لبعض مجموعات Rgroups. بالنظر إلى البيئة المائية للخلية ، من غير المحتمل أن تكون هذه المجموعات R على السطح الخارجي لبروتين مطوي.

ومع ذلك ، لا تنطبق هذه القاعدة على مناطق البروتين التي قد تكون مضمنة في طبقات الدهون الثنائية للأغشية الخلوية / العضية. وذلك لأن منطقة هذه البروتينات التي تشكل مجالات الغشاء مدفونة في بيئة كارهة للماء في منتصف طبقة الدهون الثنائية.

ليس من المستغرب أن يساعد مسح التسلسلات الأولية بحثًا عن امتدادات ذات أحجام / متباعدة من الأحماض الأمينية الكارهة للماء في تحديد البروتينات الموجودة في الأغشية. يوضح الجدول 2.4 قيم الكراهية للماء لمجموعات R من الأحماض الأمينية. في هذه المجموعة ، يمتد المقياس من القيم الموجبة (كارهة للماء) إلى القيم السلبية (محبة للماء). يظهر مخطط KyteDoolittle Hydropathy لبروتين غشاء البروتون في الشكل 2.36. منطقتان من البروتين شديدة الكراهية للماء كما يمكن رؤيته من القمم بالقرب من الأحماض الأمينية 5-10 و630-640. قد يُتوقع بشكل معقول أن تكون هذه المناطق إما داخل الجزء الداخلي من البروتين المطوي أو أن تكون جزءًا من مجالات الغشاء.

ملفات عشوائية

الشكل 2.36 مخطط المعالجة المائية Kyte-Doolittle لجين البروتون RET ويكيبيديا

تفترض بعض أقسام البروتين عدم وجود بنية منتظمة يمكن تمييزها ويقال أحيانًا أنها تفتقر إلى البنية الثانوية ، على الرغم من أنها قد تحتوي على روابط هيدروجينية. توصف هذه المقاطع بأنها ملفات عشوائية وقد يكون لها سيولة في بنيتها مما ينتج عنها أشكال متعددة مستقرة.يمكن التعرف على الملفات العشوائية بالطرق الطيفية ، مثل ازدواج اللون الدائري ويكيبيديا والرنين المغناطيسي النووي (NMR) حيث يتم ملاحظة الإشارات المميزة. انظر أيضًا البروتينات المتحولة (هنا) والبروتينات المضطربة جوهريًا (هنا).

الشكل 2.37 - رسم شريطي لدبوس شعر وبيتا. يظهر خيطان وبيتا باللون الفيروزي يتفاعلان مع بعضهما البعض.

هيكل فوق الثانوي

يصعب تصنيف عنصر آخر في بنية البروتين لأنه يشتمل على عناصر من البنية الثانوية والثالثية. تحتوي هذه الهياكل ، التي يطلق عليها اسم البنية الفائقة الثانوية (أو الزخارف الهيكلية) ، على عدة مكونات بنية ثانوية قريبة مرتبة بطريقة معينة وتظهر في بروتينات متعددة. نظرًا لوجود العديد من الطرق لإنشاء هياكل ثانوية من هياكل أولية مختلفة ، يمكن أيضًا أن تنشأ أشكال مماثلة من تسلسلات أولية مختلفة. يظهر مثال على الشكل الهيكلي في الشكل 2.37.

الهيكل الثالث

الشكل 2.38 - طي سلسلة بولي ببتيد

تتميز البروتينات عن بعضها البعض بتسلسل الأحماض الأمينية التي تتكون منها. يحدد تسلسل الأحماض الأمينية للبروتين شكل البروتين ، نظرًا لأن الخواص الكيميائية لكل حمض أميني هي قوى تؤدي إلى تفاعلات بين الجزيئات للبدء في إنشاء هياكل ثانوية ، مثل & alpha-helices و & & beta-strands. يحدد التسلسل أيضًا المنعطفات والملفات العشوائية التي تلعب أدوارًا مهمة في عملية طي البروتين.

نظرًا لأن الشكل ضروري لوظيفة البروتين ، فإن تسلسل الأحماض الأمينية يؤدي إلى ظهور جميع خصائص البروتين. مع استمرار تخليق البروتين ، تبدأ المكونات الفردية للبنية الثانوية في التفاعل مع بعضها البعض ، مما يؤدي إلى ظهور طيات تقرب الأحماض الأمينية من بعضها البعض ليست قريبة من بعضها البعض في الهيكل الأساسي (الشكل 2.38). في المستوى الثالث للهيكل ، تلعب التفاعلات بين مجموعات R للأحماض الأمينية في البروتين ، وكذلك بين مجموعات العمود الفقري متعدد الببتيد والمجموعات الجانبية للأحماض الأمينية دورًا في الطي.

بروتينات كروية

الشكل 2.39 - كشف (تمسخ) بروتين ويكيبيديا

يؤدي الطي إلى ظهور أشكال مميزة ثلاثية الأبعاد في البروتينات غير الليفية. تسمى هذه البروتينات الكروية. يتم تثبيت البروتين الكروي بنفس القوى التي تحرك تكوينه. وتشمل هذه التفاعلات الأيونية ، الرابطة الهيدروجينية ، القوى الكارهة للماء ، الروابط الأيونية ، روابط ثاني كبريتيد والروابط المعدنية. تتغلب العلاجات مثل الحرارة وتغيرات الأس الهيدروجيني والمنظفات واليوريا والميركابتوإيثانول على قوى التثبيت وتتسبب في انفتاح البروتين وفقد هيكله و (عادة) وظيفته (الشكل 2.39). إن قدرة الحرارة والمنظفات على تغيير طبيعة البروتينات هي السبب في أننا نطبخ طعامنا ونغسل أيدينا قبل الأكل - مثل هذه العلاجات تفسد البروتينات الموجودة في الكائنات الحية الدقيقة الموجودة على أيدينا. الكائنات الحية التي تعيش في بيئات ذات درجة حرارة عالية (أكثر من 50 درجة مئوية) تحتوي على بروتينات مع تغيرات في قوى الاستقرار - روابط هيدروجينية إضافية ، وجسور ملح إضافية (تفاعلات أيونية) ، واكتناز قد تلعب جميعها أدوارًا في منع هذه البروتينات من الانكشاف.

قوى استقرار البروتين

قبل التفكير في عملية الطي ، دعونا نفكر في بعض القوى التي تساعد على استقرار البروتينات.

روابط هيدروجينية

الشكل 2.40 - الروابط الهيدروجينية (الخطوط المنقطة) بين جزيئين من حمض الأسيتيك

تنشأ الروابط الهيدروجينية نتيجة الهيدروجين المشحون جزئيًا الموجود في الروابط التساهمية. يحدث هذا عندما يكون للذرة التي يرتبط بها الهيدروجين كهرسلبية أكبر من الهيدروجين نفسه ، مما ينتج عنه شحنة موجبة جزئية للهيدروجين لأنه غير قادر على الاحتفاظ بالإلكترونات بالقرب من نفسه (الشكل 2.40).

ينجذب الهيدروجين المشحون جزئيًا بهذه الطريقة إلى الذرات ، مثل الأكسجين والنيتروجين اللذين لهما شحنة سالبة جزئية ، نظرًا لوجود قدر أكبر من السالب الكهربية وبالتالي جعل الإلكترونات أقرب إلى ذراتها. تسمى الهيدروجين موجب الشحنة بالمانحين ، في حين أن الذرات السالبة جزئيًا التي تنجذب إليها تسمى المستقبلات. (انظر الشكل 1.30).

الشكل 2.41 - الرابطة الهيدروجينية في الماء السائل ويكيبيديا

الروابط الهيدروجينية الفردية أضعف بكثير من الرابطة التساهمية ، لكنها مجتمعة يمكن أن تمارس قوى قوية. فكر في الماء السائل ، الذي يحتوي على أعداد هائلة من الروابط الهيدروجينية (الشكل 2.41). تساعد هذه القوى الماء على البقاء سائلاً في درجة حرارة الغرفة. الجزيئات الأخرى التي تفتقر إلى روابط هيدروجينية ذات وزن جزيئي مساوٍ أو أكبر من الماء ، مثل الميثان أو ثاني أكسيد الكربون ، هي غازات عند نفس درجة الحرارة. وهكذا ، فإن التفاعلات بين الجزيئات بين جزيئات الماء تساعد على الاحتفاظ بالماء معًا والبقاء سائلاً. والجدير بالذكر أنه فقط من خلال رفع درجة حرارة الماء إلى درجة الغليان يتم التغلب على قوى الترابط الهيدروجيني ، مما يسمح للماء بأن يصبح غازيًا بالكامل.

روابط الهيدروجين هي قوى مهمة في البوليمرات الحيوية التي تشمل الحمض النووي والبروتينات والسليلوز. تفقد كل هذه البوليمرات هياكلها الأصلية عند الغليان. يمكن أن تؤدي الروابط الهيدروجينية بين الأحماض الأمينية القريبة من بعضها البعض في البنية الأولية إلى تكوين هياكل متكررة منتظمة ، مثل الحلزونات أو الطيات ، في البروتينات (بنية ثانوية).

التفاعلات الأيونية

التفاعلات الأيونية هي قوى مهمة لتثبيت بنية البروتين التي تنشأ من تأين مجموعات R في الأحماض الأمينية التي تتكون منها البروتين. وتشمل هذه الأحماض الأمينية الكربوكسيل (هنا) ، والأحماض الأمينية وكذلك سلفهيدريل من السيستين وأحيانًا هيدروكسيل التيروزين.

قوى مسعور

تعمل القوى الكارهة للماء على تثبيت بنية البروتين نتيجة للتفاعلات التي تفضل استبعاد الماء. الأحماض الأمينية غير القطبية (توجد عادة في داخل البروتينات) تفضل الارتباط ببعضها البعض وهذا له تأثير استبعاد الماء. يحتوي الماء المستبعد على إنتروبيا أعلى من الماء الذي يتفاعل مع السلاسل الجانبية الكارهة للماء. هذا لأن الماء يصطف نفسه بانتظام وبنمط مميز عند التفاعل مع الجزيئات الكارهة للماء.

عندما يتم منع الماء من الحصول على هذه الأنواع من التفاعلات ، فإنه يكون أكثر اضطرابًا مما لو كان يمكن أن يرتبط بالمناطق الكارهة للماء. لهذا السبب جزئيًا تم العثور على الأحماض الأمينية الكارهة للماء في الأجزاء الداخلية من البروتين - لذلك يمكنها استبعاد الماء وزيادة الانتروبيا.

روابط ثاني كبريتيد

الشكل 2.42 - تكوين رابطة ثاني كبريتيد

روابط ثاني كبريتيد ، والتي يتم تصنيعها عندما يتم وضع سلسلتين جانبيتين من مادة الكبريتيد من السيستين على مقربة ، وتساهميًا تربط مناطق البروتين المختلفة معًا ويمكن أن تعطي قوة كبيرة للهيكل العام (الشكلان 2.42 و 2.43 أمبير). قصيدة لبنية البروتين بقلم كيفن أهيرن عشرين ويًا أمينو أ يحدد البروتين بطرق عديدة ترتيبها في سلسلة الببتيد يحدد الأشكال التي تكتسبها البروتينات وعندما تلتف ، تترك لي مرحًا لأن البنى ثانوية إنها من الدرجة الثالثة ، قيل لي ذلك يحدث عندما ينثني البروتين ولكن السلاسل المطوية مخيفة تمامًا عندما يتم تجميعها معًا ، فهي من عجائب الطبيعة ، وهذا أمر مؤكد. سيستين. روابط ثاني كبريتيد هي أقوى قوى استقرار بنية البروتين.

الشكل 2.43 - السيستين - سيستين مرتبطان برابطة ثاني كبريتيد

قوات فان دير فال

قوى فان دير فال هو مصطلح يستخدم لوصف التفاعلات الضعيفة المختلفة ، بما في ذلك تلك الناتجة عن التجاذب بين الجزيء القطبي وثنائي القطب العابر ، أو بين ثنائيات أقطاب مؤقتة. قوى فان دير فال ديناميكية بسبب الطبيعة المتقلبة للجاذبية ، وهي ضعيفة بشكل عام مقارنة بالروابط التساهمية ، ولكن يمكن أن تكون مهمة على مسافات قصيرة جدًا.

تعديلات ما بعد الترجمة

يمكن أن تؤدي التعديلات اللاحقة للترجمة إلى تكوين روابط تساهمية لتثبيت البروتينات أيضًا. يمكن أن يؤدي الهيدروكسيل في اللايسين والبرولين في خيوط الكولاجين إلى الارتباط المتبادل بين هذه المجموعات والروابط التساهمية الناتجة تساعد على تقوية واستقرار الكولاجين.

نماذج قابلة للطي

هناك نموذجان شائعان لطي البروتين قيد التحقيق حاليًا. في النموذج الأول (نموذج تصادم الانتشار) ، يبدأ حدث التنوي العملية ، متبوعًا بتكوين بنية ثانوية. تسمح التصادمات بين الهياكل الثانوية (كما في & دبوس الشعر بيتا في الشكل 2.37) ببدء الطي. على النقيض من ذلك ، في نموذج التكثيف التنوي ، تتشكل الهياكل الثانوية والثالثية معًا.

يحدث الطي في البروتينات بسرعة إلى حد ما (0.1 إلى 1000 ثانية) ويمكن أن يحدث أثناء التخليق - يمكن أن تبدأ النهاية الأمينية للبروتين في الانثناء قبل أن يتم تصنيع نهاية الكربوكسيل ، على الرغم من أن هذا ليس هو الحال دائمًا.

عملية الطي

الشكل 2.44 نموذج طاقة قمع قابل للطي من ويكيبيديا القابلة للطي

يُفترض أن يحدث طي البروتين في مشهد الطاقة & ldquofolding funnel & rdquo حيث يتوافق البروتين المطوي والحالة الأصلية rsquos مع الحد الأدنى من الطاقة المجانية الممكنة في ظروف الوسط (عادةً مذيب مائي) حيث يتم إذابة البروتين. كما هو موضح في الرسم التخطيطي (الشكل 2.44) ، يحتوي قمع الطاقة على العديد من الحدود الدنيا المحلية (الانخفاضات) التي يمكن أن يُحبس فيها البروتين القابل للطي أثناء تحركه أسفل مخطط الطاقة. من المحتمل أن تلعب عوامل أخرى ، مثل درجة الحرارة والمجالات الكهربائية / المغناطيسية والاعتبارات المكانية ، أدوارًا.

إذا كانت القوى الخارجية تؤثر على الحد الأدنى من الطاقة المحلية أثناء الطي ، فيمكن أن تتأثر العملية والمنتج النهائي. نظرًا لأن سرعة السيارة التي تسير على الطريق ستؤثر على سلامة الرحلة ، فإن اعتبارات الطاقة تؤثر أيضًا على عملية الطي وتوجهها ، مما ينتج عنه بروتينات تعمل بكامل طاقتها ومطوية بشكل صحيح في بعض الحالات وخطأ في الطي & ldquomistakes & rdquo في حالات أخرى.

تتعثر

مع تقدم عملية الطي نحو الحد الأدنى من الطاقة (أسفل القمع في الشكل 2.44) ، يمكن للبروتين أن يحصل على & ldquostuck & rdquo في أي من الحدود الدنيا المحلية ولا يصل إلى حالة الطي النهائية. على الرغم من أن الحالة المطوية ، بشكل عام ، أكثر تنظيماً وبالتالي قللت من الانتروبيا من الحالة غير المكشوفة ، هناك قوتان تتغلبان على انخفاض الانتروبيا وتدفعان العملية إلى الأمام.

الأول هو مقدار الانخفاض في الطاقة كما هو موضح في الرسم البياني. منذ & DeltaG = & DeltaH -T & DeltaS ، يمكن أن يتغلب الانخفاض في & DeltaH على السلبية & DeltaS لجعل & DeltaG سلبيًا ودفع عملية الطي إلى الأمام. تنشأ ظروف الطاقة المواتية (المتناقصة) مع تكوين روابط أيونية ، روابط هيدروجينية ، روابط ثاني كبريتيد ، وروابط معدنية أثناء عملية الطي. بالإضافة إلى ذلك ، يزيد التأثير الكارثي للماء الانتروبيا من خلال السماح للأحماض الأمينية الكارهة للماء في الجزء الداخلي من البروتين المطوي باستبعاد الماء ، وبالتالي مواجهة تأثير ترتيب بنية البروتين بجعل & DeltaS أقل سلبية.

توقع الهيكل

تعد برامج الكمبيوتر جيدة جدًا في التنبؤ بالبنية الثانوية بناءً على تسلسل الأحماض الأمينية فقط ، ولكنها تكافح في تحديد البنية الثالثة باستخدام نفس المعلومات. هذا يرجع جزئيًا إلى حقيقة أن الهياكل الثانوية لها نقاط استقرار متكررة بناءً على الهندسة وأي بنية ثانوية منتظمة (على سبيل المثال ، و alpha-helix) تختلف قليلاً جدًا من واحد إلى آخر. على الرغم من ذلك ، تحتوي الهياكل المطوية على عدد هائل من الهياكل الممكنة كما هو موضح في Levinthal & rsquos Paradox.

التحليل الطيفي

نظرًا لعدم قدرتنا على التنبؤ بدقة بالهيكل الثلاثي بناءً على تسلسل الأحماض الأمينية ، يتم تحديد هياكل البروتينات فعليًا باستخدام تقنيات التحليل الطيفي. في هذه الأساليب ، تتعرض البروتينات لأشكال متنوعة من الإشعاع الكهرومغناطيسي ، وتسمح الطرق التي تتفاعل بها مع الإشعاع للباحثين بتحديد الإحداثيات الذرية بدقة أنجستروم من كثافات الإلكترون (انظر علم البلورات بالأشعة السينية) وكيف تتفاعل نوى الدوران (انظر NMR).

مفارقة ليفينثال ورسكووس

في أواخر الستينيات ، حدد سايروس ليفينثال حجم تعقيد مشكلة طي البروتين. وأشار إلى أنه بالنسبة للبروتين الذي يحتوي على 100 حمض أميني ، فإنه يحتوي على 99 رابطة ببتيدية و 198 اعتبارًا لزوايا & phi و & psi. إذا كان لكل منها ثلاثة مطابقة فقط ، فسيؤدي ذلك إلى 3198 طيات مختلفة محتملة أو 2.95 × 1094.

حتى لو سمحنا بفترة زمنية معقولة (نانوثانية واحدة) لحدوث كل طية محتملة ، فقد يستغرق الأمر وقتًا أطول من عمر الكون لأخذ عينات منها جميعًا ، مما يعني بوضوح أن عملية الطي لا تحدث عن طريق أخذ عينات عشوائية متسلسلة و أن محاولات تحديد بنية البروتين عن طريق أخذ العينات العشوائية محكوم عليها بالفشل. لذلك ، اقترح ليفينثال أن الطي يحدث من خلال عملية متسلسلة تبدأ بحدث تنوي يوجه العملية بسرعة ولا يختلف عن عملية القمع الموضحة في الشكل 2.44.

أمراض اختلال البروتين

الشكل 2.45 - اختلال بروتين PRPc الطبيعي الناجم عن صورة PRPsc بواسطة Penelope Irving

يعد الطي المناسب للبروتينات أمرًا ضروريًا لوظيفتها. ويترتب على ذلك أن اختلال البروتينات (وتسمى أيضًا المعالجة الأولية) قد يكون له عواقب. في بعض الحالات ، قد يؤدي هذا ببساطة إلى بروتين غير نشط. يلعب اختلال البروتين أيضًا دورًا في العديد من الأمراض ، مثل مرض جنون البقر ، ومرض الزهايمر ، ومرض باركنسون ورسكووس ، ومرض كروتزفيلد جاكوب. تؤثر العديد من أمراض سوء التشكيل ، ولكن ليس كلها ، على أنسجة المخ.

الشكل 2.46 - الأبقار المصابة بمرض جنون البقر تفقد قدرتها على الوقوف

رواسب غير قابلة للذوبان

عادة ما تشكل البروتينات المشوهة تكتلات تسمى amyloids ضارة بالأنسجة التي تحتوي عليها لأنها تتغير من كونها قابلة للذوبان إلى غير قابلة للذوبان في الماء وتشكل رواسب. العملية التي يحدث بها الخلل (الشكل 2.45) ليست واضحة تمامًا ، ولكن في كثير من الحالات ، تم إثبات أن البروتين & ldquoseed & rdquo الذي يتم طيه بشكل خاطئ يمكن أن يؤدي إلى نفس الاختلال في النسخ الأخرى من نفس البروتين. تُعرف بروتينات البذور هذه بالبريونات وتعمل كعوامل معدية ، مما يؤدي إلى انتشار المرض. إن قائمة الأمراض التي تصيب الإنسان المرتبطة بسوء تشكيل البروتين طويلة وتستمر في النمو. رابط ويكيبيديا هنا.

الشكل 2.47 - الداء النشواني المنتشر في وعاء دموي (النقاط الحمراء) ويكيبيديا

البريونات هي جزيئات بروتينية معدية تسبب اعتلالات الدماغ الإسفنجية المعدية (TSEs) ، وأشهرها مرض جنون البقر. تشمل المظاهر الأخرى المرض ، والسكراب ، في الأغنام ، والأمراض البشرية ، مثل مرض كروتزفيلد جاكوب (CJD) ، والأرق العائلي المميت ، وكورو. البروتين المتورط في هذه الأمراض هو بروتين غشائي يسمى PRP. يتم ترميز PRP في جينوم العديد من الكائنات الحية ويوجد في معظم خلايا الجسم. PrPc هو الاسم الذي يطلق على هيكل PRP الطبيعي وغير المرتبط بالمرض. PrPSc هو الاسم الذي يطلق على شكل غير صحيح من نفس البروتين ، والذي يرتبط بتطور أعراض المرض (الشكل 2.45).

يرتبط PrPSc غير المطوي بأمراض TSE ويعمل كجسيم معدي. يمكن العثور على شكل ثالث من PrP ، يسمى PrPres في TSEs ، ولكنه ليس معديًا. يشير & lsquores & rsquo من PrPres إلى أنه مقاوم للبروتياز. تجدر الإشارة إلى أن جميع الأشكال الثلاثة لـ PrP لها نفس تسلسل الأحماض الأمينية وتختلف عن بعضها البعض فقط في الطرق التي يتم بها طي سلاسل البولي ببتيد. أخطر أشكال PrP التي يتم طيها بشكل خاطئ هو PrPSc ، نظرًا لقدرته على التصرف كعامل معدي - بروتين بذرة يمكن أن يؤدي إلى اختلال في تكوين PrPc ، وبالتالي تحويله إلى PrPSc.

الشكل 2.48 - نموذج واحد لنشر بريون ويكيبيديا

وظيفة PrPc غير معروفة. الفئران التي تفتقر إلى جين PRP لا تعاني من تشوهات كبيرة. يبدو أنها تظهر مشاكل في الذاكرة طويلة المدى ، مما يشير إلى وظيفة لـ PrPc. ستانلي بروزنر ، الذي اكتشف البريونات وصاغ المصطلح ، حصل على جائزة نوبل في الطب عام 1997 عن عمله. أعتقد أنه إذا صادفت أن أكون على بروتين يتكون من بريون ، فأنا أغيره ولأجل الخير أوقفه عن ارتكاب أخطاء أضعاف

الأميلويد عبارة عن مجموعة من مجاميع البروتين المطوية بشكل غير صحيح والتي توجد في جسم الإنسان. نتيجة لسوء تشكيلها ، فهي غير قابلة للذوبان وتساهم في حوالي عشرين مرضًا بشريًا بما في ذلك الأمراض العصبية المهمة التي تنطوي على البريونات. تشمل الأمراض (البروتين المصاب بين قوسين) - مرض الزهايمر ومرض الرسكوس (أميلويد وبيتا) ، ومرض باركنسون ورسكووس (وألفا سينوكلين) ، ومرض هنتنغتون ورسكوس (هنتنغتين) ، والتهاب المفاصل الروماتويدي (مصل الأميلويد أ) ، والأرق العائلي المميت ، والأرق (PrPSc).

يلعب تسلسل الأحماض الأمينية دورًا في تكوين النشواني. البولي ببتيدات الغنية بالجلوتامين شائعة في الخميرة والبريونات البشرية. تكرارات ثلاثي النوكليوتيدات مهمة في مرض هنتنغتون ورسكووس. عندما لا يكون التسلسل عاملاً ، يمكن أن يلعب الارتباط الكارهة للماء بين صفائح بيتا دورًا.

الشكل 2.49 - هنتنغتين

يشير الأميلويد وبيتا إلى مجموعات من البروتينات الصغيرة (36-43 من الأحماض الأمينية) التي يبدو أنها تلعب دورًا في مرض الزهايمر ورسكووس. (بروتين تاو هو العامل الآخر.) هم ، في الواقع ، المكونات الرئيسية لصفائح الأميلويد الموجودة في أدمغة المرضى الذين يعانون من المرض وتنشأ من الانقسام التحلل للبروتين من سلائف بروتين سكري أميلويد أكبر يسمى بروتين أميلويد السلائف ، وهو غشاء متكامل بروتين الخلايا العصبية التي لا تعرف وظيفتها. اثنين من البروتياز ، وسكريتاز بيتا وسكريتاز جاما يؤدون هذه الوظيفة. يتم طي بروتينات الأميلويد وبيتا بشكل غير صحيح ويبدو أنها تحث البروتينات الأخرى على الانطواء بشكل خاطئ وبالتالي تترسب وتشكل خاصية الأميلويد للمرض. اللويحات سامة للخلايا العصبية وتؤدي إلى الخرف المميز للمرض.

يُعتقد أن تراكم بروتينات الأميلويد وبيتا أثناء حدوث خلل في التشكيل يؤدي إلى توليد أنواع من الأكسجين التفاعلي وأن هذه هي الوسيلة التي تتلف بها الخلايا العصبية. ليس من المعروف ما هي الوظيفة الفعلية للأميلويد وبيتا. تؤدي الطفرات الصبغية السائدة في البروتين إلى ظهور المرض مبكرًا ، ولكن هذا يحدث في ما لا يزيد عن 10٪ من الحالات. تشمل استراتيجيات علاج المرض تثبيط الإفرازات التي تولد شظايا الببتيد من بروتين طليعة الأميلويد.

هنتنغتين هو الجين المركزي في مرض هنتنغتون ورسكووس. البروتين المصنوع منه غني بالجلوتامين ، مع 6-35 من هذه المخلفات في شكله البري. في مرض هنتنغتون ورسكووس ، يتم تحور هذا الجين ، مما يؤدي إلى زيادة عدد الجلوتامين في البروتين الطافر إلى ما بين 36 و 250. يختلف حجم البروتين وفقًا لعدد الجلوتامين في البروتين الطافر ، ولكن يحتوي البروتين من النوع البري على أكثر من 3100 أمينو. ويبلغ وزن جزيئي حوالي 350.000 دا. وظيفتها الدقيقة غير معروفة ، ولكن تم العثور على هنتنغتين في الخلايا العصبية ، مع أعلى مستوى في الدماغ. يُعتقد أنه ربما يلعب أدوارًا في النقل والإشارة والحماية من موت الخلايا المبرمج. هنتنغتين مطلوب أيضًا للتطور الجنيني المبكر. داخل الخلية ، تم العثور على هنتنغتين موضعيًا بشكل أساسي مع الأنابيب الدقيقة والحويصلات.

كرر ثلاثي النوكليوتيدات

يحتوي جين هنتنغتين على العديد من النسخ من تسلسل CAG (الذي يُسمى يتكرر ثلاثي النوكليوتيد) ، والذي يرمز إلى العديد من الجلوتامين في البروتين. ينشأ مرض هنتنغتون ورسكووس عندما يتم إنشاء نسخ إضافية من تسلسل CAG عند نسخ الحمض النووي للجين. يمكن أن يحدث توسع التسلسلات المتكررة بسبب انزلاق البوليميراز بالنسبة لقالب الحمض النووي أثناء النسخ المتماثل. نتيجة لذلك ، يمكن عمل نسخ إضافية متعددة من تكرار ثلاثي النوكليوتيد ، مما ينتج عنه بروتينات بأعداد متغيرة من بقايا الجلوتامين. يمكن تحمل ما يصل إلى 35 تكرارًا دون مشاكل. يمكن أن يزداد عدد التكرارات على مدار عمر الشخص و rsquos ، ومع ذلك ، بنفس الآلية. يبدأ الأفراد الذين لديهم 36-40 تكرارًا في إظهار علامات المرض وإذا كان هناك أكثر من 40 عامًا ، فسيكون المرض موجودًا.

المرافقون الجزيئية

تتجلى أهمية الطي المناسب للبروتينات من خلال الأمراض المرتبطة بالبروتينات غير المطوية ، لذا فليس من المستغرب إذن أن تستهلك الخلايا الطاقة لتسهيل الطي المناسب للبروتينات. تستخدم الخلايا فئتين من البروتينات المعروفة باسم المرافق الجزيئية ، لتسهيل هذا الطي في الخلايا. المرافقات الجزيئية من نوعين ، المرافقات والمرافقات. مثال على الفئة الأولى هو فئة البروتينات Hsp70. يرمز Hsp إلى & ldquoheat shock protein & rdquo ، استنادًا إلى حقيقة أن هذه البروتينات قد لوحظت لأول مرة بكميات كبيرة في الخلايا التي تعرضت لفترة وجيزة لدرجات حرارة عالية. تعمل Hsps لمساعدة الخلايا في الضغوط الناتجة عن الصدمة الحرارية والتعرض لظروف الأكسدة أو المعادن الثقيلة السامة ، مثل الكادميوم والزئبق. ومع ذلك ، فإنها تلعب أيضًا دورًا مهمًا في الظروف العادية ، حيث تساعد في الطي المناسب لعديد الببتيدات عن طريق منع التفاعلات الشاذة التي يمكن أن تؤدي إلى سوء التشكيل أو التجميع. تم العثور على بروتينات Hsp70 في جميع الخلايا تقريبًا وتستخدم التحلل المائي ATP لتحفيز التغييرات الهيكلية في شكل المرافقة لاستيعاب ارتباط بروتينات الركيزة. يحتوي مجال الربط لـ Hsp70s على هيكل بيتا برميل يلتف حول سلسلة البولي ببتيد من الركيزة وله صلة بسلاسل جانبية كارهة للماء من الأحماض الأمينية. كما هو مبين في الشكل 2.50 ، يرتبط Hsp70 بعديد الببتيدات عند ظهورها من الريبوسومات أثناء تخليق البروتين. يحفز ارتباط الركيزة التحلل المائي لـ ATP وهذا يتم تسهيله بواسطة بروتين آخر للصدمة الحرارية يُعرف باسم Hsp40. يتسبب التحلل المائي لـ ATP في أن يتخذ Hsp70 شكلًا مغلقًا يساعد على حماية البقايا الكارهة للماء ومنع التجميع أو سوء التشكيل الموضعي.

بعد اكتمال تخليق البروتين ، يتم تحرير ADP واستبداله بـ ATP وهذا يؤدي إلى إطلاق بروتين الركيزة ، والذي يسمح بعد ذلك لبولي ببتيد كامل الطول أن يطوي بشكل صحيح.

الشكل 2.50 - عمل Hsp70 (أزرق) لتسهيل الطي المناسب للبروتين (برتقالي) صورة ألييا كيم

في صدمة الحرارة

في أوقات الصدمة الحرارية أو الإجهاد التأكسدي ، ترتبط بروتينات Hsp70 بمناطق كارهة للماء من البروتينات لمنعها بالمثل من التكدس والسماح لها بإعادة الطي بشكل صحيح. عندما تتلف البروتينات ، يجند Hsp70 الإنزيمات التي تنتشر في البروتين التالف لاستهدافها للتدمير في البروتيازومات. وهكذا ، تلعب بروتينات Hsp70 دورًا مهمًا في ضمان ليس فقط أن البروتينات مطوية بشكل صحيح ، ولكن البروتينات التالفة أو غير الوظيفية تتم إزالتها عن طريق التحلل في البروتيازوم.

Chaperonins

تُعرف الفئة الثانية من البروتينات التي تشارك في مساعدة البروتينات الأخرى على الانطواء بشكل صحيح باسم chaperonins. هناك فئتان أساسيتان من المرافقات - الفئة الأولى (الموجودة في البكتيريا ، والبلاستيدات الخضراء ، والميتوكوندريا) والفئة الثانية (الموجودة في العصارة الخلوية لحقيقيات النوى والبكتيريا البدائية). أفضل المرافق التي تمت دراستها هي البروتينات المعقدة GroEL / GroES الموجودة في البكتيريا (الشكل 2.51).

الشكل 2.51 - منظر من أسفل GroEL (يسار) ومجمع GroEL / GroES (يمين) Wikipedia

قد لا تتمكن GroEL / GroES من التراجع عن البروتينات المجمعة ، ولكن من خلال تسهيل الطي المناسب ، فإنها توفر منافسة للتشكيل الخاطئ كعملية ويمكن أن تقلل أو تقضي على المشكلات الناشئة عن الطي غير المناسب. GroEL عبارة عن حلقة مزدوجة 14 ميكرون مع منطقة كارهة للماء يمكن أن تسهل طي الركائز بحجم 15-60 كيلو دالتون. GroES عبارة عن heptamer مفرد يرتبط بـ GroEL في وجود ATP ويعمل كغطاء فوق GroEL. يؤدي التحلل المائي لـ ATP بواسطة المرافقات إلى تغييرات توافقية كبيرة تؤثر على ارتباط بروتينات الركيزة وطيها. من غير المعروف بالضبط كيف تطوي المرافقات البروتينات. تفترض النماذج السلبية أن مجمع chaperonin يعمل بشكل خامل عن طريق منع التفاعلات غير المواتية بين الجزيئات أو وضع قيود على المساحات المتاحة لحدوث الطي. تقترح النماذج النشطة أن التغييرات الهيكلية في مجمع chaperonin تؤدي إلى تغييرات هيكلية في بروتين الركيزة.

انهيار البروتين

الشكل 2.52 - 26S بروتياز. الموقع النشط هو مبين في ويكيبيديا الحمراء

مركب بروتين آخر له وظيفة مهمة في ديناميات عمر البروتينات هو البروتيازوم (الشكل 2.52). تعمل البروتيازومات ، الموجودة في جميع حقيقيات النوى والعتيقات ، وكذلك بعض البكتيريا ، على تكسير البروتينات غير الضرورية أو التالفة عن طريق التحلل البروتيني. تساعد البروتيازومات على تنظيم تركيز بعض البروتينات وتحطيم البروتينات المشوهة. يلعب مسار التحلل البروتيني دورًا مهمًا في العمليات الخلوية التي تشمل التقدم خلال دورة الخلية ، وتعديل التعبير الجيني ، والاستجابة لضغوط الأكسدة.

يؤدي التحلل في البروتوزوم إلى إنتاج ببتيدات قصيرة من سبعة إلى ثمانية أحماض أمينية. يلعب بروتياز ثريونين أدوارًا مهمة. ينتج عن انهيار هذه الببتيدات أحماض أمينية فردية ، مما يسهل إعادة تدويرها في الخلايا. تستهدف البروتينات التحلل في البروتيازومات حقيقية النواة عن طريق الارتباط بنسخ متعددة من بروتين صغير يسمى يوبيكويتين (8.5 كيلو دالتون - 76 من الأحماض الأمينية). يُعرف الإنزيم الذي يحفز التفاعل باسم ubiquitin ligase. ترتبط سلسلة البوليوبيكويتين الناتجة بالبروتوزوم ويبدأ التحلل. تم تسمية Ubiquitin بسبب وجوده في كل مكان في الخلايا حقيقية النواة.

الشكل 2.53 - Ubiquitin (سلاسل جانبية ليسين موضحة باللون الأصفر) ويكيبيديا

Ubiquitin (الشكل 2.53) هو بروتين صغير متعدد الوظائف (8.5 كيلو دالتون) موجود في الخلايا حقيقية النواة. يضاف عادة إلى البروتينات المستهدفة عن طريق عمل إنزيمات يوبيكويتين ليغاز (E3 في الشكل 2.54). يمكن إضافة جزيء يوبيكويتين واحد (تواجد) أو العديد من جزيئات يوبيكويتين. يتم إرفاق يوبيكويتين من خلال السلسلة الجانبية لواحدة من سبع بقايا ليسين مختلفة في يوبيكويتين.

إن إضافة اليوبيكويتين إلى البروتينات له تأثيرات عديدة ، أشهرها استهداف البروتين للتحلل في البروتيازوم. يُلاحظ استهداف البروتيزومال عندما يحدث تعدد المواضع في اللايسين # 29 و 48. يمكن أن يؤدي التعدد متعدد المواضع أو التواجد الأحادي في اللايسينات الأخرى إلى تغيير الموقع الخلوي وتغيير تفاعلات البروتين البروتين. هذا الأخير قد يغير تأثير الالتهاب ، والاتجار بالبطانة ، والترجمة وإصلاح الحمض النووي.

الشكل 2.54 - مسار انتشار بروتين الركيزة المستهدفة في كل مكان صورة بهر جاكوبسون

عطل Ubiquitin ligase

باركين هو بروتين مرتبط بمرض باركنسون ورسكووس والذي ، عند تحوره ، يرتبط بشكل وراثي من المرض يسمى مرض باركنسون و rsquos. وظيفة البروتين غير معروفة ، لكنها أحد مكونات نظام E3 ubiquitin ligase المسؤول عن نقل يوبيكويتين من بروتين E2 إلى سلسلة جانبية ليسين على البروتين المستهدف. يُعتقد أن الطفرات في باركين تؤدي إلى خلل وظيفي في البروتوز وما يترتب على ذلك من عدم القدرة على تحطيم البروتينات الضارة بالخلايا العصبية الدوبامينية. هذا يؤدي إلى موت أو خلل في هذه الخلايا العصبية ، مما يؤدي إلى مرض باركنسون و rsquos.

البروتينات المضطربة جوهريا

فيلم 2.1 - الحركة الديناميكية للسيتوكروم ج في المحلول ويكيبيديا

كما يتضح من العديد من الأمثلة الموصوفة في مكان آخر من الكتاب ، فإن البنية ثلاثية الأبعاد للبروتينات مهمة لوظيفتها. ولكن ، بشكل متزايد ، أصبح من الواضح أنه لا يتم طي كل البروتينات في بنية مستقرة. أظهرت الدراسات التي أجريت على ما يسمى بالبروتينات المضطربة جوهريًا (IDPs) في العقدين الماضيين أن العديد من البروتينات نشطة بيولوجيًا ، حتى أنها اعتقدت أنها تفشل في الانطواء إلى بنى مستقرة. ومع ذلك ، فإن البروتينات الأخرى تظهر مناطق تظل مكشوفة (مناطق IDP) حتى عندما يتم طي بقية البولي ببتيد في شكل منظم.

في الواقع ، كانت البروتينات المضطربة جوهريًا والمناطق المضطربة داخل البروتينات معروفة منذ سنوات عديدة ، ولكن تم اعتبارها شذوذًا. في الآونة الأخيرة فقط ، مع إدراك أن مناطق النازحين داخليًا والنازحين داخليًا منتشرة على نطاق واسع بين البروتينات حقيقية النواة ، تم الاعتراف بأن الاضطراب الملحوظ هو & quot؛ ميزة وليست خطأ & quot.

فيلم 2.2 SUMO-1 ، بروتين به أقسام مضطربة جوهريًا ويكيبيديا

تظهر مقارنة النازحين داخليًا أنهم يشتركون في خصائص التسلسل التي يبدو أنها تفضل حالتهم المضطربة. وهذا يعني ، تمامًا كما قد تفضل بعض متواليات الأحماض الأمينية طي بولي ببتيد في بنية معينة ، تفضل تسلسلات الأحماض الأمينية للأشخاص النازحين داخليًا بقاءهم مكشوفًا. يُنظر إلى مناطق النازحين داخليًا على أنها منخفضة في المخلفات الكارهة للماء وغنية بشكل غير عادي بالمخلفات القطبية والبرولين. إن وجود عدد كبير من الأحماض الأمينية المشحونة في الأشخاص النازحين داخليًا يمكن أن يمنع الطي من خلال تنافر الشحنة ، في حين أن عدم وجود بقايا كارهة للماء يجعل من الصعب تكوين قلب مستقر مسعور ، ويثبط البرولين تشكيل الهياكل الحلزونية. تم استخدام الفروق الملحوظة بين متواليات الأحماض الأمينية في الأشخاص النازحين داخليًا والبروتينات المهيكلة لتصميم خوارزميات للتنبؤ بما إذا كان تسلسل حمض أميني معين سيكون مضطربًا.

ما هي أهمية البروتينات أو المناطق المضطربة جوهريًا؟ تشير حقيقة أن هذه الخاصية مشفرة في تسلسل الأحماض الأمينية الخاصة بهم إلى أن اضطرابهم قد يكون مرتبطًا بوظائفهم. قد تلعب الطبيعة المرنة والمتنقلة لبعض مناطق النازحين داخليًا دورًا حاسمًا في وظيفتها ، مما يسمح بالانتقال إلى هيكل مطوي عند ربط شريك البروتين أو الخضوع لتعديل ما بعد الترجمة. تشير الدراسات التي أجريت على العديد من البروتينات المعروفة جيدًا في مناطق الأشخاص النازحين داخليًا إلى بعض الإجابات. قد تعزز مناطق IDP قدرة البروتينات مثل مثبط lac على الانتقال على طول الحمض النووي للبحث عن مواقع ربط محددة. يمكن أن تكون مرونة الأشخاص النازحين داخليًا أيضًا ميزة في تفاعلات البروتين والبروتين ، خاصة بالنسبة للبروتينات المعروفة بالتفاعل مع العديد من شركاء البروتين المختلفين.

الشكل 2.55 - تمسخ وإعادة تشبع الريبونوكليز في ويكيبيديا

على سبيل المثال ، يحتوي p53 على مناطق نازحة قد تسمح للبروتين بالتفاعل مع مجموعة متنوعة من الشركاء الوظيفيين. تشير مقارنة الوظائف المعروفة للبروتينات مع تنبؤات الاضطراب في هذه البروتينات إلى أن مناطق النازحين داخليًا والنازحين داخليًا قد تعمل بشكل غير متناسب في إرسال الإشارات والتنظيم ، بينما تميل البروتينات الأكثر تنظيمًا نحو الأدوار في التحفيز والنقل. ومن المثير للاهتمام ، أنه من المتوقع أن تحتوي العديد من البروتينات الموجودة في كل من الريبوسومات و spliceosomes على مناطق نازحة قد تلعب دورًا في التجميع الصحيح لهذه المجمعات. على الرغم من أن الأشخاص النازحين داخليًا لم يتم دراستهم بشكل مكثف لفترة طويلة جدًا ، إلا أن القليل المعروف عنهم يشير إلى أنهم يلعبون دورًا مهمًا ولا يستهان به في الخلايا.

البروتينات المتحولة

مجموعة أخرى من البروتينات التي غيرت تفكيرنا مؤخرًا حول بنية البروتين ووظيفته هي ما يسمى بالبروتينات المتحولة. هذه البروتينات قادرة على تكوين أكثر من حالة مستقرة مطوية تبدأ بتسلسل أحماض أمينية واحدة. على الرغم من أنه من الصحيح أن التطابق المتعدد لا يستبعده قوانين الفيزياء والكيمياء ، فإن البروتينات المتحولة هي اكتشاف جديد نسبيًا. كان معروفًا ، بالطبع ، أن بروتينات البريون كانت قادرة على الانطواء إلى هياكل بديلة ، ولكن يبدو أن البروتينات المتحولة قادرة على التبديل ذهابًا وإيابًا بين هيكلين مستقرين. بينما في بعض الحالات ، يخضع البروتين المتحول لهذا التبديل استجابةً لربط جزيء آخر ، وبعض البروتينات يمكنها تحقيق هذا الانتقال بمفردها. مثال مثير للاهتمام هو جزيء الإشارة ، lymphotactin. يحتوي Lymphotactin على وظيفتين بيولوجيتين يتم تنفيذهما بواسطة اثنين من المطابقين - شكل أحادي يربط مستقبلات lymphotactin وشكل خافت يربط الهيبارين. من الممكن أن يكون هذا النوع من التبديل أكثر انتشارًا مما كان يُعتقد.

إعادة تشكيل البروتينات المشوهة

جميع المعلومات الخاصة بطي البروتين موجودة في تسلسل الأحماض الأمينية للبروتين. قد يبدو من الغريب إذن أن معظم البروتينات لا تنثني إلى شكلها الصحيح والنشط تمامًا بعد أن يتم تغيير طبيعتها +++ وإزالة المفسد. القليل يفعل ، في الواقع. أحد الأمثلة الجيدة هو ريبونوكلياز الأبقار (الشكل 2.55). نشاطه التحفيزي مقاوم جدًا للحرارة واليوريا ولا يعمل بشكل جيد جدًا في محاولات إفساده. ومع ذلك ، إذا عالج المرء الإنزيم مع مركبتو بيتا ومركابتوإيثانول (الذي يكسر روابط ثاني كبريتيد) قبل معالجة اليوريا و / أو التسخين ، فسيتم فقد النشاط ، مما يشير إلى أن روابط ثاني كبريتيد التساهمية تساعد في استقرار بنية الإنزيم العامة وعندما يتم كسرها ، يمكن أن يحدث تمسخ. تحدث بسهولة. عندما يبرد الخليط مرة أخرى إلى درجة حرارة الغرفة ، بمرور الوقت ، يظهر بعض نشاط الإنزيم مرة أخرى ، مما يشير إلى إعادة طي الريبونوكليز في ظل الظروف الجديدة.

ومن المثير للاهتمام ، أن إعادة التشبع ستحدث إلى أقصى حد إذا تركت كمية صغيرة من مركبتو بيتا في المحلول أثناء العملية. والسبب في ذلك هو أن مركابتو إيثانول وبيتا يسمح بتقليل (وكسر) روابط ثاني كبريتيد غير مقصودة أثناء عملية الطي. بدونها ، ستمنع روابط ثاني كبريتيد هذه الطيات المناسبة من التكوين.

لا رجعة فيه تمسخ

ومع ذلك ، فإن معظم الإنزيمات لا تتصرف مثل ريبونوكلياز البقري. بمجرد تغيير طبيعة نشاطهم ، لا يمكن استرداد نشاطهم إلى أي شيء مهم. لا توجد طرق كثيرة جدًا لإبطال مفعول RNase It & rsquos عندما يكون ساخنًا أو باردًا لأن ثاني كبريتيد يتم تثبيته بإحكام إذا كنت ترغب في إيقافه ، استخدم مدى مركابتوإيثانول الساخن. قد يبدو أن هذا يتعارض مع فكرة أن طي المعلومات متأصل في تسلسل الأحماض الأمينية في البروتين. لم يحدث ذلك.

معظم الإنزيمات لا تعيد تشكيلها بشكل صحيح بعد تمسخها لسببين. أولاً ، قد يحدث الطي الطبيعي أثناء صنع البروتينات. التفاعلات بين الأحماض الأمينية في وقت مبكر من التوليف لا يتم دمجها عن طريق التفاعلات مع الأحماض الأمينية في وقت لاحق في التوليف لأن هذه الأحماض الأمينية لا تتواجد مع بدء العملية.

دور Chaperonins و rsquo

في حالات أخرى ، اعتمدت عملية طي بعض البروتينات في الخلية على عمل بروتينات المرافقة (انظر هنا). في حالة عدم وجود المرافقين ، تحدث التفاعلات التي قد تؤدي إلى حدوث خلل ، وبالتالي منع الطي المناسب. وبالتالي ، فإن الطي المبكر ومساعدة المرافقين يقضيان على بعض التفاعلات المحتملة والقابلة للطي التي يمكن أن تحدث إذا كان التسلسل بأكمله موجودًا عند بدء الطي.

هيكل رباعي

المستوى الرابع من بنية البروتين هو مستوى الهيكل الرباعي. يشير إلى الهياكل التي تنشأ نتيجة التفاعلات بين عديد الببتيدات. يمكن أن تكون الوحدات نسخًا متعددة متطابقة أو يمكن أن تكون سلاسل متعددة الببتيد مختلفة. الهيموغلوبين البالغ هو مثال جيد للبروتين ذو البنية الرباعية ، ويتكون من سلسلتين متطابقتين تسمى & alpha وسلسلتان متطابقتان تسمى & beta.

على الرغم من أن سلاسل & alpha متشابهة جدًا مع سلاسل & beta ، إلا أنها ليست متطابقة. ترتبط كل من سلاسل & alpha- و & beta أيضًا بسلسلة polypeptide المفردة في البروتين ذي الصلة المسمى myoglobin. كل من الميوجلوبين والهيموجلوبين لهما تشابه في ارتباط الأكسجين ، لكن سلوكهما تجاه الجزيء يختلف بشكل كبير. وتجدر الإشارة إلى أن الوحدات الفرعية المتعددة للهيموغلوبين ورسكووس (ذات البنية الرباعية) مقارنة بالوحدة الفرعية المفردة للميوجلوبين والرسكووس (بدون بنية رباعية) تؤدي إلى هذه الاختلافات.


طرق الكشف عن تفاعلات البروتين وتحليلها

تفاعلات البروتين والبروتين (PPIs) هي أساس العديد من العمليات الخلوية المهمة مثل نقل الإشارات والنقل الجزيئي ومسارات التمثيل الغذائي المختلفة ، في حين أن مثبطات مضخة البروتون الشاذة هي أساس العديد من الأمراض المرتبطة بالتجمع ، مثل مرض الزهايمر ، وقد تؤدي إلى الإصابة بالسرطان. لذلك ، تمت دراسة مثبطات مضخة البروتون على نطاق واسع في مجال العلوم الحيوية والبحوث الطبية. هنا ، نراجع الأساليب المعاصرة الرئيسية المستخدمة للكشف عن تفاعل البروتين البروتين وتحليله.

الجدول 1: ملخص لطرق اكتشاف PPI الشائعة
تقنية مبدأ
Coimmunoprec ترسيب
(عنوان IP مشترك)
تجربة ترسيب مناعي مصممة لتنقية مستضد بروتين الطعم مع شريكها المرتبط باستخدام جسم مضاد محدد ضد الطعم.
المنسدلة المقايسات طريقة كروماتوغرافيا تقارب تتضمن استخدام طُعم موسوم أو موسوم لإنشاء مصفوفة تقارب محددة تتيح ربط وتنقية بروتين فريسة من عينة محللة أو خليط آخر يحتوي على بروتين.
الخميرة ثنائية الهجين (Y2H) مراقبة التكوين المعقد من خلال التنشيط النسخي لجينات المراسل.
النشاف الغربي الأقصى استراتيجية مماثلة للنشاف الغربي مع اختلاف رئيسي واحد. يتم استبدال مسبار الجسم المضاد في اكتشاف النشاف الغربي النموذجي ببروتين الطعم المسمى بالمسبار.
كتلة تنقية التقارب الترادفي
التحليل الطيفي
(تاب- MS)
يعتمد TAP-MS على وضع العلامات المزدوجة للبروتين محل الاهتمام في موضعه الكروموسومي ، متبوعًا بعملية تنقية من خطوتين وتحليل طيفي شامل.
مصفوفات البروتين الدقيقة يسمح التحليل القائم على ميكروأري بالتحليل المتزامن لآلاف المعلمات في تجربة واحدة.
قياس تداخل الطبقة الحيوية (BLI) يؤدي التغيير في عدد الجزيئات المرتبطة بطرف المستشعر الحيوي إلى حدوث تحول في نمط التداخل يمكن قياسه في الوقت الفعلي.
رنين البلازمون السطحي (SPR) تتغير زاوية SPR مع مؤشرات الانكسار السطحي ، والتي تتناسب بشكل مباشر مع الكتلة الجزيئية للجزيء الحيوي المرتبط بسطح المعدن.

ترسيب Coimmunoprec (Co-IP)

يعد الترسيب المناعي المشترك (Co-IP) أسلوبًا شائعًا لتحديد تفاعلات البروتين والبروتين ذات الصلة من الناحية الفسيولوجية والتحقق من صحتها. باستخدام الأجسام المضادة المستهدفة الخاصة بالبروتين لالتقاط البروتينات المرتبطة بالبروتين المستهدف بشكل غير مباشر ، يتم تطبيق Co-IP لفحص تفاعلات البروتين البروتين الجديدة أو تأكيد وجود تفاعلات البروتين البروتين.

في بروتينات Co-IP تتفاعل في حالة عدم تغيير طبيعة والتي تكاد تكون فسيولوجية. ومع ذلك ، قد لا يتم الكشف عن تقارب منخفض أو تفاعل عابر بين البروتينات.من ناحية أخرى ، لا يمكن أن تحدد نتيجة Co-IP ما إذا كان التفاعل مباشرًا أم غير مباشر ، حيث لا يمكن استبعاد إمكانية مشاركة بروتينات إضافية.

المقايسات المنسدلة

المقايسة المنسدلة هي طريقة في المختبر تستخدم لتحديد التفاعل المادي بين بروتينين أو أكثر. يمكن استخدامه لتأكيد تفاعلات البروتين البروتين الموجودة المكتشفة بواسطة تقنيات أخرى أو الفحص الأولي لتحديد تفاعلات البروتين البروتين الجديدة.

يتمثل المبدأ الأساسي للمقايسة المنسدلة في استخدام بروتين مدمج بالعلامة (مثل علامة GST وعلامة وعلامة البيوتين) المثبت لراتنج التقارب كبروتين الطعم. يمكن التقاط البروتينات المرتبطة ببروتين الطُعم (بروتين الفريسة) و "سحبها" عندما يتدفق البروتين المستهدف أو محلول الخلية. من خلال الشطف والتحليل اللاحقين باستخدام Western Blot أو قياس الطيف الكتلي ، يمكن تأكيد تفاعل متوقع أو يمكن اكتشاف تفاعلات غير معروفة سابقًا.

الخميرة ثنائية الهجين (Y2H)

يعد النظام ثنائي الهجين أحد أكثر الطرق استخدامًا لفحص أو تأكيد تفاعلات البروتين والبروتين. مطلوب مجالان بروتين في اختبار Y2H اللذان سيكون لهما وظيفتان محددتان: (1) مجال ربط الحمض النووي (DBD) الذي يساعد على الارتباط بالحمض النووي ، و (2) مجال التنشيط (AD) المسؤول عن تنشيط نسخ الحمض النووي. كلا المجالين مطلوبان لنسخ الجين الناقل. يسمح تحليل Y2H بالتعرف المباشر على PPI بين أزواج البروتين. ومع ذلك ، قد تحمل الطريقة عددًا كبيرًا من التفاعلات الإيجابية الكاذبة. من ناحية أخرى ، قد لا يتم تتبع العديد من التفاعلات الحقيقية باستخدام مقايسة Y2H ، مما يؤدي إلى نتائج سلبية خاطئة.

النشاف الغربي الأقصى

النشاف في أقصى الغرب هو طريقة بيولوجية جزيئية تعتمد على تقنية النشاف الغربي لاكتشاف تفاعل البروتين والبروتين في المختبر. في حين أن النشاف الغربي المعتاد يستخدم جسمًا مضادًا للكشف عن بروتين مهم ، فإن النشاف في أقصى الغرب يستخدم بروتينًا غير مضاد للجسم ، والذي يمكن أن يربط البروتين محل الاهتمام. وهكذا ، في حين يتم استخدام النشاف الغربي للكشف عن بروتينات معينة ، يتم استخدام النشاف في أقصى الغرب للكشف عن تفاعلات البروتين البروتيني.

المطياف الكتلي لتنقية التقارب الترادفي (TAP-MS)

تم تطوير علامات TAP لدراسة PPIs في ظل الظروف الجوهرية للخلية. تعتمد هذه الطريقة على وضع العلامات المزدوجة للبروتين المعني في موضعه الكروموسومي ، متبوعًا بعملية تنقية من خطوتين. يمكن بعد ذلك فحص البروتينات التي تظل مرتبطة بالبروتين المستهدف وتحديدها من خلال SDS-PAGE متبوعًا بتحليل قياس الطيف الكتلي ، وبالتالي تحديد متعاون PPI للبروتين الأصلي محل الاهتمام.

سرعان ما أصبحت المصفوفات الدقيقة للبروتين وسيلة قوية لاكتشاف البروتينات ، ومراقبة مستويات تعبيرها ، وسبر تفاعلات البروتين ووظائفه. المصفوفة الدقيقة للبروتين هي قطعة من الزجاج تم لصق جزيئات مختلفة من البروتين عليها في مواقع منفصلة بطريقة منظمة. شهدت المصفوفات الدقيقة للبروتين تقدمًا هائلاً واهتمامًا في الوقت الحالي وأصبحت واحدة من المجالات النشطة الناشئة في التكنولوجيا الحيوية ، والهدف من تطوير مصفوفات البروتين الدقيقة هو تحقيق تحليل بروتين عالي الكفاءة وحساس ، وتنفيذ عدد كبير من التحديدات بالتوازي بواسطة عملية آلية.

البيولوجيا تقدم خدمة إنتاج البروتين المطمئنة ، ما عليك سوى أن تقدم لنا طلبًا ، وبعد ذلك ستحصل على البروتين بالنقاء الذي تريده. مزيد من التفاصيل لمتابعة

سرينيفاسا راو ، ك. سرينيفاس ، ج.ن.سوجين ، وجي إن سوناند كومار. كشف التفاعل بين البروتين والبروتين: الطرق والتحليل. Int J Proteomics، 2014: 147648.

تي بيرجارد ، إس لينس ، وبي جيمس. طرق الكشف عن تفاعلات البروتين والبروتين وتحليلها ، Proteomics ، 2007 ، 7 (16): 2833-2842.

Phizicky E. M. and Fields S. تفاعلات البروتين والبروتين: طرق الكشف والتحليل. ميكروبيول القس 1995 .59 (1): 94-123.


3. هيكل التعليم العالي

الهيكل الثالث يشير إلى الهيكل الشامل ثلاثي الأبعاد لسلسلة البولي ببتيد للبروتين. هناك عدة أنواع من الروابط والقوى التي تحمل بروتينًا في هيكله الثالث.

  • التفاعلات الطاردة للماء تساهم بشكل كبير في طي وتشكيل البروتين. مجموعة "R" من الأحماض الأمينية إما كارهة للماء أو محبة للماء. ستسعى الأحماض الأمينية ذات المجموعات المحبة للماء "R" إلى الاتصال ببيئتها المائية ، بينما تسعى الأحماض الأمينية ذات المجموعات الكارهة للماء "R" إلى تجنب الماء ووضع نفسها في اتجاه مركز البروتين.
  • الرابطة الهيدروجينية في سلسلة البولي ببتيد وبين مجموعات الأحماض الأمينية "R" يساعد على استقرار بنية البروتين عن طريق الاحتفاظ بالبروتين بالشكل الذي تحدده التفاعلات الكارهة للماء.
  • بسبب طي البروتين ، الرابطة الأيونية يمكن أن تحدث بين مجموعات "R" الموجبة والسالبة الشحنة التي تتلامس بشكل وثيق مع بعضها البعض.
  • يمكن أن يؤدي الطي أيضًا إلى الترابط التساهمي بين مجموعات "R" من الأحماض الأمينية السيستين. هذا النوع من الترابط يشكل ما يسمى ب جسر ثاني كبريتيد. تساعد التفاعلات التي تسمى قوى فان دير فال أيضًا في تثبيت بنية البروتين. تتعلق هذه التفاعلات بالقوى الجذابة والمنفرة التي تحدث بين الجزيئات التي تصبح مستقطبة. تساهم هذه القوى في الترابط الذي يحدث بين الجزيئات.

أساليب

تجارب الاختبار الزوجي

اختبرنا بشكل تجريبي أفضل 500 تنبؤ لـ L3 مقابل أفضل 500 تنبؤ لـ CRA 29 على الشبكة البشرية ، تم اختبارها HI. HI-test هي مجموعة فرعية من مجموعة بيانات التفاعل البشري HI-II-14 5 ، مقيدة بـ ORF واحد لكل جين ، موجود في HI-III 26 ، وترك الكيراتين (KRT *). لاختبار الكفاءة الكلية للتجربة ، قمنا بتضمين 94 تفاعلًا منظمًا للأدبيات مع أدلة متعددة (Lit-BM-13 5) ، بالإضافة إلى مجموعة من 88 تفاعلًا مرجعيًا إيجابيًا من الأدبيات (PRS). من حيث المبدأ ، قد يكون لبروتينات أفضل تنبؤاتنا خصائص خاصة ، والتي تعدل محليًا معدل استرداد تفاعلاتها. للحصول على تقييم أكثر تحديدًا ، تحتوي مجموعتنا الإيجابية المختارة ("معلومة" PPIs) على 100 رابط معروف تم اختياره عشوائيًا في اختبار HI ، متصلة بواحدة على الأقل من العقد في أفضل 500 تنبؤات L3. للتحكم في المعدل الإيجابي الخاطئ ، اخترنا مجموعة من 144 زوجًا من العقدة العشوائية في المجموعة المرجعية العشوائية (RRS) ومجموعة أكثر تحديدًا من 100 زوج عشوائي تتضمن البروتينات في أفضل 500 تنبؤات L3 (RND). إجمالاً ، قمنا باختبار 1،485 زوجًا غير مكرر ، في اتجاهين ، وصنفنا كل زوج على أنه إما إيجابي أو سلبي أو غير محدد. تم تلخيص تفاصيل البروتوكول التجريبي في الملاحظة التكميلية 1.

تحليل احصائي

تم إجراء جميع التحليلات الإحصائية باستخدام حزمة R (الإصدار 3.2.3 ، http://www.r-project.org/). يتم سرد تفاصيل تقييم الأداء الكمي في الملاحظة التكميلية 2.

تعيين الاحتمالات لتوقعات المستوى 3

لتقدير احتمالية كل ارتباط متوقع للاختبار بشكل إيجابي في تجربة اختبار زوجي ، قمنا أولاً بحساب درجة تنبؤ لكل رابط موجود في اختبار HI في سيناريو عدم الخروج مرة واحدة وصنفنا مؤشرات أسعار المنتجين المعروفة هذه جنبًا إلى جنب مع الروابط المتوقعة حديثًا بناءً على درجات التنبؤ الخاصة بهم. بافتراض أنه من المرجح أن تكون أزواج الرتب حول أزواج معينة حقيقية إذا كانت محاطة بروابط معروفة بالفعل ، فإننا نقدر احتمالية التحقق من الصحة عند رتبة معينة عن طريق حساب نسبة التفاعلات المعروفة لجميع الأزواج في نافذة تبلغ ± 50 تفاعلًا معروفًا حول المجموعة المدروسة مرتبة. ثم نلخص هذه الاحتمالات حتى رتبة معينة ، ونقدم العدد المتوقع للتفاعلات التي تم التحقق من صحتها حتى تلك المرتبة.

توافر الكود

يتوفر كود التنبؤ L3 ، جنبًا إلى جنب مع أمثلة مجموعات البيانات وملفات بيانات الإدخال والتنبؤات على [https://doi.org/10.5281/zenodo.2008592]. تتوفر رموز أخرى مكتوبة ومستخدمة في هذه الدراسة من المؤلف المقابل بناءً على طلب معقول.

ملخص التقارير

يتوفر مزيد من المعلومات حول التصميم التجريبي في ملخص تقرير أبحاث الطبيعة المرتبط بهذه المقالة.


(1). الهيكل الأساسي

Ø يعطي التركيب الأساسي للبروتين تفاصيل تسلسل الأحماض الأمينية للبروتين.

Ø سيخبرك الهيكل الأساسي بأمرين رئيسيين: (i) ال عدد بقايا الأحماض الأمينية في البروتين و (2) تسلسل الأحماض الأمينية.

Ø تحتوي معلومات "التسلسل" على الترتيب الصحيح للأحماض الأمينية في البروتين بدءًا من N-terminal إلى C-terminal.

Ø سيحدد الهيكل الأساسي للبروتين جميع المستويات الأخرى للتنظيم الهيكلي للبروتين (الثانوي والثالث والرباعي).

Ø تم تثبيت الهيكل الأساسي بواسطة السندات الببتيد (الرابطة التساهمية).

Ø ستكون الدراسة الأولى حول بروتين غير معروف تحديد تسلسله (تحديد البنية الأولية).

Ø أول بروتين متسلسل: الأنسولين بواسطة فريدريك سانجر.

الهيكل الأساسي للأنسولين

أهمية الهيكل الأساسي:

Ø سيقدم الهيكل الأساسي للبروتين نظرة ثاقبة حول:

(أ). ثلاثي الأبعاد (3D) هيكل

(ب). وظيفة من البروتين

(ج). خلوي موقعك

(د). تطور من البروتين

Ø يمكن استخدام بيانات الهيكل الأساسي للبحث المتسلسل من قواعد بيانات البروتين.

الهياكل ثلاثية الأبعاد للبروتينات

Ø يحتوي العمود الفقري للبروتين على مئات الأفراد سندات.

Ø التدوير الحر ممكن حول العديد من هذه الروابط.

Ø يسمح الدوران الحر بعدد غير محدود من التوافقات حول هذه الروابط.

Ø ومع ذلك ، يحتوي كل بروتين على نوع معين (فريد) التشكل الهيكلي.

Ø يسمى هذا التكوين الهيكلي الفريد للبروتين هيكل ثلاثي الأبعاد.

Ø يسمى الترتيب المكاني للذرات في البروتينالتشكل’.

Ø تسمى البروتينات في تشكيلاتها الوظيفية المطوية بروتينات أصلية.

Ø يتم تثبيت مطابقة البروتين بشكل أساسي عن طريق التفاعلات الضعيفة مثل روابط هيدروجينية، التفاعلات المحبة للماء ، التفاعلات الكارهة للماء ، إلخ.

Ø يمكن تشويه هذه التفاعلات الضعيفة بسهولة مع إنفاق أقل للطاقة.

Ø قد تحتوي البروتينات على ثلاثة مستويات من المنظمات ثلاثية الأبعاد. هم انهم:

الهيكل الثانوي

الهيكل الثالث

هيكل رباعي

(2). الهيكل الثانوي

Ø الهيكل الثانوي هو التشكل المحلي الخاص لجزء من سلسلة عديد الببتيد.

Ø إنه نمط الطي للعمود الفقري العادي متعدد الببتيد.

Ø تحدث أنواع مختلفة من الهياكل الثانوية في الطبيعة.

Ø يتم تثبيت الهياكل الثانوية بشكل أساسي بواسطة روابط الهيدروجين.

Ø أهم ثلاثة هياكل ثانوية للبروتين هي:

B. β- المطابقة (لوحات β)

(أ). α- الحلزون

Ø اللولب α هو الهيكل الثانوي الأكثر شيوعًا.

Ø هي هياكل منتظمة تتكرر كل مرة 5.4 Å.

Ø إنه أبسط ترتيب لسلسلة بولي ببتيد.

Ø اقترح باولينج وكوري التركيب الحلزوني ألفا للبروتين في عام 1951.

Ø يتم لف العمود الفقري متعدد الببتيد بإحكام حول محور وهمي مرسوم طوليًا من خلال منتصف اللولب ، وتبرز مجموعات R لبقايا الأحماض الأمينية إلى الخارج من العمود الفقري الحلزوني.

Ø الملعب الحلزون: وحدة تكرار الحلزون.

Ø الملعب هو دورة واحدة من الحلزون الذي يمتد حوالي 5.4 Å.

Ø يحتوي كل منعطف حلزوني في α-helix 3.6 أحماض أمينية.

Ø الالتواء الحلزوني للحلزون α في كل البروتين هو أيمن.

Ø تم تثبيت α- اللولب بواسطة روابط هيدروجينية.

Ø اللولب α شائع جدًا في البروتين لأنه يستخدم بشكل أمثل روابط الهيدروجين الداخلية.

Ø تتشكل الروابط الهيدروجينية بين الهيدروجين المرتبط بذرة النيتروجين الكهربية لوصلة الببتيد وذرة أكسجين الكربونيل الكهربية للحمض الأميني الرابع على الجانب الأميني الطرفي لرابطة الببتيد.

Ø داخل الحلزون α ، تشارك كل رابطة ببتيدية في الرابطة الهيدروجينية.

Ø جميع روابط الهيدروجين توفر ثباتًا كبيرًا للحلزون ألفا.

Ø لا يمكن أن تشكل كل مادة البولي ببتيد حلزون ألفا السمور.

Ø يمكن أن تؤدي التفاعلات بين السلاسل الجانبية للأحماض الأمينية إلى استقرار أو زعزعة استقرار حلزون ألفا.

Ø على سبيل المثال ، إذا كانت سلسلة البولي ببتيد تحتوي على امتداد طويل من بقايا حمض الجلوتاميك ، فإن هذا الجزء لن تشكل السلسلة حلزون ألفا.

Ø تتنافر مجموعة الكربوكسيل سالبة الشحنة لبقايا Glu المجاورة بعضها البعض بقوة بحيث تمنع تكوين اللولب ألفا.

Ø وبالمثل ، فإن عديد الببتيد غني بـ برولين لن تشكل α-helix.

Ø في البرولين ، تكون ذرة النيتروجين جزءًا من حلقة صلبة وتدور حول N - Cα السندات غير ممكن.

Ø وبالتالي فإن البرولين يؤدي إلى زعزعة الاستقرار شبك في عديد الببتيد وبالتالي نادرًا ما يوجد البرولين في α-helix.

Β- المطابقة (β- لوحات)

Ø تنظم الصفائح β أو β سلاسل البولي ببتيد في أوراق.

Ø التشكل β هو ملف وسعوا شكل سلسلة عديد الببتيد.

Ø هنا يتم تمديد العمود الفقري متعدد الببتيد إلى أ متعرج بنية.

Ø يمكن ترتيب سلاسل البولي ببتيد المتعرجة جنبًا إلى جنب لتشكيل هيكل يشبه سلسلة من الطيات تسمى صفائح β.

Ø هنا أيضًا تم تثبيت الهيكل بواسطة روابط هيدروجينية.

Ø ومع ذلك ، على عكس الحلزون α ، تتشكل الروابط الهيدروجينية بين الأجزاء المجاورة من السلسلة.

Ø تبرز مجموعات R من الأحماض الأمينية المجاورة من الهيكل المتعرج في الاتجاه المعاكس مما يخلق النمط المتناوب.

Ø قد يتم ترتيب سلاسل البولي ببتيد في الصفائح إما بالتوازي (نفس الاتجاه) أو ضد الموازي (الاتجاه المعاكس).

Ø بناءً على ذلك ، يتم تصنيف اللوحات إلى نوعين: (رسم بياني)

(أ) لوحات المضادة الموازية

(ب) لوحات متوازية

Ø إن دورات β شائعة جدًا في البروتينات ، حيث يقوم الببتيد بدور أو حلقة (يقوم الببتيد بعمل اتجاه عكسي).

Ø في البروتينات الكروية ، ما يقرب من ثلث بقايا الأحماض الأمينية تكون في المنعطفات.

Ø المنعطفات β هي عناصر التوصيل التي تربط سلسلة البولي ببتيد المتتالية.

Ø يربط β-turn طرفي جزأين متجاورين من صفائح β المضادة المتوازية.

Ø هيكل β-turn هو 180º منعطف تتضمن أربع بقايا من الأحماض الأمينية

Ø يشكل الأكسجين الكربوني في البقايا الأولى رابطة هيدروجينية مع هيدروجين المجموعة الأمينية للحمض الأميني الرابع في المقابل.

Ø يتواجد الجلايسين (Gly) والبرولين (Pro) بشكل متكرر في المنعطفات.

Ø يسمح الجلايسين نظرًا لصغر حجمه (المجموعة R هي - H) بدورات β.

Ø البرولين هو حمض إيميني بسلسلته الجانبية المرتبطة تساهميًا مع المجموعة الأمينية.

Ø تفترض بقايا البرولين في رابطة الببتيد "رابطة الدول المستقلة" إعدادات.

Ø إن "رابطة الدول المستقلة" التشكل قابل للغاية للانعطافات الضيقة.

Ø هناك عدة أنواع من اللفات مع النوع الأول والنوع الثاني هي الأكثر شيوعًا.

Ø تم العثور على النوع I β-turn أكثر من ضعف تردد النوع II.

Ø في النوع الثاني ، ستكون البقايا الثالثة دائمًا بقايا جلايسين.

(3). بروتينات الهيكل الثالث

Ø الهيكل الثالث: يُشار إلى الترتيب العام ثلاثي الأبعاد لجميع الذرات في البروتين بالبنية الثلاثية.

Ø سيكون للهيكل الثالث عديد ببتيد واحد & # 8220 عظمة ظهر & # 8221 مع واحد أو أكثر من الهياكل الثانوية.

Ø يتم تحديد الهيكل الثالث من قبل الإحداثيات الذرية.

Ø يتم تثبيت الهياكل الثلاثية في البروتين بواسطة كل من الروابط التساهمية وغير التساهمية.

Ø الرابطة التساهمية: روابط ثاني كبريتيد (بين اثنين من بقايا السيستئين)

Ø التفاعلات غير التساهمية: التفاعلات الأيونية (عوامل الجذب الكهروستاتيكية) ، التفاعلات المحبة للماء ، تفاعلات فان دير فالس.

Ø المصطلح "اختصاصيستخدم للدلالة على وحدة وظيفية واحدة من البروتين.

Ø قد يحتوي البروتين على العديد من المجالات ذات الوظائف المحددة.

Ø البروتين الذي يحتوي على وحدة فرعية واحدة يصل إلى البنية الثلاثية فقط.

(4). هيكل رباعي

Ø تحتوي غالبية البروتين الوظيفي على أكثر من سلاسل متعددة الببتيد ويقال أن هذا البروتين موجود قليل القسيمات.

Ø كل ببتيد يشكل أ وحدة فرعية أو أحادي المعدن أو بروتومر.

Ø الهيكل الرباعي: يسمى ترتيب مونومرات البروتين في مجمعات ثلاثية الأبعاد في بروتين متعدد الوحدات البنية الرباعية.

Ø لكي يكون للبروتين هيكل رباعي ، يجب أن يفي بشرطين:

§ يجب أن تحتوي على أكثر من وحدة فرعية متعددة الببتيد

§ يجب ألا يكون هناك تفاعل دائم (تساهمي) بين الوحدات الفرعية (مثل رابطة ثاني كبريتيد).

Ø لا يحتوي الأنسولين على التركيب الرباعي حتى لو كان يحتوي على وحدتين فرعيتين.

Ø ترتبط عديد الببتيدات في الأنسولين تساهميًا مع سندات ثنائي كبريتيد.

Ø وبالتالي ، يمكن أن يحتوي الأنسولين على بنية ثلاثية (وليس هيكل رباعي).

Ø روابط تثبيت الهيكل الرباعي: الروابط الهيدروجينية ، التفاعلات المحبة للماء ، التفاعلات الكارهة للماء ، تفاعلات فان دير فال.

Nelson، DL، Lehninger، AL and Cox، M.M.، 2008. Lehninger & # 8217s مبادئ الكيمياء الحيوية. ماكميلان.

الدراسة دون اتصال بالإنترنت (بدون إنترنت)

الآن انت تستطيع تحميل ال بي دي إف من هذا المنصب بحرية مطلقة !

الرجاء الضغط على رابط التحميل / زر أدناه لحفظ المنشور كملف PDF واحد. سيتم فتح ملف PDF في نافذة جديدة في المتصفح نفسه. انقر بزر الماوس الأيمن على ملف PDF وحدد & # 8216حفظ باسم& # 8216 خيار حفظ الملف على جهاز الكمبيوتر الخاص بك.

لو سمحت شارك ملف PDF مع أصدقائك وأقاربك وطلابك وزملائك & # 8230

هل لديك اي استفسار؟
يرجى ترك لي في قسم التعليقات أدناه.
سأكون سعيدا لقراءة تعليقاتكم والرد.


أنواع الأحماض الدهنية

أحماض دهنية غير مشبعة (غير مشبعة وأحادية غير مشبعة)

تحتوي الأحماض الدهنية الأحادية غير المشبعة على رابطة ثنائية واحدة من الكربون والكربون ، والتي يمكن العثور عليها في مواقع مختلفة في جميع أنحاء سلسلة الأحماض الدهنية. غالبية الأحماض الدهنية الأحادية غير المشبعة يتراوح طولها بين 16 و 22 ذرة كربون ، وتحتوي على رابطة ثنائية رابطة الدول المستقلة ، مما يعني أن ذرات الهيدروجين موجهة في نفس الاتجاه ، مما يؤدي إلى حدوث انحناء في الجزيء. علاوة على ذلك ، يرتبط تكوين رابطة الدول المستقلة بعدم الاستقرار الديناميكي الحراري ، وبالتالي ، نقطة انصهار أقل مقارنة بالأحماض الدهنية غير المشبعة والأحماض الدهنية المشبعة.

تحتوي الأحماض الدهنية المتعددة غير المشبعة على أكثر من رابطة مزدوجة واحدة. عندما تقع الرابطة المزدوجة الأولى بين ذرات الكربون الثالثة والرابعة أو السادسة والسابعة من رابطة الكربون والأكسجين ، يشار إليها باسم الأحماض الدهنية ω-3 و ω-6 ، على التوالي. الأحماض الدهنية المتعددة غير المشبعة تنتج فقط عن طريق النباتات والعوالق النباتية ، وهي ضرورية لجميع الكائنات الحية الأعلى.

مشبع

الأحماض الدهنية المشبعة مشبعة بالهيدروجين ، ومعظمها عبارة عن سلاسل هيدروكربونية مستقيمة مع عدد زوجي من ذرات الكربون. تحتوي الأحماض الدهنية الأكثر شيوعًا على 12-22 ذرة كربون.

سلسلة طويلة

يمكن أن تكون الأحماض الدهنية طويلة السلسلة (C16 وأكبر) إما مشبعة أو أحادية / متعددة غير مشبعة اعتمادًا على وجود واحد أو أكثر من الروابط المزدوجة في سلسلة الكربون. Oleate هو الأحماض الدهنية الأحادية غير المشبعة ذات السلسلة الطويلة الأكثر وفرة ، حيث يبلغ طول السلسلة 18 ذرة كربون ورابطة مزدوجة تقع بين C9 و C10 من طرف الميثيل (C18: 1n-9). بالإضافة إلى ذلك ، فإن الأحماض الدهنية طويلة السلسلة غير قابلة للذوبان في الماء ويتم تداولها عبر البلازما إما كمركب أستيري ، أو ثلاثي الجلسرين ثلاثي الأسترة ، أو في شكل غير أستري مرتبط بشكل غير محكم بالألبومين.

سلسلة قصيرة

الأحماض الدهنية قصيرة السلسلة هي المنتجات النهائية الأولية لعملية التمثيل الغذائي البكتيري في الأمعاء الغليظة للإنسان. علاوة على ذلك ، في حين أن الأحماض الدهنية قصيرة السلسلة تتكون من سلائف مختلفة بواسطة الكائنات الدقيقة اللاهوائية ، فإن الكربوهيدرات هي أكثر السلف شيوعًا للأحماض الدهنية قصيرة السلسلة.


الهياكل الجزيئية الحيوية: التنبؤ والتحديد والتحليل

كولاجين تريبل هيلكس

الكولاجين هو بروتين ليفي موجود بكثرة في جسم الإنسان ، وهو مكون رئيسي للجلد والعظام وكذلك الأنسجة الضامة المختلفة. يساعد في تشكيل سقالة لتوفير القوة والهيكل. يحتوي Collagens على تسلسل تكرار ثلاثي الببتيد فريد مع Glycine في كل موضع ثالث ، وغالبًا ما يتواجد iminoacids Proline و Hydroxyproline في الموضعين الآخرين (Bowes and Kenten ، 1948 Eastoe ، 1955). يحتوي الهيكل الحلزوني الثلاثي الأول للكولاجين على رابطتين H بين السلاسل لكل ثلاثة بقايا (Ramachandran and Kartha ، 1954 ، 1955). تم تعديل هذا قليلاً إلى هيكل واحد مرتبط بالهيدروجين (ريتش وكريك ، 1955). ومع ذلك ، تم العثور على رابطة هيدروجينية ثانية بوساطة الماء لتثبيت الحلزون الثلاثي (راماشاندران وساسيسكاران ، 1961). كل حلزون في الكولاجين له حاسة لولبية أعسر واللولب الرئيسي الذي يتكون من ثلاثة مثل هذه الحلزونات يكون باليد اليمنى. يحتوي كل حلزون على 10 بقايا في 3 دورات ينتج عنها درجة 85.8 Å. تم العثور على الالتواء بين اثنين من الحلزونات المجاورة ليكون 108.8 درجة وارتفاع

2.86 Å (Bhattacharjee and Bansal، 2005 Ramachandran and Kartha، 1955 Ramachandran and Sasisekharan، 1961). يمكن أن تؤدي العيوب الجزيئية في التخليق الحيوي للكولاجين إلى العديد من الأمراض الوراثية النادرة التي تشمل الأنسجة الضامة مثل متلازمة Ehlers-Danlos (De Paepe ، 1998 Gaisl وآخرون. ، 2017 مياكي وآخرون. ، 2017 بروكوب وآخرون، 1979). لقد ثبت أن للكولاجين مجموعة واسعة من التطبيقات في المجال الطبي ومستحضرات التجميل حيث أنه قابل للتحلل البيولوجي ومتوافق حيويًا ومتاحًا بسهولة ومستضد ضعيف (Cheng وآخرون. ، 2017 Chvapil ، 1977 Chvapil وآخرون. ، 1973 لي وآخرون. ، 2001 الشيخ وآخرون. ، 2017). في مجال هندسة الأنسجة ، تُستخدم المواد الحيوية القائمة على الكولاجين لتحسين وظائف الأنسجة (Parenteau-Bareil وآخرون., 2010 ).


اختلافات الطول بين البروتينات المتفاعلة جسديا - علم الأحياء

الشكل 1: معرض البروتينات. يتم عرض أمثلة تمثيلية لحجم البروتين مع أمثلة مرسومة لتوضيح بعض الأدوار الوظيفية الرئيسية التي يقومون بها. يتم عرض جميع البروتينات في الشكل على نفس المقياس لإعطاء انطباع عن أحجامها النسبية. الأجسام الحمراء الصغيرة الموضحة في بعض الجزيئات هي ركائز البروتين محل الاهتمام. على سبيل المثال ، في هيكسوكيناز ، الركيزة هي الجلوكوز. من المعروف أن المقبض الموجود في سينسيز ATP موجود ولكن الهيكل الدقيق لم يكن متاحًا وبالتالي تم رسمه بشكل تخطيطي فقط. الأسماء الموجودة بين قوسين هي معرفات إدخالات هياكل قاعدة بيانات PDB. (الشكل من ديفيد جودسيل).

غالبًا ما يشار إلى البروتينات باسم أحصنة عمل الخلية. يمكن الحصول على انطباع عن الأحجام النسبية لهذه الآلات الجزيئية المختلفة من المعرض الموضح في الشكل 1. أحد الأمثلة المفضلة يتم توفيره بواسطة بروتين Rubisco الموضح في الشكل المسؤول عن تثبيت الكربون في الغلاف الجوي ، مما يؤدي فعليًا إلى بناء الغلاف الحيوي من طبقة رقيقة. هواء. هذا الجزيء ، وهو أحد أكثر البروتينات وفرة على الأرض ، مسؤول عن استخراج حوالي مائة جيجا طن من الكربون من الغلاف الجوي كل عام. هذا يزيد بمقدار 10 مرات عن جميع انبعاثات ثاني أكسيد الكربون التي تنتجها البشرية من مواسير عادم السيارات والمحركات النفاثة ومحطات الطاقة وجميع تقنياتنا الأخرى التي تعمل بالوقود الأحفوري. ومع ذلك ، تستمر مستويات الكربون في الارتفاع على مستوى العالم بمعدلات تنذر بالخطر لأن هذا الكربون الثابت يُعاد إطلاقه لاحقًا في عمليات مثل التنفس ، وما إلى ذلك. يتم تنفيذ هذا التثبيت الكيميائي بواسطة جزيئات Rubisco بكتلة أحادية تبلغ 55 كيلو دالتون مثبتة في ثاني أكسيد الكربون2 واحدًا تلو الآخر ، مع كل CO2 بكتلة 0.044 كيلو دالتون (مجرد طريقة أخرى لكتابة 44 دا توضح نسبة 1000: 1 في الكتلة). بالنسبة للاعب مهيمن آخر في محيطنا الحيوي ، فكر في سينسيز ATP (MW≈500-600 كيلو دالتون ، BNID 106276) ، كما هو موضح في الشكل 1 ، والذي يزين أغشية الميتوكوندريا لدينا وهو مسؤول عن تصنيع جزيئات ATP (MW = 507 Da) تلك القوة الكثير من كيمياء الخلية. تنتج هذه المصانع الجزيئية عددًا كبيرًا من جزيئات ATP التي تنتجها الميتوكوندريا في جسم الإنسان في يوم واحد ، والتي سيكون لها نفس كتلة الجسم نفسه تقريبًا. كما نناقش في المقالة القصيرة حول "ما هو وقت دوران المستقلبات؟" يجعل معدل الدوران السريع هذا أقل احتمالًا مما قد يبدو.

الشكل 2: معرض من homooligomers يظهر التناظر الجميل لهذه المجمعات البروتينية الشائعة. مظللة باللون الوردي هي الوحدات الفرعية الأحادية التي تشكل كل أوليغومر. شخصية ديفيد جودسيل.

يمكن قياس حجم البروتينات مثل Rubisco و ATP synthase والعديد من البروتينات الأخرى هندسيًا من حيث مقدار المساحة التي تشغلها ومن حيث حجم تسلسلها كما هو محدد بواسطة عدد الأحماض الأمينية التي يتم ربطها معًا لصنع البروتين . بالنظر إلى أن متوسط ​​الكتلة الجزيئية للحمض الأميني 100 دا ، يمكننا بسهولة التحويل بين الكتلة وطول التسلسل. على سبيل المثال ، يحتوي مونومر روبيسكو 55 كيلو دالتون ، على ما يقرب من 500 من الأحماض الأمينية التي تشكل سلسلة البولي ببتيد الخاصة بها. غالبًا ما يُظهر المدى المكاني للبروتينات القابلة للذوبان وحجم تسلسلها خاصية قياس تقريبية حيث يتدرج الحجم خطيًا مع حجم التسلسل ، وبالتالي تميل نصف القطر أو الأقطار إلى القياس كحجم التسلسل إلى القوة 1/3. من القواعد الأساسية البسيطة للتفكير في البروتينات القابلة للذوبان النموذجية مثل مونومر روبيسكو أن قطرها يتراوح من 3 إلى 6 نانومتر كما هو موضح في الشكل 1 الذي يوضح ليس فقط بروتينات Rubisco ، ولكن العديد من البروتينات المهمة الأخرى التي تجعل الخلايا تعمل. في نصف الحالات تقريبًا ، اتضح أن البروتينات تعمل عندما ترتبط عدة نسخ متطابقة ببعضها البعض بشكل متماثل كما هو موضح في الشكل 2. وتسمى هذه أوليغومرات متجانسة لتمييزها عن الحالات التي ترتبط فيها الوحدات الفرعية البروتينية معًا لتشكيل ما يلي- تسمى oligomers مغايرة. الحالات الأكثر شيوعًا هي الثنائى والرباعي (ومونومرات غير قليلة القسيمات). إن أوليغومرات الهومو أكثر شيوعًا بمقدار الضعف عن الأوليغومرات غير المتجانسة (BNID 109185).

غالبًا ما يكون هناك اختلاف مفاجئ في الحجم بين الإنزيم والركائز التي يعمل عليها. على سبيل المثال ، في المسارات الأيضية ، تكون الركائز عبارة عن نواتج أيضية تحتوي عادة على كتلة أقل من 500 دا بينما الإنزيمات المقابلة عادة ما تكون أثقل بحوالي 100 مرة. في مسار تحلل السكر ، تتم معالجة جزيئات السكر الصغيرة لاستخراج كل من الطاقة ولبنات البناء لمزيد من التخليق الحيوي. يتميز هذا المسار بمجموعة من آلات البروتين ، وكلها أكبر بكثير من ركائزها السكرية ، مع أمثلة موضحة في الزاوية اليمنى السفلية من الشكل 1 حيث نرى الحجم النسبي للركائز المشار إليها باللون الأحمر عند التفاعل مع إنزيماتها .

الشكل 3: توزيع أطوال البروتين في E. coli والخميرة الناشئة وخلايا هيلا البشرية. (أ) يتم حساب طول البروتين في الأحماض الأمينية (AA) ، بناءً على تسلسل الترميز في الجينوم. (ب) يتم رسم التوزيعات بعد ترجيح كل جين مع رقم نسخة البروتين المستنتج من الدراسات البروتينية لقياس الطيف الكتلي (M. Heinemann in press، M9 + glucose LMF de Godoy et al. Nature 455: 1251، 2008، Media المعرفة T. Geiger et al.، Mol. Cell Proteomics 11: M111.014050، 2012). الخطوط المستمرة هي تقديرات كثافة النواة الغوسية للتوزيعات التي تعمل كدليل للعين.

الجدول 1: متوسط ​​طول تسلسل ترميز البروتينات بناءً على جينومات الأنواع المختلفة. تستند المدخلات في هذا الجدول على تحليل المعلومات الحيوية بواسطة L. Brocchieri و S. Karlin، Nuc. الأحماض. Res.، 33: 3390، 2005، BNID 106444. كما تمت مناقشته في النص ، فإننا نقترح مقياسًا بديلًا يزن البروتينات من خلال وفرتها كما تم الكشف عنه في التعدادات الجماعية الأخيرة على مستوى البروتين. النتائج لا تختلف كثيرًا عن المدخلات في هذا الجدول ، حيث يبلغ طول حقيقيات النوى حوالي 400 aa في المتوسط ​​والبكتيريا حوالي 300 aa.

يمكن حساب القيم الملموسة لمتوسط ​​طول الجين من تسلسل الجينوم كتمرين للمعلومات الحيوية. يوضح الجدول 1 هذه القيم للعديد من الكائنات الحية التي تظهر اتجاهًا نحو تسلسل أطول لترميز البروتين عند الانتقال من الكائنات أحادية الخلية إلى الكائنات متعددة الخلايا. في الشكل 3 ، نتجاوز متوسط ​​أحجام البروتين لتوصيف التوزيع الكامل لأطوال تسلسل الترميز على الجينوم ، والإبلاغ عن القيم لثلاثة كائنات نموذجية. إذا كان هدفنا هو التعرف على طيف أحجام البروتين ، فقد يكون هذا التعريف القائم على الطول الجينومي كافيًا. ولكن عندما نريد أن نفهم الاستثمار في الموارد الخلوية التي تدخل في تخليق البروتين ، أو للتنبؤ بمتوسط ​​طول بروتين تم اختياره عشوائيًا من الخلية ، فإننا ندعو إلى تعريف بديل ، والذي أصبح ممكنًا بفضل التعدادات الأخيرة على مستوى البروتين. بالنسبة لهذه الأنواع من الأسئلة ، يجب إعطاء البروتينات الأكثر وفرة وزنًا إحصائيًا أعلى في حساب طول البروتين المتوقع. وهكذا نحسب التوزيع الموزون لأطوال البروتين الموضحة في الشكل 3 ، مع إعطاء كل بروتين وزنًا يتناسب مع رقم نسخته. يمثل هذا التوزيع الطول المتوقع للبروتين الذي يتم اصطياده عشوائيًا من الخلية بدلاً من اصطياده عشوائيًا من الجينوم. التوزيعات التي تظهر من هذا النهج المتمحور حول البروتين تعتمد على ظروف النمو المحددة للخلية. في هذا الكتاب ، اخترنا أن نستخدم كقاعدة عامة بسيطة لطول البروتين "النموذجي" في بدائيات النوى ≈300 aa وفي حقيقيات النوى ≈400 aa. توضح التوزيعات في الشكل 3 أن هذا تقدير معقول على الرغم من أنه قد يكون مبالغًا في تقديره في بعض الحالات.

أحد مزايا علم الأحياء هو أن التطور يستلزم عناصر وظيفية متنوعة للغاية تخلق قيمًا متطرفة في أي خاصية تقريبًا (وهذا أيضًا سبب ناقشنا المتوسطات وليس المتوسطات أعلاه). عندما يتعلق الأمر بحجم البروتين ، فإن titin هو استثناء كبير. Titin هو بروتين متعدد الوظائف يتصرف كزنبرك غير خطي في عضلات الإنسان بمجالاته العديدة التي تتكشف وتتجدد في وجود قوى وإعطاء العضلات مرونتها. Titin أطول بحوالي 100 مرة من متوسط ​​البروتين مع 33،423 aa polypeptide chain (BNID 101653). لا يزال تحديد أصغر البروتينات في الجينوم مثيرًا للجدل ، ولكن بروتينات الريبوسوم القصيرة التي تبلغ حوالي 100 ألف أأ شائعة.

من الشائع جدًا استخدام علامات GFP على البروتينات لدراسة كل شيء بدءًا من توطينها وحتى تفاعلاتها. مسلحين بمعرفة الحجم المميز للبروتين ، نحن الآن على استعداد لإعادة النظر في الفعل الذي يبدو غير ضار المتمثل في تصنيف البروتين. يبلغ طول GFP 238 aa ، ويتكون من برميل بيتا حيث تشكل الأحماض الأمينية الرئيسية حامل اللون الفلوري كما تمت مناقشته في المقالة القصيرة حول "ما هو وقت نضوج البروتينات الفلورية؟". نتيجة لذلك ، بالنسبة للعديد من البروتينات ، يجب التفكير في عملية وضع العلامات على أنها إنشاء مركب بروتيني يبلغ الآن ضعف حجم البروتين الأصلي غير المضطرب.


شاهد الفيديو: Как должен выглядеть оригинальный протеин. Тест на денатурацию белка (يوليو 2022).


تعليقات:

  1. Tukora

    يا لها من جملة ... رائعة

  2. Radite

    تترك الخصائص

  3. Lasalle

    آسف لتدخلي ... أنا أفهم هذا السؤال. ادعو الى المناقشة.

  4. Armen

    لقد تم تسجيله خصيصًا في منتدى لإخبارك بفضل المجلس. كيف يمكنني أن أشكرك؟

  5. Toft

    لن تفعل أي شيء هنا.

  6. Tajo

    يبدو لي ، لقد كنت مخطئا

  7. Shagor

    آسف ، الرسالة بعيدة



اكتب رسالة