Tin Sinh học - Phần 6: Giới thiệu về cấu trúc prôtêin

i bóp méo các phần của một cấu trúc do liên lạc giữa các phân tử lân cận trong tinh thể. Tuy nhiên, các tinh thể protein như được sử dụng cho nghiên cứu nhiễu xạ được đánh giá cao ngậm nước nên các cấu trúc xác định từ tinh thể không có nhiều khác nhau từ các cấu trúc của các protein hòa tan trong dung dịch nước. Một số phân tử đã được nghiên cứu cả của tinh thể và giải pháp NMR, và trong những trường hợp các thỏa thuận đã được thể giải quyết các vị trí của các nguyên tử hydro hoặc nitơ phân biệt đáng tin cậy từ oxy từ carbon. Điều này có nghĩa rằng bản sắc hóa học của phía chuỗi nguyên tử đầu cuối là không chắc chắn cho Asp, GLN và Thr và thường được suy ra từ môi trường protein của chuỗi bên6.4.2 X- quang tinh thể Có một số trở ngại thử nghiệm phải được vượt qua trước khi các cấu trúc 3D của các đại phân tử có thể được xác định bằng nhiễu xạ tia X từ các tinh thể. Trước tiên, phân tử này phải được kết tinh, và các tinh thể phải là số ít (không phải 2 hoặc nhiều hơn bị dính với nhau) và có chất lượng hoàn hảo. Vô số những nỗ lực để xác định cấu trúc phân tử đã thất bại ở giai đoạn này. Protein kết tinh như một nghệ thuật nhiều như một khoa học. Nhiều phân tử quan trọng vắng mặt từ các PDB vì những nỗ lực để sản xuất tinh thể phù hợp không thành công. Các phân tử với các phần kỵ nước cao thường không có thể được kết tinh, mặc dù trong một vài trường hợp tinh thể đã được đạt được trong sự hiện diện của chất tẩy rửa. Giải quyết các "vấn đề giai đoạn" là trở ngại thứ hai. Một giải pháp cho vấn đề giai đoạn liên quan đến việc sử dụng bức xạ synchrotron nhiều ở các bước sóng. Điều này có rất nhiều đẩy nhanh tốc độ giải quyết các cấu trúc tinh thể. Một mô tả đầy đủ của mỗi phản ánh cường độ, vị trí và giai đoạn được gọi là một "yếu tố cấu trúc".Cơ cấu yếu tố tập tin dữ liệu có sẵn tại PDB khoảng 25% các mục tinh thể. Xuất bản các yếu tố cấu trúc cho phép những người khác để tạo ra và kiểm tra các bản đồ mật độ điện tử, hoặc cố gắng sàng lọc thay thế hoặc các phương pháp loại bỏ dần. Các điện tử của các phân tử trong nhiễu xạ tinh thể X-quang, vì vậy kết quả của sự kết tinh thành công và giải pháp của vấn đề giai đoạn là một hình ảnh 3D của các đám mây electron của phân tử (một bản đồ mật độ điện tử). Một diễn giải hình ảnh này bằng cách xây dựng một mô hình của các protein để phù hợp với bản đồ. Một mô hình phân tử của chuỗi các axit amin, nucleotide, mà phải được biết đến độc lập, sau đó được gắn vào bản đồ mật độ điện tử, và một loạt các cải tiến được thực hiện. Kết quả là một tập hợp X, Y, Z Cartesian tọa độ cho mỗi nguyên tử hydro trong phân tử. Một tính chất quan trọng của mô hình cuối cùng là độ phân giải của nó. Tính trung bình, sự không chắc chắn về vị trí của một nguyên tử là khoảng 1 / 5 một phần mười của độ phân giải cho cao chất lượng dữ liệu (R-yếu tố 0,20 hoặc ít hơn). Giá trị số nhỏ cho độ phân giải có nghĩa là không chắc chắn nhỏ, do đó độ phân giải tốt, giá trị lớn hơn có nghĩa là độ phân giải kém. Ví dụ, 5,0 Å độ phân giải khá nghèo protein, 2,5 Å giải quyết vị trí hơn nguyên tử một cách chắc chắn hơn, và 1,2 Å là độ phân giải cao cho một protein, nơi mà các nguyên tử hydro có thể bắt đầu được nhận thức. .Khi cấu trúc tinh thể lắng đọng trong PDB, các tập tin phối hợp chính thường có một đơn vị bất đối xứng - một khái niệm đã áp dụng duy nhất để tinh thể nhưng quan trọng là phải hiểu làm thế nào để có được những phân tử sinh học chức năng. Hình 6-6: đơn vị không đối xứng tinh thểCác đơn vị không đối xứng được sử dụng bởi các crystallographer để tinh chỉnh cấu trúc đối với dữ liệu thử nghiệm và không nhất thiết phải đại diện cho một phân tử sinh học chức năng .Một đơn vị không đối xứng có thể bao gồm:• Một sinh học phân tử• Một phần của một phân tử sinh học• Nhiều sinh học phân tử.Các phân tử sinh học (còn được gọi là một đơn vị sinh học) là đại phân tử đã được chứng minh hoặc được cho là chức năng. Ví dụ, các phân tử hemoglobin chức năng có bốn chuỗi protein (alpha-beta dimers). Tùy thuộc vào đơn vị không đối xứng, không gian nhóm hoạt động đối xứng bao gồm của một trong hai phép quay hoặc bản dịch phải được thực hiện theo thứ tự để có được những đơn vị sinh học hoàn chỉnh. Tuy nhiên, nếu đơn vị không đối xứng có chứa nhiều phân tử sinh học, sau đó một bản có thể được lựa chọn. Hình 6-7: đơn vị sinh học của Haemoglobin6.4.3 cộng hưởng từ hạt nhân (NMR)Cộng hưởng từ hạt nhân (NMR) là một hiện tượng vật lý dựa trên tài sản từ của hạt nhân nguyên tử. NMR nghiên cứu một hạt nhân từ, như của một nguyên tử hydro, bằng cách sắp xếp nó với một từ trường bên ngoài và nhiễu loạn này liên kết bằng cách sử dụng một trường điện từ. Đáp ứng với các lĩnh vực (gây nhiễu), là những gì được khai thác trong quang phổ NMR và hình ảnh cộng hưởng từ. Hạt nhân được bao quanh bởi các electron quay xung quanh, mà cũng quay các hạt tích điện [tức là nam châm] và do đó một phần lá chắn hạt nhân. Số lượng che chắn phụ thuộc vào bộ phận xung quanh chính xác. Ví dụ, một hydro liên kết với oxy sẽ được bảo vệ khác với một hydro ngoại quan đến một nguyên tử carbon. Ngoài ra, hai hạt nhân hydrogen có thể tương tác thông qua một quá trình được gọi là khớp nối quay spin-nếu chúng đang ở trên cùng một phân tử, mà sẽ phân chia các dòng của quang phổ trong một cách nhận biết. Bằng cách nghiên cứu các đỉnh của NMR quang phổ, 6.4.4 Protein kiến trúc cơ sở dữ liệu Cath ( là một phân loại thứ bậc của các cấu trúc protein trong ngân hàng dữ liệu protein Brookhaven. Cụm protein ở bốn cấp độ lớn, Class (C), Kiến trúc (A), Cấu trúc liên kết (T) và họ chất tương đồng (H) [Orengo, CA, Michie, AD, Jones, S., Jones, DT, Swindells, MB,Thornton, JM (1997) Cơ cấu. Vol 5. Không 8. p.1093-1108]. .Lớp: được xác định theo thành phần cấu trúc thứ cấp và đóng gói bên trong cấu trúc. Nó có thể được gán tự động cho hơn 90% cấu trúc được biết đến bằng cách sử dụng các phương pháp của Michie et al. (1996). Đối với phần còn lại, kiểm tra thủ công được sử dụng và thông tin cần thiết từ tài liệu đưa vào tài khoản. Ba loại chính được công nhận: chủ yếu-alpha, beta và alpha-beta. Trong đó lớp cuối cùng (alpha-beta) bao gồm cả cấu trúc xen kẽ alpha / beta và alpha + beta cấu trúc, như ban đầu được xác định bởi Levitt và Chothia (1976). Một lớp thứ tư cũng được xác định, trong đó có lĩnh vực protein, trong với nội dung cấu trúc thứ cấp thấp. • Trình tự nhận dạng >= 35%, 60% tương đương với cấu trúc lớn nhỏSSAP số điểm> = 80,0 và bản sắc thứ tự> = 20, 60% cấu trúc lớn hơn tương đương với nhỏ hơn.• SSAP số điểm> = 80,0, 60% cấu trúc lớn hơn tương đương với nhỏ hơn, và các lĩnh vực, trong đó có chức năng liên quan. Cấu trúc bên trong mỗi cấp độ-H được tiếp tục nhóm dựa trên chuỗi nhận dạng. Lĩnh vực được nhóm vào cùng một gia đình thứ tự có những nhận dạng chuỗi> 35% (với ít nhất là 60% lĩnh vực tương đương nhỏ hơn), cho thấy cấu trúc rất giống.Cơ sở dữ liệu SCOP (Phân loại cấu trúc của protein,  -lmb.cam.ac.uk/scop/) nhằm mục đích cung cấp mô tả một cách chi tiết và toàn diện về mối quan hệ cấu trúc và tiến hóa giữa tất cả các protein có cấu trúc được biết đến, bao gồm tất cả các mục trong dữ liệu Protein Ngân hàng [AG Murzin, Brenner SE, Hubbard T., Chothia C. (1995) J. Mol. Biol. 247, 536-540]. Nó có sẵn như một tài liệu siêu văn bản liên kết chăt chẻ làm cho cơ sở dữ liệu lớn dễ hiểu và dễ tiếp cận. .  .Protein được phân loại để phản ánh cả hai quan hệ cấu trúc và tiến hóa. Nhiều cấp độ tồn tại trong hệ thống phân cấp, nhưng các cấp chính là gia đình, họ chất và gấp, mô tả dưới đây. Các vị trí chính xác ranh giới giữa các cấp ở một mức độ chủ quan. Phân loại tiến hóa của chúng tôi là bảo thủ: nơi mà bất cứ nghi ngờ về quan hệ tồn tại, bộ phận mới tại gia đình và mức độ siêu họ đã được thực hiện. Như vậy, một số nhà nghiên cứu có thể thích để tập trung vào mức độ cao hơn của cây phân loại, protein với cấu trúc tương tự như nhóm. Các mức khác nhau trong hệ thống phân cấp là: Siêu họ (có thể xảy ra nguồn gốc tiến hóa chung): Protein có những bản sắc chuỗi thấp, nhưng có tính năng cấu trúc và chức năng cho rằng một nguồn gốc tiến hóa thông thường là có thể xảy ra được đặt cùng trong superfamilies. Ví dụ, actin, miền ATPase của các protein sốc nhiệt, và hexakinase với nhau tạo thành một hợp chất. Fold (tương tự như cấu trúc chính): Protein được xác định là có một lần phổ biến nếu họ có cùng một cấu trúc thứ cấp lớn trong việc bố trí giống nhau và với các kết nối cùng một topo. Các protein khác nhau với cùng một lần thường có những yếu tố ngoại vi của cấu trúc thứ cấp và biến khu vực khác nhau về kích thước và cấu tạo.Trong một số trường hợp, những khu vực ngoại vi khác nhau có thể bao gồm một nửa cấu trúc. Protein được đặt cùng nhau trong cùng một thể loại lần có thể không có một nguồn gốc tiến hóa phổ biến: những điểm tương đồng về cấu trúc có thể phát sinh từ vật lý và hóa học của protein ưu sắp xếp một số bao bì và chuỗi cấu trúc liên kết. 6.5. Protein giao cấu trúc thứ cấpChương trình DSSP [Kabsch, W. và Sander, C. Biopolymers 22, 2577-2637 (1983)] định nghĩa cấu trúc thứ cấp, các tính năng hình học và tiếp xúc với dung môi của các protein, được tọa độ nguyên tử ở định dạng ngân hàng dữ liệu protein.Chương trình không dự đoán cấu trúc protein. Cấu trúc thứ cấp được phân công dựa trên mô hình liên kết hydro và ký hiệu trong các tập tin đầu ra với một từ viết tắt một bức thư: • G = 3-lần lượt xoắn (3_10 xoắn). Min chiều dài 3 dư lượng. • H = 4-biến xoắn (xoắn alpha). Min chiều dài 4 dư lượng. • I = 5-turn xoắn (xoắn pi). Min chiều dài 5 dư lượng. • T = hydro ngoại quan lần lượt (3,4hoặcbật5). • E = song song và / hoặc tấm beta chống song song. Min chiều dài 2 dư lượng.• B = dư lượng beta-cầu bị cô lập (beta cặp duy nhất tờ trái phiếu hình thành hydrogen).• S = uốn cong (không kết hydro chỉ dựa trên giao). 1Cấu trúc tinh thể và quyết tâm của họ : ~ rhodes / ModQual / index.htmlCộng hưởng từ hạt nhân (NMR)Cơ sở dữ liệu:PDB: Cath: SCOP: Trung cấu trúc:Máy chủ DSSP: Stride: Server:  InsulinXIN CHÂN THÀNH CẢM ƠN Đỗ Nhật Quỳnh – SHTN- K19