Пространство последовательностей аминокислотных

В Б, выделяют 4 уровня структурной организации. Первичная структура соответствует последовательности аминокислотных остатков в полипептидной цепи, вторичная структура — пространств, укладке атомов гл, цепи, третичная структура — распределению в пространстве всех атомов белковой глобулы, четвертичная структура — размещению в пространстве самих глобул (субъединиц Б.). [c.68]

По строению молекулы и способу ее упаковки в пространстве различают четыре структуры белка первичную - последовательность аминокислотных остатков вторичную - расположение полипептид- [c.43]

Каждая точка на плоскости отражает индивидуальную последовательность полипептидной цепи заданной длины, а все вместе - всевозможные последовательности, собранные из данного количества аминокислотных остатков, которые составляют полное пространство последовательностей для полипептида определенного размера функциональность - количественно выраженная (в произвольных единицах) способность конкретного белка из данного пространства последовательностей выполнять конкретную функцию, например, с некоторым сродством связывать лиганд [c.285]

Теоретически возможно предсказывать в общем виде пространств, строение Б., исходя из его аминокислотной последовательности. Такого рода расчеты проводят с помощью ЭВМ на основании закономерностей, выведенных в результате статистич. обработки данных для Б. с установленной пространств, структурой. В ряде случаев расчетные методы дают удовлетворительные результаты, к-рые помогают интерпретировать данные, полученные др. методами. [c.253]

Укладка цепи выявляет отдаленные эволюционные родственные связи. В предыдущих разделах упоминалось о том, что в процессе эволюции характер свертывания полипептидной цепи в пространстве сохраняется значительно лучше, чем ее аминокислотный состав. Поэтому тип свертывания цепи позволяет устанавливать такие отдаленные родственные связи, которые уже не проявляются в аминокислотных последовательностях. Для этого необходимо количественное описание способов свертывания цепей и сравнений укладки цепей. [c.238]

Конформационные расчеты небольших фрагментов могут дать очень многое, но далеко не все для предсказания структуры белка. Располагая информацией относительно оптимальной геометрии каждого пептидного фрагмента или их трипептидных комбинаций, мы могли бы в идеале предсказать конформацию нерегулярного полипептида по его аминокислотной последовательности. Однако это не просто по нескольким причинам во-первых, для некоторых остатков две конформации дипептидного фрагмента или соответствующего метиламида N-ациламинокислоты почти одинаково выгодны (по расчетам [1311 — это Arg и Lys) во-вторых, довольно большие неопределенности, вследствие своей конформационной свободы, вносит Gly в-третьих, даже небольшие разбросы в углах вращения (3—5°) и валентных углах (1—2°) приводят к сильному расплыванию на больших расстояниях в-четвертых, при некоторых оптимальных комбинациях углов вращения удаленные вдоль цепи остатки могут оказаться в одной области пространства. Всего этого, вероятно, уже достаточно, чтобы пространственная структура белка формировалась в результате дальних взаимодействий за счет гидрофобных эффектов. [c.393]

Для белков утвердились следующие принципы их молекулярной структурной организации 1) аминокислотная последовательность однозначно определяет нативную конформацию белка 2) свертывание белковой цепи в нативную конформацию осуществляется спонтанно, т.е. имеется прямая связь, не требующая посредников, между линейным порядком аминокислот и их расположением в пространстве 3) стабильная в физиологических условиях конформация белка отвечает минимальной свободной энергии Гиббса. [c.410]

Статистический подход к исследованию аминокислотной последовательности существенно отличается от статистической механики теории газов. В отличие от молекул газа, которые могут свободно меняться местами в пространстве, элементы полипептидной цепочки не могут быть переставлены произвольно. Фиксированное расположение аминокислотных остатков вдоль цепи соответствует определенному порядку, и мерой этого порядка является энтропия последовательности. Если пептид состоит только из остатков одной аминокислоты (гомополимер), то вероятность найти этот аминокислотный остаток на любом месте в цепочке равна 1, а энтропия последовательности цепи равна О, т. е. минимальна. Эту статистическую определенность расположения остатка в цепи не следует путать с определенностью конфигурации цепи. [c.88]

Наличие даже слабой корреляции между последовательностями нуклеотидов и аминокислот в синтезируемой на полинуклеотидной матрице полипептидной цепи позволяет продолжиться естественному отбору. В конкуренции за пищу и пространство будут побеждать такие полинуклеотидные последовательности, на которых синтезируются полипептиды, способствующие более быстрому размножению матриц своего вида. Критерием отбора на этом этапе служит каталитическое совершенство образующихся белков-ферментов, которое в свою очередь зависит от степени совершенства перевода последовательности нуклеотидов в последовательность аминокислот в полипептидной цепи. Таким образом, необходимость совершенствования каталитических свойств белков-ферментов, вызванная давлением естественного отбора, обусловливает направление эволюции в сторону совершенствования механизма перевода нуклеотидного языка на аминокислотный. Предел совершенства этого механизма — полная детерминированность последовательности всех аминокислот, необходимых для полноценного функционирования белков, последовательностью нуклеотидов в матрице — нуклеиновой кислоте. Мы приходим, следовательно, к необходимости кодирования примерно 20 аминокислот четырьмя нуклеотидами, т. е. к механизму,. [c.54]

Как правило, белки, синтезируемые в цитозоле и затем импортируемые в митохондрии, образуются в виде более крупных предшественников, содержащих добавочную аминокислотную последовательность с N-конца полипептидной цепи. Такая последовательность, называемая лидером, может иметь массу от 0,5 до 10 кДа. Длина лидера не коррелирует с типом адреса , по которому направляется белок в митохондрии в матрикс, внутреннюю или внешнюю мембрану, в межмембранное пространство. Кроме того, различные субъединицы одного и того же ферментного комплекса могут иметь лидерные последовательности разной длины. [c.162]

На рис. 6.5 представлена типичная рентгенограмма кристаллического белка. Дифракционная картина представляет собой набор пятен, образующих регулярную двумерную решетку. Легко заметить, что существует определенная симметрия в характере расположения пятен на рентгенограмме. Рентгенограмму получают следующим образом небольшой кристалл белка в определенной ориентации помещают на пути тонкого пучка монохроматических рентгеновских лучей. При прохождении через кристалл лучи рассеиваются и попадают затем на фотопластинку, помещенную за кристаллом. Приведенная на рис. 6.5 картина представляет собой двумерную решетку, поскольку фотография была сделана в одной плоскости, в то время как сам кристалл является трехмерным. Сопоставляя дифракционные картины на фотографиях, сделанных в. различных плоскостях, можно составить представление о пространственной структуре молекулы. Имея серию рентгенограмм, подобных приведенной на рис. 6.5, можно измерить интенсивность рефлексов и расстояния между ними, что позволяет при соответствующей математической обработке этих данных построить карты электронной плотности. Такие карты в известном приближении характеризуют общую конформацию молекулы и позволяют при более-точном анализе выяснить расположение в пространстве каждого тяжелого атома в молекуле белка (при условии, что известна его аминокислотная последовательность). [c.186]

Ферменты — очень сложные органические молекулы, представляющие собой глобулярные белки. Их каталитические центры состоят их ряда атомных групп, природа и взаимное расположение которых в пространстве строго детерминировано, что, собственно, и определяет каталитическую активность фермента, Все структурные и пространственные особенности каталитического центра заданы как последовательностью аминокислотных остатков полипептидной цепи данного белка (первичной структурой), так и упаковкой этой цепи Б фиксированную конформацию белковой глобулы (ее вторичной и третичной структурами Поэтому для химиков нет смысла пытаться построить искусственный структурный аналог такой чудовищно сложной конструкции, добиваясь сходства со свойствами оригинала. Не говоря уже о практически непреодолимых трудностях подобной задачи, она и смысла большого не имеет (если только мы не хотим создать искусственную жизнь). Дело в том, что каждый фермент решает узко специализированную задачу, а эта специализация лишь изредка совпадает с задачами человеческой химии. Смысл всей Проблемы не в этом, а в том, чтобы обеспечить дизайн квазиферментов под реальные задачи (ну, например, расщеплять высшие парафины до низших, т.е. делать бензин из мазута), т. е. не копировать или моделировать живые ферменты, а научится делать ферменте-подобные катализаторы на заказ (не копировать природу, а учиться у нес, воспринять ее методологию, а не результаты )- Кроме того, ферменты как катализаторы для лабораторного или про- [c.477]

ПЕРВИЧНАЯ СТРУКТУРА белка, последовательность аминокислотных остатков в полипептидной цепи. В П. с., закодированной в соответствующем данному белку структурном гене, заложено все необходимое для ее самоорганизации в глобулу с определенной пространств, структурой. П. с. определяет вторичную и третичную структуры белка. Методы ее установления хорошо разработаны полипептидную цепь специфически расщепляют протеиназами (трин-сином — по остаткам аргинина и лизина, химотрипсином — по остаткам аром, аминокислот и лейцина) или хим. методами (бромцианом по остаткам метионина) в полученном наборе перекрывающихся пептидных фрагментов определяют последовательность аминокислот, используя преим. ступенчатое расщепление по Эдману (процесс автоматизирован), и сопоставляют строение фрагментов. [c.429]

Белок представляет собой полимерную молекулу, мономерными звеньями, кирпичиками которой служат аминокислотные остатки (рис. 2). Аминокислотные остатки располагаются всегда строго линейно, плечом к плечу, подобно солдатам, стоящим по стойке смирно . Но так устроен и биологически активный белок, и белок, нагретый, скажем, до 60 °С, когда он уже полностью теряет свою биологическую активность. Значит, одного химического строения белка, т. е. последовательности аминокислотных остатков, недостаточно для того, чтобы белок был биологически активен. Необходима еще совершенно определенная укладка в пространстве групп, закодированных на рис. 2 в виде сокращенных названий аминокислот, которые на самом деле вовсе не кружочки и не шарики, а имеют каждая свою весьма причудливую форму. Бот за то, чтобы определять пространственную структуру всей молекулы белка по рентгенограммам типа приведенной на рис. 1, и велась затяжная борьба в стенах Кавендишской лаборатории. Лишь в середине 50-х годов Джону Кендрю и Максу Перуцу удалось добиться успеха — они научились определять трехмерную структуру белков. Это случилось уже после того, как была решена проблема устройства геиа — к чему, как оказалось, белки отношения вовсе не имеют. [c.16]

Белки — это природные полимеры, состоящие из остатков аминокислот, соединенных пептидными связями. Последовательность аминокислотных остатков называется первичной структурой белка. Полипептидная цепь скручена в пространстве в спираль за счет водородных связей между группами —ЫН— и —СО—. Пространственная структура полипептидной цепи называется вторичной структурой. Трехмерная конфигурация закрученной спирали в пространстве, образованная за счет дисульфидиых мостиков —8— 8— между цистеиновыми остатками и ионных взаимодействий, называется третичной структурой. [c.123]

Первичная структура, т.е. последовательность аминокислотных остатков в полипептидной цепи белка, известна полностью или частично для значительной части охарактеризованных амидгидролаз (см. табл.12, а также [11971). Особенно быстрыми темпами эта информация стала появляться с развитием методов рекомбинантных ДНК [1771, позволяющих заменить традиционные и весьма трудоемкие методы белковой химии методами секвеюфования соответствующих генов. При этом появился и ряд качественно новых возможностей. Во-первых, оказалось возможным устанавливать структуру не только созревших форм белков, но и их предшественников - про- и препро-ферментов (см. гл.Б). Это, в частности, привело к пониманию процессов проникновения белков через клеточные мембраны и выхода ферментов во внеклеточное пространство [1198]. Для эукариотических ферментов, как и других белков эукариот, было установлено, что лишь небольшая часть генетической информации реализуется в последовательности аминокислотных остатков. Так называемые интроны, составляющие большую часть, не транскрибируются, и в отношении их роли существует множество гипотез. Несомненно лишь, что интрон-экзонная структура генов имеет важное эволюционное значение. Вероятно, что интроны определяют, в частности, доменную организацию белковой молекулы [1199,12001 (см. разд.2.5). [c.65]

Исследователи, работающие в области направленной эволюции, изначально используют клонотеки последовательностей, которые, несмотря на случайный характер их создания, охватывают лишь небольшую часть теоретически возможного пространства последовательностей, представляющего набор молекул с аминокислотными остатками (или нуклеотидами) во всевозможных сочетаниях. Поскольку такие клонотеки получают руками экспериментатора, то с их помощью можно конструировать макромолекулы, не встречающиеся в природных условиях. Однако размер полного пространства последовательностей слишком велик, чтобы с ним можно было работать экспериментально. Поэтому в белковой инженерии на практике часто реализуют компромиссный вариант подхода, в котором в качестве исходной последовательности при конструировании нового фермента используют известную последовательность с исследованной пространственной структурой, функциональность которой уже была апробирована в природе. В этом случае на основе имеющихся знаний о структуре и механизмах функционирования активного центра исходного фермента с помощью направленного мутагенеза заменяют конкретные аминокислотные остатки в надежде получить фермент с требуемыми свойствами. Такой подход получил название рационального редизайна. Одним из плодотворных подходов в этом направлении исследований является инженерия белковых поверхностей (pat h engineering), при котором с помощью мутаций изменяют участки полипептидной цепи в окрестностях аминокислотных остатков, сближенных на поверхно- [c.275]

Переходя к обсуждению результатов по созданию белков и ферментов с новыми функциями, которые удается получать методами рационального дизайна в белковой инженерии, необходимо сформулировать два важных понятия, которые часто используются в молекулярной генетике. Совокупность всех возможных последовательностей аминокислотных остатков полипептидной цепи (или полинуклеотида) определенной длины составляет ее полное пространство последовательностей (sequen e spa e). Например, полное пространство последовательностей 100-звенной полипептидной цепи, построенной из 20 природных аминокислотных остатков, будет представлено 20 о (-lO o) последовательностями. Хотя полное пространство последовательностей является п-мерным и его невозможно изобразить графически, для удобства обсуждения его часто изображают в виде двумерной плоскости, где каждая точка плоскости соответствует индивидуальной последовательности этого пространства (рис. 31). [c.284]

Создание методами рационального редизайна искусственных белков, обладающих совершенно новыми функциями, на основе полипептидного скелета биологически инертных макромолекул, как правило, требует введения нескольких мутантных аминокислотных остатков в разные участки их полипептидных цепей, так как одиночные мутации не приводят к желаемому результату. Говоря о возможностях метода в терминах ландшафтов функциональности, можно предположить, что введение множественных мутаций позволяет пересекать биологически инертные пространства последовательностей и попадать в зоны новых холмов, на их склоны. Это открывает путь для дальнейшего совершенствования функциональности нового белка, полученного методами белковой инженерии, и может приводить к изменению вида самого ландшафта. [c.286]

Само по себе создание представительных клонотек и тестирование свойств даже небольших белков со всеми возможными комбинациями аминокислотных остатков является в настоящее время неразрешимой задачей. Исчерпывающая клонотека должна включать полное пространство последовательностей. Как уже упоминалось выше, пространство последовательностей полипептидной цепи определенной длины представляет собой сеть всех теоретически возможных взаимосвязанных аминокислотных последовательностей, в которой каждый узел представляет собой уникальную последовательность аминокислот. Пространство последовательностей для белка в п аминокислотных остатков (а.о.) будет содержать 20" членов, т.е. в пространстве последовательностей даже небольшого белка длиной в 200 а.о. будет заключено 202оо разных макромолекул, а это значение превышает число атомов в видимой части вселенной, которое оценивается 10 9. [c.322]

Под первичной структурой протеинов понимают ковалентную структуру аминокислотных звеньев, т.е. последовательности, которые включают в себя все возможные модификации аминокислот и дисулы )идных мостиков. В этом случае вторичная структура представляет собой локальное пространственное упорядочение атомов в последовательности аминокислот, пространственная структура которой определяется диэдральными углами. Третичная структура определяется изгибами в пространстве полной по- [c.100]

Следующие свойства рецептора особенно интересны для иейрохимиков химический состав (т. е. состоит ли он из белка углевода, глико- или липопротеина) молекулярная масса и четвертичная структура аминокислотный состав и последовательность углеводная последовательность пространственная организация молекулярных компонентов число лигандов и константы диссоциации лигандов со связывающими их участками независимость или кооперативность связывающих участков взаимодействие рецептора как со своим окружением (т. е. с мембранными липидами, с другими мембранными белками), так и с компонентами вне- и внутриклеточного пространства. Эти данные могут стать основой для попытки построения модели механизма функционирования рецептора. [c.243]

Каждый белок или пептид специфическим образом свернут в пространстве, и эта конформация определяет его физико-хнми-ческие и биологические свойства. Пространственная структура белка (пептида) в целом кодируется его первичной структурой. Эта взаимосвязь создает предпосылки для теоретических расчетов и предсказаний вторичной структуры белков на основе их аминокислотной последовательности. Пространственная структура достаточно подвижна. т. е. способна изменяться под воздействием внешних усло-Ш1Й илн различных агентов, и в этом смысле правильнее говорить [c.82]

Из этой главы мы узнаем, как свертываются в пространстве полипептидные цепи некоторых глобулярных белков и каким образом аминокислотная последовательность определяет их трехмерную структуру. Мы увидим также, что нативная свернутая конформация глобулярных белков служит необходимой предпосьшкой их биологической активности. Далее мы рассмотрим химические и биологические свойства содержащегося в эритроцитах белка гемоглобина, который играет роль переносчика кислорода, и в связи с этим коснемся некоторых медщинских вопросов. На примере гемоглобина мы проиллюстрируем, каким образом трехмерная структура глобулярных белков приспособлена к вьшолнению их важных биологических функций. [c.187]

Транспорт некоторых белков-предшественников в межмембранное пространство митохондрий начинается с их переноса в матрикс (рис. 8-29). Однако за N-концевым сигнальным пептидом, инициирующим этот перенос, расположена очень сильно гидрофобная аминокислотная последовательность. Как только сигнальный пептид отщепляется матриксной протеазой, эта гидрофобная последовательность начинает, в свою очередь, выполнять роль сигнального пептида для обратного встраивания данного белка во внутреннюю мембрану. Вероятно, этот перенос происходит с помощью механизма, сходного с механизмом встраивания белков в мембрану ЭР. Аналогичный способ используется и для встраивания во внутреннюю мембрану митохондрий белков, кодируемых митохондриальным геномом (рис. 8-30, А). [c.32]

Метод очистки -эндорфина, секретируемого в среду клетками Е. oli [43], приведен в табл. 4.25. Для подтверждения того факта, что -эндорфин действительно секретировался в культуральную среду, а не проникал туда из периплазматического пространства, определяли активность периплазматических фер-ментов-маркеров -лактамазы [47] (табл. 4.26) и щелочной фосфатазы [48] (табл. 4.27). После очистки рекомбинантных полипептидов, секретируемых в среду, гель-фильтрацией и обратнофазовой ЖХВД определяли их аминокислотный состав в целом и N-концевые аминокислотные последовательности. Результаты определения N-концевых аминокислотных последовательностей выявили гетерогенность N-концов, но во всех полипептидах отсутствовали сигнальные последовательности. Гетерогенность, по-видимому, обусловливается действием протеиназ [42]. [c.131]

Первый этап полного или даже частичного установления последовательности остатков обычно состоит в определении наличия каких-либо связей между различными частями цепи. Наиболее распространены дисульфидные связи, формирующиеся при окислении пар цистеинов. Образовавшийся дисульфид часто рассматривается как отдельный элемент и называется цистином. Как показано на рис. 2.9, система связей С—5—5—С в цистине нелинейна и обычно имеет неплоскую конформацию. Поэтому наличие цистина налагает сильные ограничения на белковую структуру. Два участка пептидной цепи должны быть сближены в пространстве и к тому же должны располагаться под определенными углами. Это означает, что при прочих равных условиях труднее разрушить структуру белков, содержащих дисульфидные связи. В самом деле, некоторые небольшие белки, в которых от 5 до 7 дисульфидов приходятся менее чем на 100 аминокислотных остатков, известны как наиболее стабильные. Они могут выдерживать экстремальные условия, возникающие при кипячении или воздействии сильных кислот, в которых очень многие белки довольно быстро и необратимо денатурируют. [c.66]

Главной целью исследователей, изучающих структуру белка, является предсказание трехмерной конформации молекулы по ее аминокислотной последовательности. Из всего сказанного выше ясно, что это чрезвычайно трудная задача. Например, для белка, состоящего всего из 100 аминокислотных остатков в одной полипептидной цепи, конформацию с минимальной свободной энергией необходимо искать (если пренебречь концевыми эффектами) в 200-мерном пространстве, т.е. одновременно изменять 100 углов и 100 углов ф. Даже если мы ограничимся только стерически разрешенными углами фкф, число возможных конформаций такого белка будет равно З = 10 , так как большинству остатков, обладающих боковой группой (таких, как L-аланин), соответствуют три различные области в плоскости [ф, ф] (см. рис. 5.8). [c.277]

Хроматин. Хроматином называют сложную смесь веществ, из которых построены хромосомы эукариот. Основными компонентами хроматина являются ДНК, гистоны и негистоновые белки, образующие высокоупорядоченные в пространстве структуры [2]. Соотношение ДНК и белка в хроматине составляет 1 1, а основная масса белка хроматина представлена гистонами. Гистоны образуют семейство высококонсервативных основных белков, которые разделяются на пять больших классов, названных Н1, Н2А, Н2В, НЗ и Н4. Размер полипептидных цепей гистонов лежит в пределах 220 (Н1) и 102 (Н4) а. о. Гистон Н1 сильно обогащен остатками Lys, для гистонов Н2А и Н2В характерно умеренное содержание Lys, полипептидные цепи гистонов НЗ и Н4 богаты Arg. Внутри каждого класса гистонов (за исключением Н4) на основании аминокислотных последовательностей различают несколько субтипов этих белков. Такая множественность особенно характерна для гистонов класса Н1 млекопитающих. В этом случае различают семь субтипов, названных Н1.1-Н1.5, Н1° и Hit. [c.27]

Одним из новых подходов к изучению линейных антигенных детерминант является антигенное картирование белков методом пептидного сканирования (PEPS AN). Суть этого метода заключается в синтезе коротких перекрывающихся олигопептидов — фрагментов аминокислотной последовательности изучаемого белка и их тестирование с помощью иммунофермент-ного анализа на взаимодействие с поликлональными антителами [Аммосова и др., 1997]. Непрерывные или линейные антигенные детерминанты представляют собой непрерывный участок полипептидной цепи, и конформационные антигенные детерминанты состоят из аминокислот, но сближенных в пространстве и не обязательно связанных пептидной связью [Максюгов, Загребельный, 1993]. [c.28]

Легкая цепь иммуноглобулина стереотипно свертывается так, что ее прямолинейные полипептидные отрезки формируют два домена - вариабельный и константный. располагаясь в них параллельно продольной оси домена и образуя два слоя со взаимно противоположным направлением аминокислотной последовательности. В пространство между слоями обращены многочисленные гидрофобные боковые цепи аминокислот. Один из слоев в каждом домене сформирован четырьмя отрезками полипептидной цепи (отмечены белыми стрелками), другой - тремя (отмечены черными стрелками) эти два слоя соединены одной дисульфидной связью (красная полоса). Отрезки VL-дoмeнa уложены так, что гипервариабельные участки выступают на поверхность тремя отдельными (но пространственно сближенными) петлями. В каждом гипервариабельном участке указан номер позиции одного из аминокислотных остатков. [c.101]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология