단백질접점지도

Protein contact map
Protein contact map
비브리오 파라하몰리티쿠스 단백질 Vibrio parahaemolyticus

단백질 접촉 지도는 이진 2차원 매트릭스를 이용하여 3차원 단백질 구조의 가능한 모든 아미노산 잔류물 쌍 사이의 거리를 나타낸다. 잔류물 i i} j}의경우 두 잔류물이 미리 결정된 임계값보다 가까우면 매트릭스의 요소는 1이고, 그렇지 않으면 0이다.다양한 연락처 정의가 제안되었다.임계값 6-12 å인 C-Cαα 원자 사이의 거리, 임계값 6-12 å인 C-Cββ 원자 사이의 거리(글리신에는 C가α 사용됨), 질량의 사이드 체인 중심 사이의 거리.

개요

콘택트 맵은 전체 3D 원자 좌표보다 단백질 구조의 표현을 더 적게 제공한다.콘택트 맵은 회전과 번역에 불변한다는 장점이 있다.그들은 기계 학습 방법에 의해 더 쉽게 예측된다.또한 특정 상황(예: 잘못 예측된 접점의 낮은 내용)에서는 해당 접점 지도를 사용하여 단백질의 3D 좌표를 재구성할 수 있는 것으로 나타났다.[1][2]

접촉 지도는 단백질 중첩과 단백질 구조 사이의 유사성을 설명하는데도 사용된다.[3]그것들은 단백질 서열에서 예측되거나 주어진 구조에서 계산된다.

콘택트 맵 예측

많은 수의 게놈 시퀀스를 사용할 수 있게 되면 이러한 시퀀스를 공동 잔류물에 대해 분석할 수 있게 된다.이 접근방식의 효과성은 두 위치가 기능적으로 결합되는 경우(예: 효소 영역에 참여하거나 접힌 단백질에 인접하는 경우 또는 인접하는 경우에도) i의 백-뮤팅보다는 위치 j의 돌연변이와 연관될 가능성이 더 높다는 사실에 기인한다.그 단백질을 과점하여.[4]

몇몇 통계적 방법 맞춤과 더불어 잔류 짝들은 여러 시퀀스에서 추출할:잔류 쌍의 예상 주파수와 관찰(OMES),[5]은 맥라클란 바탕으로 치환 상관 관계,[6]통계적 연결 분석(McBASC), 상호 정보 기반의 방법(MI),[7]고 최근 직접 결합 분석(초산 데스 옥시 코티 코스 테론)이 존재한다.[8][9]

머신러닝 알고리즘은 특히 비호몰성 단백질(즉, 얕은 MSA)에 대한 MSA 분석 방법을 향상시킬 수 있었다.[10]

예측 접촉 맵은 나선-헬릭스 상호작용의 표적이 되는 막 단백질의 예측에 사용되어 왔다.[11]

HB 플롯

단백질 구조와 그 역동적인 행동 사이의 관계에 대한 지식은 단백질 기능을 이해하는데 필수적이다.단백질 3차원 구조를 수소 본딩 상호작용 네트워크(HB 플롯)[12]로 기술한 것이 단백질 구조와 기능을 탐구하는 도구로 도입되었다.3차 상호작용의 네트워크를 분석함으로써 단백질 내 정보의 가능한 확산을 조사할 수 있다.

HB 플롯은 단백질 2차 구조와 3차 구조를 분석하는 간단한 방법을 제공한다.2차 구조 요소(2차 수소 결합)와 3차 수소 결합으로 정의된 원거리 아미노산 잔류물 사이에 형성된 수소 결합은 HB 플롯에서 쉽게 구별할 수 있으므로 단백질 구조와 기능 안정화에 관련된 아미노산 잔류물을 식별할 수 있다.

특징들

그림은 주 체인-메인 체인, 주 체인-사이드 체인 및 사이드 체인-사슬 수소 본딩 상호작용을 구별한다.수소 결합과 아미노산 잔류물 사이의 다중 수소 결합, 그리고 내부 및 체인 간 수소 결합도 그림에 표시된다.수소 결합의 세 가지 등급은 색상 코딩으로 구분된다. 단(공여자와 수용자 사이의 2.5 å 미만 거리), 중간(2.5 å ~ 3.2 å 사이), 긴 수소 결합(3.2 å 이상).

HB 그림의 이차 구조 요소

HB 플롯의 이차 구조 요소, 병렬 및 반병렬 시트가 스왑되어 있음

HB 플롯의 표현에서 이차 구조 요소의 특성 패턴을 다음과 같이 쉽게 인식할 수 있다.

  1. 나선은 대각선에 바로 인접한 스트립으로 식별할 수 있다.
  2. 대각선 베타 시트는 HB 플롯에서 대각선으로 나타난다.
  3. 평행 베타 시트는 대각선과 평행으로 HB 그림에 나타난다.
  4. 루프(loops)는 대각선 베타 시트 모티브 사이의 대각선에 파열로 나타난다.

사용 예

사이토크롬 P450s

시토크롬 P450s(P450s)는 NADPH 시토크롬 P450 환원효소에서 나온 분자 산소와 전자를 사용해 기질을 산화시키는 유전생물학적 메타볼링 막 결합 헤메 함유 효소다.사이토크롬 P450 계열의 멤버인 CYP2B4는 이 계열의 유일한 단백질로, 오픈 11과 클로즈드 12 양식의 X선 구조가 모두 간행되어 있다.CYP2B4 구조물의 개방 구조와 폐쇄 구조물의 비교를 통해 두 상태 사이의 대규모 순응적 재배열이 드러나며, 리간드 프리 상태에서 광범위하게 개방되고 리간드 바인딩 후 닫히는 잔류물 215-225와 heme 부근의 루프 C 주변이 가장 큰 순응적 변화가 나타난다.

폐쇄형 시토크롬 P450 2B4의 HB 플롯 및 구조

CYP2B4의 폐쇄 및 개방 상태의 HB 플롯을 검사한 결과 3차 수소 결합의 재배열이 시토크롬 P450 촉매 사이클의 현재 지식과 매우 일치한다는 것이 밝혀졌다.

P450 촉매변환기의 첫 번째 단계는 기질 결합으로 식별된다.입구 근처에 있는 리간드의 예비 결합은 수소 결합 S212-E474, CYP2B4의 공개 형태의 S207-H172, 수소 결합 E218-A102, Q215-L51이 형성되어 HB 플롯이 드러내듯이 닫힌 형태로 입구를 고정한다.

두 번째 단계는 첫 번째 전자가 NADPH로부터 전자 전달 체인을 통해 전달되는 것이다.전자 전달의 경우 순응적 변화가 일어나 NADPH 시토크롬 P450 환원효소와 P450의 상호작용을 촉발한다.Breaking of hydrogen bonds between S128-N287, S128-T291, L124-N287 and forming S96-R434, A116-R434, R125-I435, D82-R400 at the NADPH cytochrome P450 reductase binding site—as seen in HB plot—transform CYP2B4 to a conformation state, where binding of NADPH cytochrome P450 reductase occurs.

세 번째 단계에서 산소는 폐쇄 상태에서 CYP2B4로 들어간다. 즉, 새로 형성된 수소 결합 S176-T300, H172-S304, N167-R308이 산소 분자의 크기와 모양을 정확히 나타내는 터널을 여는 상태.

리포칼린과

개방형(흰색) 및 리간드결합형(빨간색) 베타락토글로불린

리포칼린 계열은 작고 소수성 분자 전달체로서의 기능을 가진 크고 다양한 단백질 계열이다.베타락토글로불린은 리포칼린 계열의 대표적인 구성원이다.베타락토글로불린은 레티놀이나 지방산과 같은 소수성 리간드의 수송에 역할을 하는 것으로 밝혀졌다.[13]그것의 결정 구조는 [예:]로 결정되었다.진, 1998년] 리간드가 서로 다르고 리간드가 없는 형태도 있다.지금까지 결정된 결정 구조는 전형적인 리포칼린에는 8줄의 항타렐-바렐이 들어 있어 소수성 리간드가 묶인 원뿔 중심 공동이 형성되어 있음을 보여준다.베타락토글로불린의 구조는 단백질의 중심 공동이 있는 배럴 형태 구조가 26, 35, 63, 87, 111 주위에 중심이 있는 5개의 베타루프에 둘러싸인 '입구'를 가지고 있으며, 이 '입구'는 리간드 결합 중에 순응적인 변화를 겪으며 공동이 닫힌다.

베타락토글로불린의 전체적인 모양은 지포칼린 계열의 특징이다.[citation needed]알파헬리스크가 없으면 주 대각선이 거의 사라지고 베타시트를 대표하는 크로스 다이어그램이 플롯을 지배한다.제3차 수소결합은 비교적 적은 수를 플롯에서 찾을 수 있는데, 그 중 하나는 63년경 잔류물의 고밀도 영역으로 연결되고, 하나는 87년경 루프에 연결되며, 제3차 영역은 26, 35번 영역으로 연결된다.111 주위의 다섯 번째 루프는 HB 플롯에서 단 하나의 3차 수소 결합만을 나타낸다.

3차원 구조에서는 입구 근처에 제3차 수소 결합이 형성되며 (1) 리간드 결합 시 순응적 재배치에 직접 관여하며, (2) "바렐" 하단에 형성된다.베타 락토글로불린의 열린 형태와 닫힌 형태의 HB 플롯은 매우 유사하며, 모든 독특한 모티브는 두 가지 형태로 모두 인식할 수 있다.개방형과 리간드형형의 HB 플롯의 차이는 3차 수소 결합 패턴에서 중요한 개별 변화를 거의 보여주지 않는다.특히 Y20-E157과 S21-H161 사이의 폐쇄형 수소 결합 형성은 순응적 재배치에 결정적일 수 있다.이러한 수소결합은 리간드가 공동의 바닥에 도달하여 수소결합 R123-Y99, R123-T18, V41-Q120이 깨졌을 때 리코칼린 입구의 폐쇄가 시작됨을 시사한다.리코칼린은 구조 유사성이 높은 염기서열 유사성이 매우 낮은 것으로 알려져 있다.[citation needed]유일하게 보존된 지역은 정확히 20~160년 전후의 지역이며, 그 역할은 알려지지 않았다.

HB 개방형(2BLG) 및 리간드 바인딩(2AKQ) 형태의 베타 락토글로불린 그림

참고 항목

참조

  1. ^ Pietal, MJ.; Bujnicki, JM.; Kozlowski, LP. (Jun 2015). "GDFuzz3D: a method for protein 3D structure reconstruction from contact maps, based on a non-Euclidean distance function". Bioinformatics. 31 (21): 3499–505. doi:10.1093/bioinformatics/btv390. PMID 26130575.
  2. ^ Vassura M, Margara L, Di Lena P, Medri F, Fariselli P, Casadio R (2008). "Reconstruction of 3D Structures From Protein Contact Maps". IEEE/ACM Transactions on Computational Biology and Bioinformatics. 5 (3): 357–367. doi:10.1109/TCBB.2008.27. PMID 18670040. S2CID 6080543.
  3. ^ Holm L, Sander C (August 1996). "Mapping the protein universe". Science. 273 (5275): 595–603. Bibcode:1996Sci...273..595H. doi:10.1126/science.273.5275.595. PMID 8662544. S2CID 7509134.
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외부 링크

  • 증류—단백질 구조 특성 예측(단백질 잔류물 접촉 맵 포함)
  • Structural Proteomics Tools - 아미노산 접촉 맵 포함
  • ProfCon - 리시드 간 접점 예측
  • TMHcon - 특히 막 단백질의 투과성 부분 내에서 나선-헬릭스 접촉 예측
  • TMhit - 잔류물 접점을[dead link] 기반으로 한 새로운 트랜섬브레인 나선-헬릭스 상호작용 예측 방법
  • CMAPPro - 단백질 연락처 맵 예측 서버
  • [1] —제르시스포샵의 단백질 접촉 지도 시각화 도구