단백질 3차 구조
Protein tertiary structure |
단백질 3차 구조는 단백질의 3차원 형태이다.3차 구조는 하나 이상의 단백질 2차 구조인 단백질 도메인을 가진 단일 폴리펩타이드 사슬 "등뼈"를 가질 것이다.아미노산 곁사슬은 여러 가지 방법으로 상호작용하고 결합할 수 있다.특정 단백질 내의 곁사슬의 상호작용과 결합은 그것의 3차 구조를 결정한다.단백질 3차 구조는 원자 좌표에 의해 정의된다.이러한 좌표는 단백질 도메인 또는 전체 3차 [1][2]구조를 참조할 수 있습니다.다수의 3차 구조는 4차 [3]구조로 접을 수 있다.
역사
단백질의 3차 구조에 대한 과학은 가설 중 하나에서 상세한 정의 중 하나로 발전했다.에밀 피셔는 단백질이 폴리펩타이드 사슬과 아미노산 측쇄로 만들어졌다고 제안했지만, 단백질 구조의 예측에 기하학을 통합한 사람은 도로시 모드 브린치였다.Wrinch는 구상 [4]단백질 구조의 첫 예측인 Cyclol 모델을 통해 이것을 증명했다.현대의 방법은 예측 없이 작은 단백질(잔기 120 미만)에 대해 5Ω(0.5nm) 이내로 3차 구조를 결정할 수 있으며, 유리한 조건에서는 확실한 2차 구조 예측을 할 수 있다.
결정 요인
네이티브 스테이트의 안정성
내열성
원어민 상태 또는 원어민 상태로 접힌 단백질은 일반적으로 전개된 형태보다 낮은 깁스 자유 에너지(엔탈피와 엔트로피의 조합)를 가진다.단백질은 저에너지 구조를 지향하며, 이는 세포 환경에서 단백질의 접힘을 결정합니다.많은 유사한 배치가 유사한 에너지를 가질 것이기 때문에 단백질 구조는 동적이고, 이러한 유사한 구조들 사이를 왔다 갔다 한다.
구상 단백질은 소수성 아미노산 잔기의 핵심과 물에 노출되고 충전된 친수성 잔기의 표면 영역을 가지고 있다.이 배열은 제3의 구조 내에서 상호작용을 안정시킬 수 있다.예를 들어 세포질로 목욕을 하지 않는 분비 단백질에서는 시스테인 잔기 사이의 디술피드 결합이 3차 구조를 유지하는 데 도움이 된다.다양한 기능과 다양한 진화의 단백질에서 볼 수 있는 안정적인 3차 구조의 공통성이 있다.예를 들어, 트리오스인산 이성질화효소의 이름을 딴 TIM 배럴은 매우 안정적인 이합체 코일 구조와 마찬가지로 일반적인 3차 구조이다.따라서 단백질은 그들이 보유하는 구조에 따라 분류될 수 있다.이러한 분류를 사용하는 단백질 데이터베이스에는 SCOP 및 CATH가 포함된다.
키네틱 트랩
접이식 속도론은 고에너지 구성, 즉 고에너지 중간 구성이 최저 에너지 구성에 대한 접근을 차단하는 단백질을 가둘 수 있다.고에너지 배치는 단백질의 기능에 기여할 수 있다.예를 들어 인플루엔자 헤마글루티닌 단백질은 활성화되면 단백질 분해로 분해되어 2개의 폴리펩타이드 사슬을 형성하는 단일 폴리펩타이드 사슬이다.2개의 체인은 고에너지 구성으로 유지됩니다.국소 pH가 떨어지면 단백질은 숙주 세포막을 통과할 수 있도록 에너지적으로 유리한 입체배열을 거친다.
준안정성
일부 3차 단백질 구조는 가장 안정적인 기대 상태가 아닌 장수 상태로 존재할 수 있다.예를 들어 많은 세르핀(세린단백질가수분해효소억제제)이 이러한 전이성을 나타낸다.단백질 분해 [5][6][7]효소에 의해 단백질의 고리가 절단될 때 그들은 구조 변화를 겪는다.
샤페론단백질
일반적으로 단백질의 고유 상태 또한 열역학적으로 가장 안정적이며 단백질은 번역되기 전에 화학적 동역학을 감안할 때 고유 상태에 도달한다고 가정한다.세포의 세포질 내의 단백질 샤페론은 새롭게 합성된 폴리펩타이드가 본래의 상태에 도달하는 것을 돕는다.예를 들어, 단백질 이황화물 이성질화효소와 같은 일부 샤페론 단백질은 기능에 있어 매우 특이적이며, 다른 단백질은 일반적이며 대부분의 구상 단백질, 예를 들어 단백질의 원핵 GroEL/GroES 시스템과 상동성 진핵 열충격 단백질(Hsp60/Hsp10 시스템)을 도울 수 있습니다.
세포질 환경
단백질 3차 구조의 예측은 단백질의 1차 구조를 알고 단백질 데이터 뱅크에서 가능한 예측 3차 구조와 알려진 3차 구조를 비교하는 것에 달려 있다.이것은 유사한 세포질 환경이 단백질 데이터 뱅크에 기록된 단백질의 구조에도 영향을 미쳤을 정도로 단백질 합성 시 존재하는 세포질 환경만을 고려한다.
배위자 결합
단백질의 구조(예: 효소)는 자연배위자(예: 보조인자)의 결합에 따라 변할 수 있다.이 경우 배위자에 결합된 단백질의 구조를 홀로 구조, 결합되지 않은 단백질의 구조를 아포 [8]구조라고 한다.
아미노산 측쇄 간의 약한 결합 형성에 의해 안정화 된 구조 - 폴리펩타이드 사슬의 접힘에 의해 결정됨(비극성 잔류물은 단백질 내부에 위치하는 반면 극성 잔류물은 주로 외부에 위치함) - 단백질의 포락은 단백질을 더 가깝게 하고 th의 먼 영역에 위치한 a-to와 관련됨e 시퀀스 - 3차 구조의 획득은 특정 분자의 인식과 결합에 적합한 포켓과 부위의 형성으로 이어진다(생물 특이성).
결정.
용해성 구상 단백질의 3차 구조에 대한 지식은 막 단백질보다 더 발전되어 있는데, 이는 전자가 사용 가능한 기술로 연구하기 쉽기 때문이다.
X선 결정학
X선 결정학은 단백질 구조를 결정하는 데 가장 일반적인 도구이다.이것은 구조의 높은 분해능을 제공하지만 단백질의 구조 유연성에 대한 정보는 제공하지 않습니다.
NMR
단백질 NMR은 단백질 구조의 분해능을 상대적으로 낮춥니다.그것은 더 작은 단백질로 제한된다.그러나, 그것은 용액에서 단백질의 구조 변화에 대한 정보를 제공할 수 있다.
극저온 전자 현미경법
극저온전자현미경법(cryo-EM)은 단백질의 3차 및 4차 구조 모두에 대한 정보를 제공할 수 있습니다.특히 단백질 서브유닛의 큰 단백질과 대칭 복합체에 적합하다.
이중 편파 간섭계
이중 편파 간섭계는 표면 포착 단백질에 대한 보완 정보를 제공한다.시간 경과에 따른 구조 및 구성 변화를 결정하는 데 도움이 됩니다.
프로젝트
예측 알고리즘
스탠포드 대학의 Folding@home 프로젝트는 약 5페타플롭스(10x86페타플롭스)의 사용 가능한 컴퓨팅을 사용한 분산 컴퓨팅 연구입니다.단백질의 아미노산 배열과 세포 상태를 [9][10][11]감안할 때 단백질의 3차 및 4차 구조를 일관되게 예측하는 알고리즘을 찾는 것이 목적이다.
단백질 3차 구조 예측 소프트웨어 목록은 단백질 구조 예측 소프트웨어 목록에서 확인할 수 있습니다.
단백질 응집 질환
알츠하이머병과 헌팅턴병과 같은 단백질 응집 질환과 소 해면상뇌증 같은 프리온병은 질병 모델을 구축(및 재구성)함으로써 더 잘 이해할 수 있다.이것은 예를 들어 MPTP와 같은 독소를 투여하여 파킨슨병을 유발하거나 유전자 [12][13]조작을 통해 실험실 동물에게 질병을 유발함으로써 이루어집니다.단백질 구조 예측은 동물의 [14]사용을 피할 수 있는 질병 모델을 만드는 새로운 방법이다.
단백질 3차 구조 회수 프로젝트(CoMograd)
주어진 단백질의 3차 구조의 패턴을 엄청난 수의 알려진 단백질 3차 구조와 일치시키고 가장 유사한 것을 순서대로 검색하는 것은 새로운 단백질의 기능 예측, 진화의 연구, 질병 진단, 약물 발견, 항체 설계 등과 같은 많은 연구 영역의 심장부에 있다.BUET의 CoMograd 프로젝트는 단백질 3차 구조 검색을 위한 매우 빠르고 정밀한 방법을 고안하고 연구 [15][16]결과를 바탕으로 온라인 툴을 개발하기 위한 연구입니다.
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레퍼런스
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