Peptidinei grandinei išėjus iš ribosomos, ji turi įgyti biologiškai aktyvią formą, t.y. susirangyti tam tikru būdu, surišti kokias nors grupes ir pan. Polipeptido pavertimo aktyviu baltymu reakcijos vadinamos apdorojimas arba potransliacinė baltymų modifikacija.
Potransliacinis baltymų modifikavimas
Pagrindinės apdorojimo reakcijos apima:
1. Ištrynimas iš metionino N-galo ar net kelių aminorūgščių su specifinėmis aminopeptidazėmis.
2. Išsilavinimas disulfidiniai tiltai tarp cisteino likučių.
3. Dalinė proteolizė- peptidinės grandinės dalies pašalinimas, kaip tai daroma su insulinu arba virškinamojo trakto proteolitiniais fermentais.
4. Įstojimas cheminė grupėį baltymų grandinės aminorūgščių liekanas:
- fosforo rūgštys – pavyzdžiui, aminorūgščių serinas, treoninas, tirozinas fosforilinimas naudojamas fermentų aktyvumui reguliuoti arba kalcio jonams surišti,
- karboksilo grupės - pavyzdžiui, dalyvaujant vitaminui K, glutamato γ-karboksilinimas vyksta protrombino, prokonvertino, Stewarto faktoriaus, Kalėdų sudėtyje, o tai leidžia surišti kalcio jonus prasidėjus kraujo krešėjimui,
- metilas grupės - pavyzdžiui, arginino ir lizino metilinimas histonuose naudojamas genomo aktyvumui reguliuoti,
- hidroksilas grupės - pavyzdžiui, OH grupės pridėjimas prie lizino ir prolino, susidarant hidroksiprolinui ir hidroksilizinui, yra būtinas kolageno molekulėms subrandinti dalyvaujant vitaminui C,
- jodo- pavyzdžiui, į tiroglobuliną jodo papildymas būtinas skydliaukės hormonų pirmtakų jodotironinų susidarymui,
5. Įjungimas protezuoti grupės:
- angliavandeniai likučių – pavyzdžiui, glikoproteinų sintezei reikalingas glikacija.
- hemas- pavyzdžiui, hemoglobino, mioglobino, citochromų, katalazės sintezėje,
- vitaminas kofermentai – biotinas, FAD, piridoksalio fosfatas ir kt.
6. Protomerų derinimasį vieną oligomerinį baltymą, pavyzdžiui, hemoglobiną, kolageną, laktatdehidrogenazę, kreatino kinazę.
Baltymų lankstymas
Lankstymas – tai pailgos polipeptidinės grandinės sulankstymas į taisyklingą trimatę erdvinę struktūrą. Papildomų baltymų grupė, vadinama chaperonais ( palydovas, Prancūzų kalba - kompanionas, auklė). Jie neleidžia naujai susintetintiems baltymams sąveikauti tarpusavyje, iš citoplazmos išskiria hidrofobines baltymų sritis ir „pašalina“ jas molekulės viduje, teisingai sutvarko baltymų domenus.
lankstymas ir kt. „sulankstomi baltymai- Polipeptidinės grandinės sulankstymas į teisingą erdvinę struktūrą. Atskiri baltymai, vieno geno produktai, turi identišką aminorūgščių seką ir tomis pačiomis sąlygomis įgyja tą pačią konformaciją bei funkcionuoja. daugelio baltymų, turinčių sudėtingą erdvinę struktūrą, lankstymas vyksta dalyvaujant "palydėjai"
Ribonukleazės reaktyvacija. baltymų denatūravimo procesas gali būti grįžtamas. Šis atradimas buvo atliktas tiriant ribonukleazės denatūraciją, kuri suardo ryšius tarp nukleotidų RNR. Ribonukleazė yra rutulinis baltymas, turintis vieną 124 aminorūgščių liekanų polipeptidinę grandinę. Jo konformaciją stabilizuoja 4 disulfidiniai ryšiai ir daug silpnų jungčių.
Ribonukleazės apdorojimas merkaptoetanoliu sukelia disulfidinių jungčių plyšimą ir cisteino liekanų SH grupių sumažėjimą, o tai sutrikdo kompaktišką baltymo struktūrą. Pridėjus karbamido arba chloridino guanidino, susidaro atsitiktinai sulankstytos ribonukleazės neturinčios polipeptidinės grandinės. fermentų denatūravimas. jei dializės būdu ribonukleazė išvaloma iš denatūruojančių medžiagų ir merkaptoetanolio, baltymo fermentinis aktyvumas palaipsniui atstatomas. Šis procesas vadinamas renatūracija.
Atnaujinimo galimybė įrodyta ir kitiems baltymams. būtina jo konformacijos atkūrimo sąlyga yra pirminės baltymo struktūros vientisumas.
Baltymai, galintys prisijungti prie nestabilios būsenos baltymų, linkę į agregaciją, galintys stabilizuoti jų konformaciją, su sąlyga, kad baltymai susilanksto, vadinami „palydėjai“.
Šaperonų vaidmuo baltymų lankstymui
baltymų sintezės ribosomoje laikotarpiu reaktyviųjų radikalų apsaugą vykdo III-70. Daugelio didelės molekulinės masės kompleksinės konformacijos baltymų lankstymas vyksta III-60 suformuotoje erdvėje. III-60 veikia kaip oligomerinis kompleksas, susidedantis iš 14 subvienetų. Šaperono kompleksas turi didelį afinitetą baltymams, kurių paviršiuje yra hidrofobiniais radikalais prisodrintos sritys). Patekęs į chaperono komplekso ertmę, baltymas jungiasi prie hidrofobinių radikalų III-60 viršūninėse srityse.
Šaperonų vaidmuo apsaugant ląstelių baltymus nuo denatūruojančio streso poveikio
Šaperonai, dalyvaujantys ląstelių baltymų apsaugai nuo denatūruojančių poveikių, vadinami šilumos šoko baltymais Veikiant (aukšta temperatūra, hipoksija, infekcija, UV, terpės pH pokytis, terpės moliškumo pokytis, toksiškos cheminės medžiagos, sunkieji metalai) ląstelėse, sustiprėja HSP sintezė. jie gali užkirsti kelią visiškam jų denatūravimui ir atkurti natūralią baltymų konformaciją.
Ligos, susijusios su sutrikimu
sulankstomi baltymai Alzheimerio liga- nervų sistemos amiloidozė, kuri pažeidžia vyresnio amžiaus žmones ir kuriai būdingas progresuojantis atminties sutrikimas ir visiškas asmenybės degradavimas. Amiloidas – baltymas, formuojantis netirpias fibriles, kurios sutrikdo nervinių ląstelių struktūrą ir funkciją, nusėda smegenų audinyje.
Prioniniai baltymai speciali baltymų klasė, pasižyminti infekcinėmis savybėmis. Patekę į žmogaus organizmą, jie gali sukelti sunkias, nepagydomas centrinės nervų sistemos ligas, vadinamas prioninėmis ligomis. Priono baltymą koduoja tas pats genas, kaip ir normalų jo analogą, t.y. jie turi identišką pirminę struktūrą. Tačiau šie du baltymai turi skirtingą konformaciją: priono baltymui būdingas didelis β sluoksnių kiekis, o normalus baltymas turi daug spiralinių sričių. priono baltymas yra atsparus proteazėms.
Nuostabų žaidimą sukūrė Vašingtono universiteto (JAV) mokslininkai. Programa, vadinama Fold.it, yra baltymų sulankstymo į trimates konstrukcijas modelis. Žaidėjas turėtų stengtis tai padaryti geriausiu įmanomu būdu. Programa bus įkelta su tikrais duomenimis apie tikrus, ką tik išrastus baltymus, kurie neaišku, kaip jie susilanksto. Rezultatai internetu bus išsiųsti į apdorojimo centrą, kur jie bus tikrinami superkompiuteriu (tai bus rudenį, bet kol kas programoje yra jau įmintų mįslių, tad dabar ji veikia kaip simuliatorius).
Tiesą sakant, visi mūsų pasaulio žaidėjai išleidžia milijardus darbo valandų žmonijai nenaudingiems žaidimams, tokiems kaip WoW, Counter-Strike ar Klondike Solitaire. Tuo pačiu metu jie galėtų efektyviau panaudoti savo intelektą: pavyzdžiui, sulankstydami baltymus savo monitoriaus ekrane. Tai irgi savaip įdomu.
Vienas iš žaidimo kūrėjų, biochemijos profesorius Davidas Bakeris, tikrai tiki, kad kažkur pasaulyje yra talentų, kurie mintyse turi įgimtą gebėjimą apskaičiuoti 3D baltymų modelius. Žaidimą pamatys koks 12-metis berniukas iš Indonezijos ir galės išspręsti problemas, kurių nepajėgia net superkompiuteris. Kas žino, gal tikrai tokių yra?
Kiekvienas baltymas (žmogaus organizme yra daugiau nei 100 000 rūšių) yra ilga molekulė. Numatyti, kokia sudėtinga forma ši molekulė susilankstys esant tam tikroms sąlygoms (ir ar ji apskritai gali susilankstyti į kokią nors stabilią formą), yra aukščiausio laipsnio užduotis. Kompiuterinis modeliavimas yra daug išteklių reikalaujantis procesas, tačiau tuo pat metu labai svarbus farmacijos pramonėje. Juk nežinant baltymo formos neįmanoma imituoti jo savybių. Jeigu šios savybės naudingos, tuomet galima sintetinti baltymus ir jų pagrindu pagaminti naujus veiksmingus vaistus, pavyzdžiui, vėžiui ar AIDS gydyti (abiem atvejais Nobelio premija garantuota).
Šiuo metu šimtai tūkstančių kompiuterių paskirstytame skaičiavimo tinkle dirba apskaičiuodami kiekvienos naujos baltymo molekulės modelį, tačiau Vašingtono universiteto mokslininkai siūlo kitą būdą: ne nuobodų visų variantų išvardijimą, o intelektualų minčių šturmą per kompiuterinį žaidimą. . Pasirinkimų skaičius sumažėja eilės tvarka, o superkompiuteris daug greičiau suras teisingus lankstymo parametrus.
Visi gali žaisti trimatę „linksmybę“ Fold.it: net vaikai ir sekretorės, kurie neturi supratimo apie molekulinę biologiją. Kūrėjai pasistengė padaryti tokį žaidimą, kad jis būtų įdomus visiems. O žaidimo rezultatas gali tapti Nobelio premijos pagrindu ir išgelbėti tūkstančių žmonių gyvybes.
Programa išleista „Win“ ir „Mac“ skirtomis versijomis. Gali būti 53 MB platinimo rinkinys
Kiekviena mūsų kūno ląstelė yra baltymų gamykla. Dalis jų gaminama vidiniam naudojimui, ląstelės gyvybei palaikyti, o kita dalis „eksportuojama“. Visos baltymų molekulių savybės (taip pat ir gebėjimas stebėtinai tiksliai katalizuoti kitų molekulių transformaciją ląstelėje) priklauso nuo baltymo erdvinės struktūros, o kiekvieno baltymo struktūra yra unikali.
Erdvinę struktūrą formuoja unikalus baltymų grandinės, susidedančios iš skirtingų aminorūgščių liekanų, sulankstymas (skirtingų spalvų karoliukai – 1 pav.). Baltymų grandinės aminorūgščių seką lemia jos genomas ir ją sintetina ribosoma, po kurios baltymo grandinės susilankstymo metu „pačioje“ susiformuoja erdvinė grandinės struktūra, dėl kurios ribosoma lieka praktiškai netvarkinga. .
Unikalaus baltymo rutuliuko susidarymui iš netvarkingos grandinės (taip pat ir jo išsiskleidimui) reikia įveikti „barjerą“ nestabilios „pusiau sulankstytos“ globulės pavidalu (1 pav.)
Aleksejus FinkelšteinasŠi jo aminorūgščių sąveikos grandinė yra sulankstyta, be to, į tą pačią struktūrą - tiek kūne, tiek mėgintuvėlyje. Tos pačios grandinės galimų išdėstymų įvairovė yra neįsivaizduojamai didelė. Tačiau tam tikra aminorūgščių seka, kaip taisyklė, turi tik vieną stabilią („teisingą“) struktūrą, kuri suteikia baltymui unikalių savybių. Ji stabili, nes būtent ji turi mažiausiai energijos.
Tuo pačiu principu veikia ir kristalams formuotis: medžiaga įgauna struktūrą, kurioje ryšio energija yra minimali.
Kas bendro turi baltymus ir visatą
Čia mokslininkams iškilo klausimas: kaip baltymų grandinė gali spontaniškai „rasti“ savo vienintelę stabilią struktūrą, jei kolosalaus skaičiaus visų variantų paieška (apie 10 100 100 aminorūgščių likučių grandinei) užtruktų ilgiau nei visą gyvenimą. Visatos. Šis prieš pusę amžiaus suformuluotas „Levintalio paradoksas“ išspręstas tik dabar. Jai išspręsti reikėjo pasitelkti teorinės fizikos metodus.
Kosminėje stotyje Mir ir NASA šaudyklinių skrydžių metu išauginti įvairių baltymų kristalai
NASA Maršalo kosminių skrydžių centrasRusijos mokslų akademijos (IB) Baltymų instituto mokslininkai sukūrė baltymų molekulių erdvinių struktūrų formavimosi greičio teoriją. Darbo rezultatai neseniai buvo paskelbti žurnaluose Mokslo atlasas , Chem Phys Chem ir "Biofizika"... Darbas remia gavo Rusijos mokslo fondo (RSF) dotaciją.
„Baltymų gebėjimas spontaniškai suformuoti savo erdvines struktūras per kelias sekundes ar minutes yra ilgalaikė molekulinės biologijos paslaptis.
Mūsų darbe pateikiama fizikinė teorija, leidžianti įvertinti šio proceso greitį, priklausomai nuo baltymų dydžio ir jų struktūros sudėtingumo“, – atitinkamas Rusijos mokslų akademijos narys, fizikos ir matematikos mokslų daktaras. Prasideda mokslai, Rusijos mokslų akademijos Baltymų instituto vyriausiasis mokslo darbuotojas, Rusijos mokslo fondo stipendijos vadovas Aleksejus Finkelšteinas.
„Jau seniai žinoma, kad baltymų grandinė tam tikromis aplinkos sąlygomis įgauna savo unikalią struktūrą, o kitomis sąlygomis (pavyzdžiui, tirpalą rūgštinant ar kaitinant) ši struktūra išsiskleidžia. Šių sąlygų sandūroje unikali baltymo struktūra yra dinaminėje pusiausvyroje su išsiskleidusia grandinės forma, tęsia jis. – Ten sugyvena lankstymo ir išsiskleidimo procesai, jų fizika pati skaidriausia. Todėl mes sutelkėme dėmesį būtent į tokias pusiausvyros ir pusiausvyros sąlygas – priešingai nei kiti tyrinėtojai, kurie atrodė pagrįstai (bet klaidingai, kaip paaiškėjo) manė, kad kelio į baltymų lankstymo paslaptį reikia ieškoti ten, kur ji vyksta greičiausiai. .
Voveraičių išvyniojimas yra gera pradžia, bet ne išeitis.
„Pirmąjį požiūrį į Levintalio problemą mes sukūrėme labai seniai“, - sako Aleksejus Finkelšteinas, „ir jį sudarė taip: kadangi labai sunku teoriškai atsekti baltymų lankstymo kelią, būtina ištirti šį procesą. jos atsiskleidimo. Skamba paradoksaliai, tačiau fizikoje egzistuoja „detalios pusiausvyros“ principas, kuris sako: bet koks procesas pusiausvyros sistemoje vyksta tuo pačiu keliu ir tokiu pat greičiu kaip ir priešingas. O kadangi dinaminėje pusiausvyroje sulankstymo ir išsiskleidimo greičiai yra vienodi, svarstėme paprastesnį baltymų išsiskleidimo procesą (juk suskaidyti lengviau nei tai padaryti) ir apibūdinome „barjerą“ (žr. 1 pav.), nestabilumą. iš kurių nustatomas proceso greitis “.
Rusijos mokslų akademijos Baltymų instituto mokslininkai, vadovaudamiesi detalios pusiausvyros principu, įvertino tiek „iš viršaus“, tiek „iš apačios“ baltymų, tiek didelių, tiek mažų, sulankstymo greitį, esant tiek paprastam, tiek sudėtingam grandinės lankstymui. Maži ir paprastai išsidėstę baltymai susilanksto greičiau („viršutinis“ įvertinimas), o dideli ir (arba) sudėtingi baltymai susilanksto lėčiau („apatinis“ įvertinimas). Visų kitų galimų lankstymo greičių reikšmės yra tarp jų.
Tačiau ne visi biologai buvo patenkinti sprendimu, nes, pirma, juos domino baltymo sulankstymo (o ne išskleidimo) būdas, antra, fizinis „detalios pusiausvyros principas“ jiems, matyt, buvo menkai suprantamas.
Ir darbas tęsėsi: šį kartą Rusijos mokslų akademijos Biologijos instituto mokslininkai apskaičiavo baltymų lankstymo sudėtingumą. Jau seniai žinoma, kad sąveika baltymuose daugiausia siejama su vadinamosiomis antrinėmis struktūromis. Antrinės struktūros yra standartiniai, gana dideli vietiniai baltymo struktūros „statybiniai blokai“, kuriuos daugiausia lemia vietinės aminorūgščių sekos jose. Galima apskaičiuoti galimų tokių blokų sulankstymo į sulankstyto baltymo struktūrą variantų skaičių, tai padarė Rusijos mokslų akademijos Biologijos instituto mokslininkai. Tokių variantų skaičius milžiniškas – apie 10 10 (bet toli gražu ne 10 100!) Maždaug 100 aminorūgščių grandinei, o baltymų grandinė, teoriniais skaičiavimais, gali juos „nuskaityti“ per kelias minutes arba, ilgesnes grandines. , valandomis. Taip buvo gautas didžiausias baltymų sulankstymo laiko įvertinimas.
Taisyklinga antrinė struktūra – alfa spiralė
WillowWDviem būdais gauti rezultatai (t. y. analizuojant tiek baltymo išsiskleidimą, tiek susilankstymą) susilieja ir vienas kitą patvirtina.
„Mūsų darbas yra labai svarbus kuriant naujus baltymus ateityje, atsižvelgiant į farmakologijos, bioinžinerijos, nanotechnologijų poreikius“, – daro išvadą Aleksejus Finkelsteinas.
"Baltymų sulankstymo greičio klausimai yra svarbūs, kai reikia numatyti baltymo struktūrą pagal jo aminorūgščių seką, o ypač apie naujų, natūraliai neatsirandančių baltymų dizainą."
„Kas pasikeitė gavus RSF dotaciją? Atsirado galimybė įsigyti naujos modernios įrangos ir reagentų darbui (juk mūsų laboratorija daugiausiai eksperimentinė, nors aš čia kalbėjau tik apie mūsų teorinį darbą). Bet svarbiausia: Rusijos mokslo fondo dotacija leido specialistams užsiimti mokslu, o ne ieškoti šalutinio darbo šone ar tolimuose kraštuose “, - sako Aleksejus Finkelšteinas.
