close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

код для вставкиСкачать
Фолдинг белка
in vivo
Без шаперонов
С шаперонами
В мембране
in vitro
Новосинтезированный
полипептид
Денатурированный
белок
Полипептидный
каркас
с элементами
вторичной
структуры
Ренатуированная
3D-конформация
белка
Предполагаемый механизм матричного синтеза
полипептидного каркаса белков
• В настоящее время нет единого представления о том, в каком виде
белок сходит с рибосомы. Ранее считали, что в виде
«последовательности аминокислотных остатков, соединённых друг с
другом пептидной связью».
• А.С. Спирин предположил, что белок в рибосомальном желобе
формируется в виде спирали полностью, независимо от специфики
аминокислотных остатков, и на выходе из рибосомы фолдирует в
индивидуальную конформацию.
• Мы постараемся продемонстрировать механизм трансляции
информации третьего нуклеотида кодонов в соответствующий ротамер
пептидной связи, а значит в структурный шаблон белка.
Сходя с рибосомы такой структурный шаблон также претерпевает
пострансляционный фолдинг, но этот процесс регламентирован
топологией уже имеющейся вторичной структуры. Именно поэтому все
новосинтезированные молекулы одной разновидности белка способны
быстро приобрести идентичную нативную конформацию, а не
бесконечно долго перебирать всевозможные варианты.
У каждой из них есть матрица-подсказка в виде декодированного
полипептидного каркаса.
Гипотеза
В ходе матричного синтеза с рибосомы
сходит полипептидный структурный
шаблон с фрагментами вторичной
структуры,
согласно
информации,
содержащейся в гене белка.
Мотивы периодической вторичной
структуры белка должны кодироваться
кластерами кодонов с одним типом
нуклеотидов в третьей позиции.
Случайная выборка белков с эксперисентально разрешенной структурой
ДИЗАЙН ИССЛЕДОВАНИЯ
χ2 ˃ χ2крит (3,8).2
КОДОНЫ
СПИРАЛЬ
КЛАСТЕРЫ КОДОНОВ
P-тест Фишера показал высокодостоверную статистическую
зависимость между спиральными мотивами анализируемых белков и
кодонами вида XYC/G :
P=6.61 · 10-11, χ2 = 40.61
или кластерами кодонов (XYC/G)n, n≥3 :
P=7.33 · 10-22, χ2 = 92.72
ПОВОРОТ
Тест Фишера не
показал
кодирование
поворотов
кодонами XYA
РXYA = 0,28
(χ2 = 1,20),
зато показал для
кластеров кодонов
(XYA)n, n≥3 :
Р(XYA)n = 2.18 · 10-3
(χ2 = 6.95)
β- ТЯЖ
Тест Фишера
показывает
кодирование βтяжей
кодонами XYT
или их
кластерами:
РXYT = 3.63·10-6
(χ2 = 22.05)
Р(XYT)n = 3.43·10-2
(χ2 = 4.56)
Генетический код структурного шаблона белка
Программа Молекулярный конструктор (МС)
.dne
.pdb
Декодированный в программе
Молекулярный конструктор
структурный шаблон белка
.pdb
Открыть любым визуализатором,
например Swiss-PdbViewer
Осуществить геометрическую
оптимизацию и убрать клэш в
программе HyperChem
Симулировать молекулярную
динамику с помощью Gromacs
В программе Молекулярный конструктор было декодировано
• 100 структурных шаблонов белков случайной выборки из таблицы
• 100 структурных шаблонов белков-задач конкурса CASP 11 (майиюль 2014), результаты которого будут известны в декабре этого года
Ограничения
Декодированный структурный
шаблон является только полипептидным каркасом, а не
функциональной конформацией
белка. Он нуждается в дальнейшем
виртуальном фолдинге и
оптимизации
Преимущества
Декодированный структурный
шаблон является
персональной матрицей
только данного белка, а не
всего семейства гомологов, и
отражает его индивидуальные
особенности 3D-структуры
Экспериментальные примеры кодирования
структурного шаблона белка
He Y., Chen Y., Alexander P. et al. 2008. NMR structures of two designed
proteins with high sequence identity but different fold and function. Proc. Natl.
Acad. Sci. USA. 105. 14412—14417.
Из двух полипептидов PSD-1 и GB1 с
различной
топологией
вторичной
структуры
методами
направленного
мутагенеза были получены белки GA 88
GB 88 отличающиеся друг от друга всего
на 7 а.о. При этом их 3D-структура
сохранилась в исходном виде.
PSD-1
GB1
Johnstone E.M., Chaney M.O., Norris F.H. et al. 1991. Conservation of the
sequence of the Alzheimer's disease amyloid peptide in dog, polar bear and five
other mammals by cross-species polymerase chain reaction analysis. Brain Res
Mol Brain Res. 10(4). 299-305.
Структурные шаблоны β-амилоидного пептида
Rat
Rabbit
Human
•Человек
•Крыса
•Собака
•Мышь
•Кролик
•Корова
•Свинья
•Овца
•Полярный
медведь
3D-структуры βA40 из PDB
•Морская
1NMJ (28 a.o.)
1ANL (40 a.o.)
свинка
A4_RAT (G5R, F10Y, R13H) A4_HUMAN
Кинетический механизм узнавания антикодона
Установлено, что от сродства антикодона к кодону зависит уровень
ложного кодирования.
Сродство является наиболее сильным, если антикодон полностью
комплементарен
кодону,
и
поэтому
с
кодоном
связывается
преимущественно «своя» тРНК. При частичной комплементарности
сродство значительно меньше, но все же есть, и поэтому некоторые
частично «не свои» виды тРНК могут на короткое время связываться с
кодоном.
Эксперименты
с
комплексами
между
различными
полинуклеотидами продемонстрировали, что время формирования
комплементарного и частично комплементарного спаривания одинаково,
тогда как меньшее время жизни частично комплементарного комплекса
определяется большей скоростью его диссоциации, по сравнению с
полностью комплементарным. Из этого следует, что селекция тРНК в
рибосоме – дискриминация между «своей» и «не своей» основана только
на том, что неправильный комплекс распадается быстрее и не дает
никакого шанса воблеровскому механизму частичного узнавания в первой
позиции антикодона. Так функционирует механизм сканирования
(перебора)
аминоацил-тРНК
и
кинетической
коррекции,
или
«редактирования», считывания мРНК в рибосоме.
Структура
изоакцепторных тРНК
По адапторной гипотезе Крика тРНК
являются
посредниками
между
кодонами и аминокислотами. Мы же
рискнём добавить, что не только
аминокислотами, но и полипептидной
3D-структурой. При этом информация
дуплета первых двух нуклеотидов
отвечает, как известно, за разновидность
аминокислоты, а третий нуклеотид
кодона несет информацию о ротамере
пептидной
связи.
По
нашему
предположению информация третьего
нуклеотида
транслируется
3Dструктурой
комплементарной
изоакцепторной
тРНК.
Главной
структурной
особенностью
изоакцепторных
тРНК
для
синонимичных
кодонов
является
зафиксированный поворот вокруг своей
оси акцепторного стебля на углы 0о,120о
и -120о.
тРНКAla с I в первой позиции антикодона присоединит аланин к
растущему полипептиду пептидной связью в R-конфигурации, а
трансляция четырёх и более подряд кодонов GСС/G приведёт к
формированию витка правой спирали полиаланина в желобе
рибосомы. Аланин на АСС-хвосте тРНКAla с U в первой позиции
антикодона (для кодонов GСА) будет присоединён пептидной связью в
L-конфигурации. Эти изоакцепторные тРНКAla “узнают” GСА кодоны
аланина, а троекратное их повторение детерминирует виток левой
спирали в виде поворота.
Аланин в составе комплекса с
тРНКAla, первый нуклеотид которой
кьюозин, присоединится пептидной
связью в 0-конфигурации, что
сформирует β-тяж. Очевидно, что
чередование
“спиральных”
и
“неспиральных”
кодонов
транслируется
в
виде
неструктурированного фрагмента
без
элементов
вторичной
структуры
в
виде
хаотично
изогнутой полипептидной цепи.
В заключении хочу еще раз подчеркнуть, что только
«мокрый» эксперимент даст возможность с уверенностью
подтвердить предложенную гипотезу и выявить
исключения из заявленного правила.
Благодарю за внимание
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа