Значение ошибки в структуре белка - ErrorsMaster.ru - большая энциклопедия ошибок и их решений

Одна из важнейших задач, которую решает молекулярная биология, — изучение биохимических основ специфичности белков у различных представителей живого мира.

Перед учеными давно стоял вопрос: в чем же причина различия белков разных организмов? Имея на вооружении методы изучения последовательности аминокислот в белках, биохимики приступили к поискам химического выражения специфичности.

Сейчас в ряду полностью изученных белков появился гормон поджелудочной железы — инсулин, регулирующий содержание сахара в крови. Нарушение синтеза инсулина приводит к тяжелому заболеванию — диабету. Инсулин — низкомолекулярный белок, поэтому в нем и удалось досконально изучить аминокислотную последовательность. Для исследования ученые взяли инсулин нескольких животных: кита, свиньи, быка, лошади и овцы. Оказалось, что молекулы инсулина этих животных отличаются между собой лишь на сравнительно небольшом отрезке аминокислотной цепи. Вот она, последовательность этого участка:

Цистеин, треонин, серин, изолейцин, цистеин (свинья, кит).
Цистеин, аланин, серин, валин, цистеин (бык).
Цистеин, аланин, глицин, валин, цистеин (овца).
Цистеин, треонин, глицин, изолейцин, цистеин (лошадь).

Совсем небольшие различия, не правда ли? Между инсулином лошади и свиньи — только в одной аминокислоте, а свиньи, кита и овцы — в трех.

Этот пример показывает, что между белками, выполняющими одинаковые функции, но принадлежащими к разным биологическим видам, есть некоторая разница. Однако их различие не приводит к потере биологической активности белковых молекул. В то же время науке известно много примеров, показывающих, как изменение специфической последовательности аминокислот вызывает тяжелые последствия в организме.

Все хорошо знают, что красный цвет нашей крови объясняется присутствием особого белка — гемоглобина. Молекулярный вес гемоглобина около 70 тысяч, в его состав входит около 500 аминокислот.

Одно из заболеваний крови — серповидная анемия. При этой болезни красные кровяные шарики, отдавая захваченный в легких кислород тканям организма, принимают форму серпа. Исследовав один из пептидов необычного, аномального гемоглобина, биохимики установили, что всего одна аминокислота, стоящая по счету шестой, глютаминовая, заменена другой — валином.

Аминокислота валин не имеет электрического заряда, а у глютаминовой кислоты заряд отрицательный. В результате потери заряда молекулы аномального гемоглобина слипаются и не могут функционировать. Это пример изменения специфичности белков, обусловленной последовательностью аминокислот.

Специфичность белков так же четко выражается и в их ферментативной активности. В живой клетке очень много ферментов, которые необходимы для ускорения и направления биологических реакций. Так, например, протеазы (пепсин, трипсин, химотрипсин) переваривают белки, попавшие в пищеварительный тракт; полисахарид крахмал расщепляется под действием фермента амилазы, ДНК и РНК распадаются, когда приходят в контракт с молекулами дезоксирибонуклеазы и рибонуклеазы. (В конце каждого слова, определяющего название фермента, обязательно ставится суффикс «аза», а корень слова обычно обозначает субстрат, вещество, на которое действует фермент).

Ферментами оказались белки самого различного молекулярного веса: от 17 тысяч до миллионов. Скорость действия ферментов на субстрат очень велика. Даже самые «медленно действующие» ферменты успевают за одну секунду обработать до 10 тысяч молекул субстрата.

Удобным объектом для изучения связи между структурой и биологической функцией ферментативного действия является рибонуклеаза. Так как в этом ферменте последовательность расположения аминокислот известна, биохимики получили возможность выяснить, какой участок в цепи молекулы фермента ответствен за проявление его специфических биологических свойств.

Ученые поступили точно так же, как и при выяснении последовательности расположения аминокислот. На рибонуклеазу подействовали ферментом лейцинаминопептидазой, и началось отщепление аминокислот. Результаты оказались неожиданными: около 20% аминокислот было удалено, а рибонуклеаза продолжала прекрасно работать. У другого фермента, растительного белка папаина, удалось оторвать почти 50% аминокислот без потери биологической активности. Гормон гипофиза, АКТГ (адренокортикотропный гормон), потерявший 15 из 39 аминокислот, был так же активен, как и до начала опыта. Следовательно, специфичность действия белка-фермента заключена в сравнительно небольшом участке аминокислотной цепи.

Дальнейшие исследования позволили установить одну интересную закономерность. Видовые различия в последовательности аминокислот в белках-ферментах могли затрагивать почти любые участки полипептидной цепи. Хороший пример для демонстрации видовых различий в чередовании аминокислот — .так называемый цитохром С, переносчик кислорода в процессе тканевого дыхания организма. Ученые исследовали аминокислотную последовательность в цитохроме С различных представителей живого мира (млекопитающих, птиц, рыб, насекомых, бактерий) и установили, что участок цепи, состоящий из аминокислот цистеина, гистидина и треонина, универсален для цитохромов всех изученных организмов, а видовые различия есть в других участках молекулы.

Из этих исследований вытекает, что для проявления ферментативной активности белка необходима строго специфическая, неизменная последовательность в одном участке молекулы. Эти участки называются «активным центром» фермента. Нарушение чередования аминокислот в активном центре, замена одной аминокислоты другой приводит к инактивации фермента, то есть к утрате специфической биологической активности.

Мы привели один из примеров, где биохимики получили представление о химическом выражении биологической специфичности. Необходимость точной последовательности аминокислот для проявления биологической функции белков поставила ученых перед другой задачей.

Во время развития живого организма происходит постоянный рост клеток, в которых не прекращаются тысячи специфических биологических реакций. Постоянно синтезируются одни молекулы, распадаются другие, увеличивается количество белкового клеточного материала. Иными словами, идет синтез специфического белка. Как же синтезировать сложную белковую молекулу, обязательно соблюдая при этом точность построения, правильность последовательности аминокислот? На примере серповидной анемии хорошо видно, к каким тяжелым последствиям может привести ошибка в расположении аминокислотных остатков. Вспомните пример с искажением смысла слов при типографских ошибках. Очевидно, что «типография» в живой клетке должна работать совершенно безошибочно, не искажая правильности чередования аминокислот в белках. В статье «На грани живого и неживого» рассказывалось о молекулярном коде, по которому располагаются аминокислоты в белках. Мы теперь знаем, что кодировка последовательности аминокислот «записана» на другом важнейшем биологическом полимере — нуклеиновой кислоте.

Чтобы получить представление о молекулярных основах синтеза специфического белка, необходимо познакомиться со структурой и функциями нуклеиновых кислот, расположением их в живой клетке и проследить за участием нуклеиновых кислот в различных стадиях белкового синтеза.

Источник

Исследователи из Институт рака UCL и Лондонского института медицинских наук, изучающие ошибки в структуре белков, нашли прямую связь между количеством ошибок в структуре белков и долголетием.

Читайте «Хайтек» в

Авторы новой работы решили проверить, что будет если уменьшить количество ошибок в ДНК: повлияет ли это на здоровье и продолжительность жизни организмов.

Но ошибками в белках обычно пренебрегают, несмотря на то, что ошибки, появляющиеся во время синтеза новых белков, встречаются гораздо чаще, чем мутации, возникающие во время репликации ДНК.

Ивана Бьедов, доктор и руководитель проекта

Для эксперимента они использовали гипертермофильных архей — это одноклеточные организмы, которые могут жить при чрезвычайно высоких температурах. У них существует мутация в рибосомах, которая повышает точность белкового синтеза.

Далее авторы воспроизвели мутацию в рибосомах многоклеточных животных — дрожжей, червей и плодовых мух.

В результате выяснилось, что после вживления мутации, в организмах стало меньше ошибок, и они получили повышенную термостойкость и жили дольше.

Это первое исследование, которое подтверждает, что уменьшение ошибок в белках может улучшить показатели здоровья и продлить жизнь.

Читать далее:

Физики приблизились к обнаружению пятой силы во время создания идеальных кристаллов

Самую детальную модель Вселенной опубликовали онлайн. Ее может изучить любой желающий

Литий-серная батарея с сахаром вмещает в 5 раз больше энергии

Источник

. 2010 May 15;78(7):1613-7.

doi: 10.1002/prot.22691.

Affiliations

PMID:

20201067
DOI:

10.1002/prot.22691

Thermodynamic resolution: how do errors in modeled protein structures affect binding affinity predictions?

Manoj Kumar Singh et al.

Proteins.

2010.

Abstract

The present study addresses the effect of structural distortion, caused by protein modeling errors, on calculated binding affinities toward small molecules. The binding affinities to a total of 300 distorted structures based on five different protein-ligand complexes were evaluated to establish a broadly applicable relationship between errors in protein structure and errors in calculated binding affinities. Relatively accurate protein models (less than 2 A RMSD within the binding site) demonstrate a 14.78 (+/-7.5)% deviation in binding affinity from that calculated by using the corresponding crystal structure. For structures of 2-3 A, 3-4 A, and >4 A RMSD within the binding site, the error in calculated binding affinity increases to 20.8 (+/-5.98), 22.79 (+/-11.3), and 29.43 (+/-11.47)%, respectively. The results described here may be used in combination with other tools to evaluate the utility of modeled protein structures for drug development or other ligand-binding studies.

Cited by

Insights into resistance mechanism of the macrolide biosensor protein MphR(A) binding to macrolide antibiotic erythromycin by molecular dynamics simulation.

Feng T, Zhang Y, Ding JN, Fan S, Han JG.

Feng T, et al.
J Comput Aided Mol Des. 2015 Dec;29(12):1123-36. doi: 10.1007/s10822-015-9881-0. Epub 2015 Nov 13.
J Comput Aided Mol Des. 2015.

PMID: 26564143
Structural characterization of bacterioferritin from Blastochloris viridis.

Wahlgren WY, Omran H, von Stetten D, Royant A, van der Post S, Katona G.

Wahlgren WY, et al.
PLoS One. 2012;7(10):e46992. doi: 10.1371/journal.pone.0046992. Epub 2012 Oct 9.
PLoS One. 2012.

PMID: 23056552
Free PMC article.

Publication types

MeSH terms

Substances

LinkOut — more resources

Full Text Sources
- Wiley

Источник

Расшифровка
первичной структуры белка — основа для
получения предварительной информации
о более высоких уровнях структуры
(вторичной, третичной, четвертичной),
для выяснения топографии функциональных
групп в активном центре белка и построения
модели его функционирования.

Чтобы
определить аминокислотную последовательность
белка, прежде всего разделяют его
полипептидные цепи (если макромолекула
состоит из нескольких цепей), затем
определяют аминокислотный состав цепей,
N-, С-концевые аминокислотные остатки,
аминокислотные последовательности.

Анализ
аминокислотного состава включает полный
гидролиз исследуемого белка или пептида
и количественное определение всех
аминокислот в гидролизате. Количественное
определение аминокислот в гидролизате
проводят с помощью аминокислотного
анализатора, работающего на принципе
хроматографического разделения на
ионообменных смолах.

Наибольшее
распространение для определения
N-концевых остатков находит дансильный
метод.

Многие
генетические болезни — результат
нарушения в аминокислотной последовательности
белков. Информация о первичной структуре
нормального и мутантного белка может
быть полезна для диагностики и
прогнозирования развития заболеваний.

15. Вторичная структура белка и ее варианты. Роль водородных связей в стабилизации вторичной структуры. Характеристика а-спирали и в-структуры. Ломанная спираль.

Вторичная
структура — пространственная структура
белка, когда остатки аминокислот внутри
большой структуры достигают повторяющейся
зависимости одна от другой — а-спираль
либо в-структура. Создаются водородные
связи.

а-спираль: в
данном типе структуры пептидный остов
закручивается в виде спирали за счет
образования водородных связей между
атомами кислорода карбонильных групп
и атомами азота аминогрупп, входящих в
состав пептидных групп через 4
аминокислотных остатка. Водородные
связи ориентированы вдоль оси спирали,
их количество обеспечивает максимально
возможную стабильность а-спирали. Так
как все гидрофильные группы пептидного
остова обычно участвуют в образовании
водородных связей, гидрофильность
а-спиралей уменьшается, а их гидрофобность
увеличивается. а-спиральная структура
— наиболее устойчивая конформация
пептидного остова, отвечающая минимуму
свободной энергии.

в-структура:
формируется за счет образования множества
водородных связей между атомами пептидных
групп линейных областей одной полипептидной
цепи, делающей изгибы, или между разными
полипептидными цепями. Когда водородные
связи образуются между атомами
полипептидного остова различных
полипептидных цепей, их называют
межцепочечными связями. Водородные
связи, возникающие внутри одной
полипептидной цепи, называют
внутрицепочечными. В в-структурах
водородные связи расположены
перпендикулярно полипептидной цепи.

16. Понятие о третичной структуре белков, разновидности. Связи, характерные для третичной структуры. Зависимость биологических свойств белков от третичной структуры.

Третичная
структура белков — трехмерная
пространственная структура, образующаяся
за счет взаимодействий между радикалами
аминокислот, которые могут располагаются
на значительном расстоянии друг от
друга в полипептидной цепи. Стабилизируются
водородными связями, электростатическими
силами, гидрофобными силами, дисульфидными
мостиками, определяются первичной
структурой.

Все биологические
свойства белков (каталитические,
гормональные, антигенные и др.) связаны
с сохранностью их третичной структуры,
которую принято называть нативной
конформацией. Любые воздействия
(термические, физические, химические),
приводящие к нарушению этой конформации
молекулы (разрыв водородных и других
нековалентных связей), сопровождаются
частичной или полной потерей белком
его биологических свойств.

Соседние файлы в предмете Биохимия

Источник

Задание 1. 36. Определите неточности в указанных предложениях по биологии. Покажите номера всех строк, где сделаны просчеты и поправьте их.

Примечание. После номера задания стоит номер от 34 до 40 (например, 36, 39 и др.), соответствующий формату второй части ЕГЭ по биологии.

1. Нуклеиновые кислоты — регулярные полимеры.

2. Полисахариды — нерегулярные полимеры.

3. Белки — регулярные полимеры.

4. Регулярные полимеры имеют в своем составе одинаковые мономеры.

Задание 2. 36. Определите неточности в указанных предложениях по биологии. Покажите номера всех строк, где сделаны просчеты и поправьте их.

1. Протеины — простые белки, состоящие из аминокислот.

2. Протеиды — сложные белки, наряду с аминокислотами содержат липиды, углеводы, металлы.

3. Аминогруппа придает аминокислотам кислотные свойства.

4. Амфотерные свойства белку придают радикалы аминокислот.

Комментарий. Нередко протеиды заменяют приставкой «протеин». Плюс отдельной частью спереди прибавляют специфическую часть, например, хромопротеины.

Задание 3. 36. Определите неточности в указанных предложениях по биологии. Покажите номера всех строк, где сделаны просчеты и поправьте их.

1. Пептидная связь образуется между двумя аминокислотами в результате реакции дегидратации.

2. Пептидная связь — это связь между атомом углерода и водорода.

3. Пептидные связи первичной структуры белка — это прочные гидрофобные связи.

4. Свойства белка часто могут быть изменены вследствие замены даже одной аминокислоты.

Задание 4. 36. Определите неточности в указанных предложениях по биологии. Покажите номера всех строк, где сделаны просчеты и поправьте их.

1. Для первичной структуры характерна альфа-спираль.

2. Бета-структура вторичной структуры белка характеризуется расположением водородных связей в плоскости складок.

3. Для третичной структуры белка характерны только пептидные и водородные связи.

4. В третичной структуре белка имеется несколько глобул.

Задание 5. 36. Определите неточности в указанных предложениях по биологии. Покажите номера всех строк, где сделаны просчеты и поправьте их.

1. Ионные связи — это связи между электроотрицательными и электроположительными радикалами аминокислот.

2. Гидрофобные связи — это связи между полярными молекулами, или между полярными участками молекул в водной среде.

3. Дисульфидные связи — это ковалентные связи между атомами серы цистеиновых радикалов.

4. В третичной структуре белка отсутствуют пептидные и водородные связи.

Задание 6. 36. Определите неточности в указанных предложениях по биологии. Покажите номера всех строк, где сделаны просчеты и поправьте их.

1. В четвертичной структуре белка сохраняются те же 5 связей, что и в третичной.

2. В четвертичной структуре белка имеется одна глобула.

3. Каждая полипептидная цепь из нескольких в четвертичной структуре белка имеет третичную структуру.

4. Фибриллярные белки имеют нитевидную структуру и не растворяются в воде, их примеры — кератин, коллаген, фиброин шелка.

Ответы.

Задание 1.

Ошибка в 2. Полисахариды — регулярные полимеры.

Ошибка в 3. Белки — нерегулярные полимеры.

Задание 2.

Ошибка в 3. Аминогруппа придает аминокислотам щелочные свойства.

Задание 3.

Ошибка в 2. Пептидная связь — это связь между атомом углерода и азота.

Ошибка в 3. Пептидные связи первичной структуры белка — это прочные ковалентные связи.

Задание 4.

Ошибка в 1. Для вторичной структуры характерна альфа-спираль.

Ошибка в 3. Для третичной структуры белка характерны пептидные, водородные, гидрофобные, ионные, дисульфидные связи.

Задание 5.

Ошибка в 2. Гидрофобные — связи между неполярными молекулами, или между неполярными участками молекул в водной среде.

Ошибка в 4. В третичной структуре белка имеются пептидные и водородные связи.

Задание 6.

Ошибка в 2. В четвертичной структуре белка имеется несколько глобул.

Смотреть еще: подготовка к ОГЭ по биологии, репетитор ЕГЭ по биологии, онлайн тесты по биологии ОГЭ.

Источник

Читайте «Хайтек» в

Ивана Бьедов, доктор и руководитель проекта

Similar articles

Cited by

Publication types

MeSH terms

Substances

LinkOut — more resources

Full Text Sources

15. Вторичная структура белка и ее варианты. Роль водородных связей в стабилизации вторичной структуры. Характеристика а-спирали и в-структуры. Ломанная спираль.