Biomolekylær struktur

Biomolekylære struktur er den indviklede foldet, tredimensionel form, der er dannet af et protein, DNA eller RNA-molekyle, og det er vigtigt at dets funktion. Strukturen af ​​disse molekyler er ofte nedbrydes til primær struktur, sekundær struktur, tertiær struktur, og kvaternære struktur. Stilladset for denne struktur består af sekundære strukturelle elementer, der er hydrogenbindinger i molekylet. Dette fører til flere genkendelige "domæner" af proteinstruktur og nukleinsyre struktur, herunder sekundære struktur som hairpin-loops, buler og interne sløjfer for nukleinsyrer og alfa-helixer og beta-sheets for proteiner.

Udtrykkene primære, sekundære, tertiære og kvaternære struktur blev først opfundet af Kaj Ulrik Linderstrøm-Lang i sine 1951 Lane Medical foredrag på Stanford University.

Primære struktur

I biokemi, den primære struktur af et biologisk molekyle er den nøjagtige specifikation af den atomare sammensætning og de kemiske bindinger, der forbinder disse atomer. For en typisk uforgrenet, un-tværbundet biopolymer, den primære struktur svarer til angivelse af sekvensen af ​​sine monomersubunits, f.eks nukleotidet eller peptidsekvensen.

Primære struktur er undertiden fejlagtigt betegnes primære sekvens, men der er ikke sådan sigt samt ingen parallel begrebet sekundær eller tertiær sekvens. Konventionelt er den primære struktur af et protein rapporteret startende fra den aminoterminale ende til den carboxyterminale ende, mens den primære struktur af DNA eller RNA-molekyle er rapporteret fra 5'-enden til 3'-enden.

Den primære struktur af et nukleinsyremolekyle betegner den nøjagtige sekvens af nukleotider, der omfatter hele molekylet. Ofte er den primære struktur koder motiver, der er af funktionel betydning. Nogle eksempler på sekvensmotiver er: C / D og H / ACA kasser med snoRNAs, Sm bindingssted fundet i spliceosomal RNA'er såsom U1, U2, U4, U5, U6, U12 og U3, Shine-Dalgarno sekvens, Kozak konsensussekvens og RNA-polymerase III-terminatoren.

Sekundær struktur

I biokemi og strukturel biologi, sekundære struktur er den generelle tredimensionale form af lokale segmenter af biopolymerer, såsom proteiner og nukleinsyrer. Det betyder imidlertid ikke at beskrive specifikke atomare positioner i det tredimensionale rum, som anses for at være tertiær struktur. Sekundær struktur er formelt defineret af hydrogenbindinger af biopolymeren, som observeret i en atomar opløsning struktur. I proteiner, er den sekundære struktur defineret ved mønstre af hydrogenbindinger mellem rygraden amid og carboxylgrupper, hvor DSSP definition af en hydrogenbinding anvendes. I nukleinsyrer, er den sekundære struktur defineret af hydrogenbinding mellem de kvælstofholdige baser.

For proteiner, er imidlertid hydrogenbinding korreleret med andre strukturelle træk, hvilket har givet anledning til mindre formelle definitioner af sekundær struktur. For eksempel i generelle rester i protein spiraler vedtager backbone toplansvinkler i en bestemt region af Ramachandran plot; Således er et segment af rester med sådanne toplansvinkler ofte kaldet en "helix", uanset om den har de korrekte hydrogenbindinger. Der er blevet foreslået mange andre mindre formelle definitioner, ofte anvendelse af begreber fra differentialgeometri af kurver, såsom krumning og vridning. Strukturelle biologer løse en ny atomar opløsning struktur vil undertiden tildele sin sekundære struktur "af øje" og registrere deres opgaver i den tilsvarende FBF fil.

Den sekundære struktur af et nukleinsyremolekyle betegner den baseparring interaktioner inden for en enkelt molekyle eller et sæt af interagerende molekyler. Den sekundære struktur af biologiske RNA'er kan ofte entydigt opdeles i stængler og loops. Ofte er disse elementer, eller kombinationer af dem, kan yderligere klassificeres, f.eks tetraloops, pseudoknots og stammer-buer. Der er mange sekundære strukturelementer af funktionel betydning for biologisk RNA s; nogle berømte eksempler er Rho-uafhængige terminator stamceller-buer og tRNA cloverleaf. Der er en mindre industri af forskere forsøger at bestemme den sekundære struktur af RNA-molekyler. Tilgange omfatter både eksperimentelle og beregningsmæssige metoder.

Tertiære struktur

I biokemi og molekylærbiologi, den tertiære struktur af et protein eller et andet makromolekyle er dens tredimensionelle struktur, som defineret af de atomare koordinater. Proteiner og nukleinsyrer er i stand til forskellige funktioner, der spænder fra molekylær genkendelse til katalyse. Sådanne funktioner kræver en nøjagtig tredimensional tertiær struktur. Mens sådanne strukturer er forskelligartede og tilsyneladende komplekse, er de sammensat af tilbagevendende, let genkendelige tertiær struktur motiver, der tjener som molekylære byggesten. Tertiær struktur anses for at være i høj grad af biomolekylet primære struktur eller sekvens af aminosyrer eller nukleotider som den er sammensat af. Bestræbelserne på at forudsige tertiær struktur fra den primære struktur er generelt kendt som struktur forudsigelse.

Kvartær struktur

I biokemi, kvaternære struktur er arrangementet af multiple foldet protein eller coiling proteinmolekyler i en multi-subunit-kompleks. For nukleinsyrer, udtrykket er mindre udbredt, men kan henvise til organisationen højere niveau af DNA i kromatin, herunder dens samspil med histoner, eller til samspillet mellem separate RNA enheder i ribosomet eller spliceosome.

Strukturbestemmelse

Struktur sondering er den proces, hvorved biokemiske teknikker anvendes til at bestemme biomolekylær struktur. Denne analyse kan anvendes til at definere mønstre, der kan udlede den molekylære struktur, eksperimentel analyse af molekylær struktur og funktion, og yderligere forståelse på udvikling af mindre molekyler for yderligere biologisk forskning. Struktur sondering analyse kan ske gennem mange forskellige metoder, der omfatter kemiske sondering, hydroxyl radikal sondering, nukleotidanalog kortlægning interferens, og in-line probing.

DNA-strukturer kan bestemmes enten ved hjælp af kernemagnetisk resonansspektroskopi eller røntgenkrystallografi. De første offentliggjorte rapporter af A-DNA røntgendiffraktion patterns-- og også B-DNA anvendt analyser baseret på Patterson forvandler, leveres kun en begrænset mængde af strukturel information om orienterede fibre af DNA isoleret fra kalvethymus. En alternativ analyse blev derefter foreslået af Wilkins et al. i 1953 for B-DNA røntgendiffraktion / scattering mønstre af hydratiserede, bakterielle DNA-orienterede fibre og ørred spermahoveder i form af kvadrater af Bessel funktioner. Selvom `B-DNA form« er mest udbredt under de betingelser, der findes i celler, er det ikke en veldefineret konformation, men en familie eller fuzzy sæt DNA-konformationer, der opstår ved de høje hydrering niveauer til stede i en lang række levende celler. Deres tilsvarende røntgendiffraktion & amp; spredning mønstre er karakteristiske for molekylære paracrystals med en betydelig grad af lidelse, og strukturen er ikke medgørlig kun bruger standard analyse.

På den anden side, standard analyse, der kun omfatter Fourier transformationer af Bessel funktioner og DNA molekylære modeller, der stadig rutinemæssigt anvendes til analyse af A-DNA og Z-DNA røntgen- diffraktionsmønstre.

Strukturforudsigelse

Biomolekylær struktur forudsigelse er forudsigelsen af ​​den tredimensionelle struktur af et protein fra dets aminosyresekvens, eller af en nukleinsyre fra dens basesekvens. Med andre ord er det forudsigelsen af ​​sekundær og tertiær struktur fra dens primære struktur. Strukturforudsigelse er den inverse af biomolekylær design.

Proteinstruktur forudsigelse er en af ​​de vigtigste mål forfølges af bioinformatik og teoretisk kemi. Proteinstruktur forudsigelse er af stor betydning inden for medicin og bioteknologi. Hvert andet år er udførelsen af ​​de nuværende metoder vurderes i CASP eksperimentet.

Der har også været en betydelig mængde af bioinformatik forskning rettet mod RNA-struktur forudsigelse problem. Et fælles problem for forskere, der arbejder med RNA er at bestemme den tredimensionale struktur af molekylet gives umiddelbart nukleinsyresekvensen. Men i tilfælde af RNA, en stor del af den endelige struktur er bestemt af den sekundære struktur eller intra-molekylære baseparring interaktioner af molekylet. Dette fremgår af den høje bevarelse af base-bindinger på tværs af forskellige arter.

Sekundære struktur af små nukleinsyremolekyler bestemmes i høj grad af stærke, lokale interaktioner, såsom hydrogenbindinger og basestabling. Summen af ​​fri energi til sådanne interaktioner, som regel ved hjælp af en nærmeste-nabo model giver en tilnærmelse for stabiliteten i given struktur. Den mest straighforward måde at finde den laveste fri energi struktur vil være at generere alle mulige strukturer og beregne den frie energi for det, men antallet af mulige strukturer for en sekvens stiger eksponentielt med længden af ​​nukleinsyren. Ved længere molekyler, antallet af mulige sekundære strukturer er enorm.

Sekvens samvariation metoder er afhængige af eksistensen af ​​et datasæt består af flere homologe RNA-sekvenser med beslægtede men uens sekvenser. Disse metoder analysere samvariation af individuelle base-websteder i evolutionen; vedligeholdelse på to adskilte steder bredt af et par baseparring nukleotider indikerer tilstedeværelsen af ​​et strukturelt kræves hydrogenbinding mellem disse positioner. Det generelle problem med pseudoknude forudsigelse har vist sig at være NP-komplette.

Design

Biomolekylær udformning kan betragtes som den inverse af strukturen forudsigelse. I strukturforudsigelse er strukturen bestemmes ud fra en kendt sekvens, mens der i nukleinsyre design, er en sekvens, som vil danne en ønskede struktur genereret.

Andre biomolekyler

Andre biomolekyler, såsom polysaccharider, polyphenoler og lipider, kan også have højere ordens struktur af biologisk betydning.

  0   0

Kommentarer - 0

Ingen kommentar

Tilføj en kommentar

smile smile smile smile smile smile smile smile
smile smile smile smile smile smile smile smile
smile smile smile smile smile smile smile smile
smile smile smile smile
Tegn tilbage: 3000
captcha