Ағылшыншамен салыстырыңыз: абзацты басыңыз — түпнұсқа терезеде ашылады. Абзац астындағы EN түймесі оны мәтін ішінде көрсетеді.
Мазмұны
Кіріспе
Белок байланысы картасы үш өлшемді белок құрылымының барлық мүмкін аминқышқыл қалдықтары арасындағы қашықтықты екі өлшемді бинарлық матрица арқылы көрсетеді. Егер екі қалдық арасындағы қашықтық белгіленген шектен кем болса, матрицаның сәйкес элементі 1 болады, әйтпесе 0 болады. Әртүрлі байланыс анықтамалары ұсынылған: Cα-Cα атомдары арасындағы қашықтық, шегі 6-12 Å; Cβ-Cβ атомдары арасындағы қашықтық, шегі 6-12 Å (глицин үшін Cα қолданылады); және бүйір тізбектердің масса орталықтары арасындағы қашықтық.
A protein contact map represents the distance between all possible amino acid residue pairs of a three dimensional protein structure using a binary two dimensional matrix. For two residues and , the element of the matrix is 1 if the two residues are closer than a predetermined threshold, and 0 otherwise. Various contact definitions have been proposed: The distance between the Cα Cα atom with threshold 6 12 Å; distance between Cβ Cβ atoms with threshold 6 12 Å (Cα is used for Glycine); and distance between the side chain centers of mass.
Шолу
Контакт карталары ақуыз құрылымының толық 3D атомдық координаттарына қарағанда, одан кем бейнеленген нұсқасын ұсынады. Оның артықшылығы – контакт карталары айналулар мен жылжуларға тәуелсіз. Оларды машиналық оқыту әдістерімен оңай болжауға болады. Сонымен қатар, белгілі бір жағдайларда (мысалы, қате болжалған контактілердің төмен деңгейінде) контакт картасын пайдаланып ақуыздың 3D координаттарын қайта құру мүмкін екені көрсетілді. Контакт карталары ақуыздарды салыстыру және ақуыз құрылымдарының ұқсастығын сипаттау үшін де қолданылады. Олар ақуыз тізбегінен болжалады немесе берілген құрылымнан есептеледі.
Contact maps provide a more reduced representation of a protein structure than its full 3D atomic coordinates. The advantage is that contact maps are invariant to rotations and translations. They are more easily predicted by machine learning methods. It has also been shown that under certain circumstances (e. g. low content of erroneously predicted contacts) it is possible to reconstruct the 3D coordinates of a protein using its contact map. Contact maps are also used for protein superimposition and to describe similarity between protein structures. They are either predicted from protein sequence or calculated from a given structure.
Байланыс картасының болжамы
Геномдық тізбектердің көп саны қолжетімді болғандықтан, мұндай тізбектерде бірге эволюциялайтын қалдықтарды талдау мүмкін болады. Бұл тәсілдің тиімділігі ақуыздың i позициясындағы мутацияның, егер екі позиция функционалды түрде байланысты болса (мысалы, ферменттік доменге қатысу арқылы, бүктелген ақуыздың жанында орналасу арқылы, тіпті осы ақуыздың олигомерінде жанында орналасу арқылы), i позициясындағы кері мутацияға қарағанда j позициясындағы мутациямен байланысу ықтималдығы жоғары болғандықтан туындайды. Көп реттіліктерді сәйкестендіруден мұндай байланысты қалдық жұптарын анықтау үшін бірнеше статистикалық әдістер бар: қалдық жұптарының байқалған және күтілетін жиіліктері (OMES); Маклакланға негізделген алмастыру корреляциясы (McBASC); статистикалық байланыс талдауы; Өзара ақпаратқа негізделген әдістер және соңғы кезде тікелей байланыс талдауы (DCA). Машиналық оқыту алгоритмдері MSA талдау әдістерін жақсартуға, әсіресе гомолог емес ақуыздар үшін (яғни, беткей MSA-лар үшін) мүмкіндік берді. Болжалған байланыс карталары мембраналық ақуыздарды болжауда қолданылды, онда спираль-спираль өзара әрекеттесулері мақсат етілді.
With the availability of high numbers of genomic sequences it becomes feasible to analyze such sequences for coevolving residues. The effectiveness of this approach results from the fact that a mutation in position i of a protein is more likely to be associated with a mutation in position j than with a back mutation in i if both positions are functionally coupled (e. g. by taking part in an enzymatic domain, or by being adjacent in a folded protein, or even by being adjacent in an oligomer of that protein). Several statistical methods exist to extract from a multiple sequence alignment such coupled residue pairs: observed versus expected frequencies of residue pairs (OMES); the McLachlan Based Substitution correlation (McBASC); statistical coupling analysis; Mutual Information (MI) based methods; and recently direct coupling analysis (DCA). Machine learning algorithms have been able to enhance MSA analysis methods, especially for non homologous proteins (ie. shallow MSA's). Predicted contact maps have been used in the prediction of membrane proteins where helix helix interactions are targeted.
HB кескін
Белоктың құрылымы мен оның динамикалық қасиеттері арасындағы байланысты білу, белоктың атқаратын қызметін түсіну үшін маңызды. Белоктың үш өлшемді құрылымын сутекті байланыстардың өзара әрекеттесу желісі ретінде сипаттау (HB графигі) белок құрылымын және оның қызметін зерттеуге арналған құрал ретінде ұсынылды. Үшіншілік өзара әрекеттесу желісін талдау арқылы белок ішіндегі ақпараттың таралу мүмкіндігін зерттеуге болады. HB графигі белоктың екіншілік және үшіншілік құрылымдарын талдаудың оңай жолын ұсынады. Екіншілік құрылымдық элементтерді тұрақтандыратын сутекті байланыстар (екіншілік сутекті байланыстар) және алыс аминқышқыл қалдықтары арасында қалыптасатын, үшіншілік сутекті байланыстар ретінде анықталатын байланыстар HB графигінде оңай ажыратылады, соның арқасында белок құрылымын және оның қызметін тұрақтандыруға қатысатын аминқышқыл қалдықтарын анықтауға болады.
Knowledge of the relationship between a protein's structure and its dynamic behavior is essential for understanding protein function. The description of a protein three dimensional structure as a network of hydrogen bonding interactions (HB plot) was introduced as a tool for exploring protein structure and function. By analyzing the network of tertiary interactions, the possible spread of information within a protein can be investigated. HB plot offers a simple way of analyzing protein secondary structure and tertiary structure. Hydrogen bonds stabilizing secondary structural elements (secondary hydrogen bonds) and those formed between distant amino acid residues defined as tertiary hydrogen bonds can be easily distinguished in HB plot, thus, amino acid residues involved in stabilizing protein structure and function can be identified.
Ерекшеліктері
Сюжетте негізгі тізбектің өзімен, негізгі тізбек пен жанама тізбек арасындағы, және жанама тізбектер арасындағы сутекті байланыс әрекеттесулері ажыратылады. Аминқышқылдарының қалдықтары арасындағы екі тармақты және көптеген сутекті байланыстар көрсетілген, сондай-ақ тізбек ішіндегі және тізбектер арасындағы сутекті байланыстар да сызбаларда белгіленген. Сутекті байланыстардың үш класы түс бойынша жіктеледі: қысқа (донор мен акцептор арақашықтығы 2,5 Å-ден кем), орташа (2,5 Å мен 3,2 Å аралығында) және ұзын (3,2 Å-ден асатын) сутекті байланыстар.
The plot distinguishes between main chain main chain, main chain side chain and side chain side chain hydrogen bonding interactions. Bifurcated hydrogen bonds and multiple hydrogen bonds between amino acid residues; and intra and interchain hydrogen bonds are also indicated on the plots. Three classes of hydrogen bondings are distinguished by color coding; short (distance smaller than 2.5 Å between donor and acceptor), intermediate (between 2.5 Å and 3.2 Å) and long hydrogen bonds (greater than 3.2 Å).
Цитохром Р450-тер
Цитохром P450 (P450) – молекулалық оттегі мен НАДФ цитохром P450 редуктазадан электрондарды пайдаланып, субстраттарын тотықтыратын, мембранаға байланысқан, гема құрамындағы ксенобиотиктерді метаболизмдейтін ферменттер тобы. Цитохром P450 отбасының мүшесі CYP2B4 – осы отбасыдағы рентгендік сәулелерде ашық (11) және жабық (12) формаларында құрылымы анықталған жалғыз белок. CYP2B4 құрылымдарының ашық және жабық түрлерін салыстыру екі күйдегі кең ауқымды конформациялық өзгерістерді көрсетеді, ең ірі өзгеріс 215-225 қалдықтары арасында байқалады – лигандсыз күйде кең ашық, ал лиганд байланысқаннан кейін жабылады; сондай-ақ гемаға жақын орналасқан С-сақинасының аймағында. CYP2B4-тің жабық және ашық күйлерінің HB-графиктерін қарастыру, цитохром P450 катализдік циклы туралы қазіргі біліммен сәйкес, үшіншілік сутекті байланыстардың қайта құрылуын көрсетті. P450 катализдік циклының бірінші қадамы – субстраттың байланысуы. Ашық формадағы CYP2B4-тің кіреберісіне жақын лигандтың алдын ала байланысуы S212 E474, S207 H172 сутекті байланыстарын үзеді, ал E218 A102, Q215 L51 сутекті байланыстары пайда болып, кіреберісті жабық күйде бекітеді – бұл HB-графикте көрсетілген. Екінші қадам – НАДФ арқылы электронды тізбек бойымен бірінші электронның берілуі. Электронды беру кезінде конформациялық өзгеріс пайда болады, ол P450-тің НАДФ цитохром P450 редуктазасымен өзара әрекеттесуін тудырады. HB-графикте көрсетілгендей, НАДФ цитохром P450 редуктазасының байланысу орнында S128 N287, S128 T291, L124 N287 арасындағы сутекті байланыстардың үзілуі және S96 R434, A116 R434, R125 I435, D82 R400 пайда болуы CYP2B4-ті НАДФ цитохром P450 редуктазасының байланысуын қамтамасыз ететін конформациялық күйге айналдырады. Үшінші қадамда оттегі CYP2B4-тің жабық күйіне енеді – яғни, жаңа пайда болған S176 T300, H172 S304, N167 R308 сутекті байланыстары оттегі молекуласының мөлшері мен пішініне сәйкес келетін туннельді ашады.
The cytochrome P450s (P450s) are xenobiotic metabolizing membrane bound heme containing enzymes that use molecular oxygen and electrons from NADPH cytochrome P450 reductase to oxidize their substrates. CYP2B4, a member of the cytochrome P450 family is the only protein within this family, whose X ray structure in both open 11 and closed form 12 is published. The comparison of the open and closed structures of CYP2B4 structures reveals large scale conformational rearrangement between the two states, with the greatest conformational change around the residues 215 225, which is widely open in ligand free state and shut after ligand binding; and the region around loop C near the heme. Examining the HB plot of the closed and open state of CYP2B4 revealed that the rearrangement of tertiary hydrogen bonds was in excellent agreement with the current knowledge of the cytochrome P450 catalytic cycle. The first step in P450 catalytic cycle is identified as substrate binding. Preliminary binding of a ligand near to the entrance breaks hydrogen bonds S212 E474, S207 H172 in the open form of CYP2B4 and hydrogen bonds E218 A102, Q215 L51 are formed that fix the entrance in the closed form as the HB plot reveals. The second step is the transfer of the first electron from NADPH via an electron transfer chain. For the electron transfer a conformational change occurs that triggers interaction of the P450 with the NADPH cytochrome P450 reductase. Breaking of hydrogen bonds between S128 N287, S128 T291, L124 N287 and forming S96 R434, A116 R434, R125 I435, D82 R400 at the NADPH cytochrome P450 reductase binding site—as seen in HB plot—transform CYP2B4 to a conformation state, where binding of NADPH cytochrome P450 reductase occurs. In the third step, oxygen enters CYP2B4 in the closed state the state where newly formed hydrogen bonds S176 T300, H172 S304, N167 R308 open a tunnel which is exactly the size and shape of an oxygen molecule.
Липокалиндер тобы
Липокалиндер отбасысы – гидрофобты молекулаларды тасымалдау функциясын атқаратын үлкен және әртүрлі ақуыздар отбасысы. Бета-лактоглобулин липокалиндер отбасының типік мүшесі болып табылады. Бета-лактоглобулин ретинол немесе май қышқылдары сияқты гидрофобты лигандтарды тасымалдауда маңызды рөл атқарады. Оның кристалдық құрылымы әртүрлі лигандтармен және лигандсыз күйде анықталды [мысалы, Qin, 1998]. Соңғы кезде анықталған кристалдық құрылымдар типтік липокалиннің гидрофобты лигандты байланыстыру үшін конустық орталық қуысты құрайтын сегіз антипараллель тізбектен тұратынын көрсетеді. Бета-лактоглобулиннің құрылымы, бета-бұрандалардың орталықтары 26, 35, 63, 87 және 111 нүктелерінде орналасқан бес бета-бұрандамен қоршалған, баррел тәрізді құрылымның "кіреберісін" көрсетеді, олар лиганд байланысқанда конформациялық өзгеріске ұшырап, қуысты жабады. Бета-лактоглобулиннің жалпы пішіні липокалиндер отбасысына тән. Альфа спиральдардың болмауынан негізгі диагональ дерлік жоғалып кетеді, ал бета-парақтарды көрсететін қиылыс диагональдары график үстінде басымдыққа ие болады. Графикте үш жоғары тығыздық аймағы бар, салыстырмалы түрде аз үшіншілік сутекті байланыстар кездеседі, олардың бірі 63-ке жақын қалдықтардағы бұрандаға, екіншісі 87-ге жақын бұрандаға, ал үшінші аймақ 26 және 35 нүктелерімен байланысты. 111 айналасындағы бесінші бұранда HB графигінде тек бір үшіншілік сутекті байланысты көрсетеді. Үш өлшемді құрылымда үшіншілік сутекті байланыстар пайда болады: (1) кіреберіске жақын, лиганд байланысқанда конформациялық өзгеріске тікелей қатысады; және (2) "баррелдің" түбінде. Бета-лактоглобулиннің ашық және жабық формаларының HB графиктері өте ұқсас, екі формада да бірегей мотивтерді тануға болады. Ашық және лиганд байланысқан форманың HB графиктеріндегі айырмашылықтар үшіншілік сутекті байланыстардың үлгісіндегі маңызды жеке өзгерістерді көрсетеді. Атап айтқанда, жабық формадағы Y20 E157 және S21 H161 арасындағы сутекті байланыстардың пайда болуы конформациялық өзгерісте маңызды болуы мүмкін. Бұл сутекті байланыстар қуыстың түбінде орналасқан, бұл липокалиннің кіреберісінің жабылуы лиганд қуыстың түбіне жеткенде және R123 Y99, R123 T18 және V41 Q120 сутекті байланыстарын бұзғанда басталады деген болжамды тудырады. Липокалиндердің аминқышқылдық тізбегінде өте төмен ұқсастық болғанымен, құрылымдық ұқсастығы жоғары екені белгілі. Тек 20 және 160 аймақтары ғана сақталған, олардың қызметі әлі белгісіз.
The lipocalin family is a large and diverse family of proteins with functions as small hydrophobic molecule transporters. Beta lactoglobulin is a typical member of the lipocalin family. Beta lactoglobulin was found to have a role in the transport of hydrophobic ligands such as retinol or fatty acids. Its crystal structure were determined [e. g. Qin, 1998] with different ligands and in ligand free form as well. The crystal structures determined so far reveal that the typical lipocalin contains eight stranded antiparallel barrel arranged to form a conical central cavity in which the hydrophobic ligand is bound. The structure of beta lactoglobulin reveals that the barrel form structure with the central cavity of the protein has an "entrance" surrounded by five beta loops with centers around 26, 35, 63, 87, and 111, which undergo a conformational change during the ligand binding and close the cavity. The overall shape of beta lactoglobulin is characteristic of the lipocalin family. In the absence of alpha helices, the main diagonal almost disappears and the cross diagonals representing the beta sheets dominate the plot. Relatively low number of tertiary hydrogen bonds can be found in the plot, with three high density regions, one of which is connected to a loop at the residues around 63, a second is connected to the loop around 87, and a third region which is connected to the regions 26 and 35. The fifth loop around 111 is represented only one tertiary hydrogen bond in the HB plot. In the three dimensional structure, tertiary hydrogen bonds are formed (1) near to the entrance, directly involved in conformational rearrangement during ligand binding; and (2) at the bottom of the "barrel". HB plots of the open and closed forms of beta lactoglobulin are very similar, all unique motifs can be recognized in both forms. Difference in HB plots of open and ligand bound form show few important individual changes in tertiary hydrogen bonding pattern. Especially, the formation of hydrogen bonds between Y20 E157 and S21 H161 in closed form might be crucial in conformational rearrangement. These hydrogen bonds lie at the bottom of the cavity, which suggests that the closure of the entrance of a lipocalin starts when a ligand reached the bottom of the cavity and broke hydrogen bonds R123 Y99, R123 T18, and V41 Q120. Lipocalins are known to have very low sequence similarity with high structural similarity. The only conserved regions are exactly the region around 20 and 160 with an unknown role.