Кіріспе

Макромолекуланың пішінінің өзгеруі, көбінесе қоршаған орта факторларының әсерінен туындайды. Биохимияда конформациялық өзгеріс – макромолекуланың пішінінің өзгеруі, осы өзгерістерге көбінесе қоршаған орта факторлары себеп болады. Макромолекула әдетте икемді және динамикалық болады. Оның пішіні қоршаған ортаның немесе басқа факторлардың өзгеруіне жауап ретінде өзгеріп отыруы мүмкін; әрбір мүмкін пішін конформация деп аталады, ал олардың арасындағы ауысу конформациялық өзгеріс деп аталады. Мұндай өзгерістерге температура, pH, кернеу, хромофорлардағы жарық, иондардың концентрациясы, фосфорилирлеу немесе лигандтың байланысуы себеп болуы мүмкін. Бұл күйлер арасындағы ауысулар әртүрлі ұзындық (аңстремнен нанометрге дейін) және уақыт (наносекундтан секундқа дейін) өлшемдерінде жүреді және аллостериялық сигнализация және ферменттік катализ сияқты функционалдық маңызды құбылыстармен байланысты.

Зертханалық талдау

Кристаллография, ЯМР, спиндік белгілеу әдістерін қолданатын электрондық парамагниттік резонанс (EPR), дөңгелек дихроизм (CD), сутек алмасу және FRET сияқты көптеген биофизикалық әдістер макромолекулалық конформациялық өзгерістерді зерттеу үшін қолданылуы мүмкін. Екі полюстік интерферометрия – биомолекулалардың конформациялық өзгерістері туралы ақпарат бере алатын лабораториялық әдіс. Жақында екінші гармоникалық генерация (SHG) деп аталатын арнайы сызықты емес оптикалық техника ақуыздардың конформациялық өзгерісін зерттеуге қолданылды. Бұл әдісте екінші гармоникалық белсенді зонд мутациялау немесе сайтқа қатысты емес қосылу арқылы ақуыз қозғалысына ұшырайтын жерге орналастырылады, ал ақуыз бетке адсорбцияланады немесе нақты бекітіледі. Ақуыз конформациясының өзгеруі бояудың беттік жазықтығына қатыстығындағы түпкілікті бағытының өзгеруіне және, демек, екінші гармоникалық сәуленің қарқындылығының өзгеруіне әкеледі. Жақсы анықталған бағыты бар ақуыз үлгісінде зондтың бұрылу бұрышын нақты кеңістікте және нақты уақытта сандық түрде анықтауға болады. Екінші гармоникалық белсенді табиғи емес аминқышқылдары да зонд ретінде қолданылуы мүмкін. Тағы бір әдіс электро-ауыстырылатын биобеттерді қолданады, онда ақуыздар қысқа ДНК молекулаларының үстіне орналастырылады, содан кейін ауыспалы электр потенциалын қолдану арқылы буферлік ерітіндіде сүйреледі. Олардың жылдамдығын өлшеу арқылы, олардың гидродинамикалық үйкелісіне байланысты конформациялық өзгерістерді көруге болады. ДНК-дан жасалған "наноантенналар" – наноөлшемдегі оптикалық антеннаның жаңа түрі – ақуыздарға қосылып, олардың ерекше конформациялық өзгерістері үшін флуоресценция арқылы сигнал береді.

Есептеулік талдау

Рентгендік кристаллография атомдық деңгейде конформация өзгерістері туралы ақпарат бере алады, бірақ мұндай тәжірибелердің жоғары құны мен қиындығы есептеу әдістерін тартымды балама ретінде қарастырады. Гаусс желісі моделі сияқты серпімді желі модельдерімен қалыпты режимдерді талдау молекулалық динамика траекторияларын, сондай-ақ белгілі құрылымдарды зерттеу үшін қолданылуы мүмкін. ProDy мұндай талдау үшін танымал құрал болып табылады.