Кіріспе

Биологиялық реттіліктің 3D конформациясы, мысалы, ДНК, РНК, белоктар Биомолекулалық құрылым - бұл белок, ДНҚ немесе РНК молекуласы құрайтын күрделі бүгілген, үш өлшемді пішін, және бұл оның қызметі үшін маңызды. Бұл молекулалардың құрылымы жеке атомдар деңгейінен бастап, бүтін ақуыздық кіші бірліктер арасындағы қатынастарға дейінгі бірнеше ұзындығы бар масштабтарда қарастырылуы мүмкін. Бұл пайдалы өлшемдер арасындағы айырмашылық молекулалық құрылымды төрт деңгейге бөлу ретінде жиі көрсетіледі: бастапқы, екінші, үшінші және төртінші. Молекуланың көп масштабты ұйымдастырылуының іргетасы екінші деңгейде пайда болады, онда негізгі құрылымдық элементтер молекуланың әр түрлі сутекті байланыстары болып табылады. Бұл ақуыз құрылымы мен нуклеин қышқылы құрылымының бірнеше танымал домендеріне, соның ішінде альфа спиральдар мен бета-қаптамалар сияқты протеиндер үшін екінші реттік құрылым ерекшеліктеріне, сондай-ақ нуклеин қышқылдары үшін шаштық бұрандалар, ілмектер мен ішкі бұрандаларға әкеледі. Бастауыш, екінші, үшінші және төртінші құрылым терминдерін Кадж Ульрик Линдерстрём Ланг өзінің 1951 жылы Стэнфорд университетінде өткен медицина лекциясында енгізді.

Екіншілік құрылым

Белоктың екінші құрылымдары - биополимердегі сутекті байланыстардың үлгісі. Бұл биополимерлердің жергілікті сегменттерінің жалпы үш өлшемді нысанын анықтайды, бірақ үш өлшемді кеңістіктегі нақты атомдық позициялардың жаһандық құрылымын сипаттай алмайды, олар үш өлшемді құрылым деп саналады. Екіншілік құрылымды биополимердің сутекті байланыстары формальды түрде анықтайды, атомдық ажыратылу құрылымында байқалады. Белоктарда екінші құрылым негізгі аминдік және карбоксилдік топтар арасындағы сутекті байланыстардың үлгілерімен анықталады (жағалық тізбектің негізгі және жағалық тізбектің жағалық тізбектегі сутекті байланыстары маңызды емес), онда сутекті байланыстың DSSP анықтамасы қолданылады. Нуклеин қышқылының екіншілік құрылымы азотты негіздер арасындағы сутекті байланыстар арқылы анықталады. Алайда, ақуыздар үшін сутекті байланыстар басқа құрылымдық ерекшеліктермен байланысты, бұл екінші құрылымның формалды анықтамасынан төмен. Мысалы, спиральдар Рамачандранның кейбір аймақтарында тіректік диэдр бұрыштарын қабылдай алады; сондықтан, осындай диэдр бұрыштарына ие қалдықтардың сегменті, дұрыс сутекті байланыстары бар-жоғына қарамастан, жиі спираль деп аталады. Көптеген басқа да формалды емес анықтамалар ұсынылды, олар көбінесе қисықтардың дифференциалдық геометриясынан, мысалы, қисықтық пен бұрылыс сияқты ұғымдарды қолданады. Жаңа атомдық ажырату құрылымын шешетін құрылымдық биологтар кейде оның екінші құрылымдарын көзбен қарап белгілейді және олардың тапсырмаларын тиісті ақуыздық деректер банкі (PDB) файлына тіркейді. Нуклеин қышқылының молекуласының екіншілік құрылымы бір молекуланың немесе өзара әрекеттесетін молекулалардың жиынтығының ішіндегі негіз жұптасуы өзара әрекеттесуіне қатысты. Биологиялық РНК-ның екінші буыны көбінесе сабақтар мен циклдерге бөлінуі мүмкін. Көбінесе, бұл элементтерді немесе олардың комбинацияларын одан әрі жіктеуге болады, мысалы, тетралуптар, псевдоноттар және сабақ бұрандалары. Биологиялық РНК-ның функционалдық маңызы бар көптеген екіншілік құрылым элементтері бар. Белгілі мысалдарға Rho тәуелсіз терминаторлық сабақ бұрандалары мен трансферлік РНК (tRNA) клеверліфті жатқызуға болады. РНК молекулаларының екіншілік құрылымын анықтауға тырысатын зерттеушілердің кішігірім саласы бар. Бұл әдістерге эксперименталды және есептеу әдістері де жатады (РНК құрылымын болжау бағдарламалық жасақтамаларының тізімін қараңыз).

Үшінші деңгейлі құрылым

Белоктың немесе кез келген басқа макромолекуланың үш өлшемді құрылымы атомдық координаттармен анықталады. Белдіктер мен нуклеин қышқылдары күрделі үш өлшемді құрылымға бүктеледі, бұл молекулалардың функцияларын жүзеге асырады. Мұндай құрылымдар әр түрлі және күрделі болғанымен, олар жиі қайталанатын, мотивтері мен молекулалық құрылыс блоктары ретінде қызмет ететін үшінші құрылымның мотивтері мен домендерінен тұрады. Үшінші деңгейлі құрылымды негізінен биомолекуланың негізгі құрылымы (амин қышқылдары немесе нуклеотидтері) анықтайды.

Төртіншілік құрылым

Белоктың төртіншілік құрылымы - бірнеше белдік молекулаларының саны мен орналасуы. Нуклеин қышқылдары үшін бұл термин аз таралған, бірақ хроматиндегі ДНК-ның жоғары деңгейдегі ұйымына, оның ішінде гистондармен өзара әрекеттесуіне немесе рибосомадағы немесе сплайцесомадағы жеке РНК бірліктерінің өзара әрекеттесуіне сілтеме жасай алады.

Дизайн

Биомолекулалық дизайнды құрылымды болжаудың теріс түрі деп қарастыруға болады. Құрылымын болжауда, құрылым белгілі бір тізбекті анықталады, ал белок немесе нуклеин қышқылының жобалауында қажетті құрылымды құрайтын тізбек жасалады.

Басқа биомолекулалар

Полисахаридтер, полифенолдар және липидтер сияқты басқа биомолекулалар да биологиялық салдарынан жоғары дәрежелі құрылымға ие болуы мүмкін.