Кіріспе
Белоктың үш өлшемді пішіні – белоктың үшіншілік құрылымы. Белоктың үшіншілік құрылымы – бір полипептидтік тізбектегі "омыртқа", онда бір немесе бірнеше белоктың екіншілік құрылымдары, белок домендері болады. Аминқышқылдарының тізбектері мен омыртқа арасында түрлі өзара әрекеттесулер мен байланыстар пайда болуы мүмкін. Белгілі бір белоктың тізбектерінің өзара әрекеттесуі мен байланыстары оның үшіншілік құрылымын анықтайды. Белоктың үшіншілік құрылымы атомдық координаттармен сипатталады. Бұл координаттар белок доменіне немесе бүкіл үшіншілік құрылымға қатысты болуы мүмкін. Мұндай құрылымдардың бірнешеуі бірігіп, төртіншілік құрылымды құрайды.
tertiary structure in protein
Protein tertiary structure is the three dimensional shape of a protein. The tertiary structure will have a single polypeptide chain "backbone" with one or more protein secondary structures, the protein domains. Amino acid side chains and the backbone may interact and bond in a number of ways. The interactions and bonds of side chains within a particular protein determine its tertiary structure. The protein tertiary structure is defined by its atomic coordinates. These coordinates may refer either to a protein domain or to the entire tertiary structure. A number of these structures may bind to each other, forming a quaternary structure.
Тарих
Белсенің үшінші құрылымын зерттеу ғылымы гипотезалық деңгейден егжей-тегжейлі анықтамаға дейін дамыды. Эмиль Фишер ақуыздардың полипептидтік тізбектер мен аминқышқылдарының тізбектерінен тұратынын болжағанмен, Дороти Мод Винч геометрияны ақуыз құрылымдарын болжауға енгізді. Винч бұл тұжырымын Циклол моделі арқылы көрсетті, ол шар тәрізді ақуыз құрылымының алғашқы болжамы болды. Қазіргі заманғы әдістер шағын ақуыздар үшін (<120 қалдық) 5 Å (0,5 нм) дәлдікпен үшінші құрылымды болжаусыз анықтай алады, ал қолайлы жағдайларда екінші құрылымды сенімді түрде болжау мүмкіндігі бар.
Термоқатықтылығы
Өзінің табиғи күйіне немесе табиғи конформациясына жиналған белоктың, әдетте, ашық конформацияға қарағанда төмен Гиббс еркін энергиясы (энтальпия мен энтропияның қосындысы) болады. Белок төмен энергиялы конформацияларға қарай ұмтылады, бұл жасушалық ортада белоктың бүктелуін анықтайды. Көптеген ұқсас конформациялардың энергиясы шамалас болғандықтан, белок құрылымдары динамикалық болып, осы ұқсас құрылымдар арасында ауытқиды. Глобулярлы белоктардың ядросы гидрофобты аминқышқылдарының қалдықтарынан, ал беткі қабаты сумен байланысты, зарядталған, гидрофильді қалдықтардан тұрады. Бұл орналасу үшіншілік құрылымдағы өзара әрекеттесулерді тұрақтандыруға мүмкіндік береді. Мысалы, цитоплазмада болмайтын секрецияланатын белоктарда цистеин қалдықтары арасындағы дисульфидтік байланыстар үшіншілік құрылымды сақтауға көмектеседі. Әртүрлі функциялары мен эволюциясы бар белоктарда тұрақты үшіншілік құрылымдардың ортақтығы байқалады. Мысалы, триозофосфат изомераза ферментінің атымен аталған TIM баррелі, сондай-ақ өте тұрақты, димерлі, спиральді құрылым сияқты кең таралған үшіншілік құрылымдар бар. Сондықтан белоктарды олардың құрылымдарына сәйкес жіктеуге болады. SCOP және CATH сияқты белоктардың дерекқорлары осындай жіктемені қолданады.
Кинетикалық тұзақтар
Қию кинетикасы ақуызды жоғары энергиялы конформацияда тұрақтандыруы мүмкін, яғни жоғары энергиялы аралық конформация ең төменгі энергиялы конформацияға қол жеткізуге кедерілді етеді. Жоғары энергиялы конформация ақуыздың функциясына үлес қосуы мүмкін. Мысалы, тұмау гемагглютинині ақуызы – бір полипептидтік тізбек, ол белсендірілген кезде екі полипептидтік тізбекке ажыратылады, бұл процесте протеолиз жүреді. Екі тізбек жоғары энергиялы конформацияда сақталады. Орталық pH төмендеген кезде, ақуыз энергиялық тұрғыдан қолайлы конформациялық өзгеріске ұшырайды, бұл оған жасуша мембранасын тесіп өтуге мүмкіндік береді.
Метақалыптылығы
Кейбір үшіншілік протеин құрылымдары күтілетін ең тұрақты күй емес, ұзақ сақталатын күйде болуы мүмкін. Мысалы, көптеген серпиндер (серин протеазаларының тежеушілері) осы метастабильділік қасиетін көрсетеді. Олар протеазамен белгілі бір тізбегі кесілген кезде конформациялық өзгеріске ұшырайды.
Шаперонды ақуыздар
Белгінің туа пайда болған күйі термодинамикалық тұрақтылығы ең жоғары деп жиі есептеледі және химиялық кинетикасы ескерілгенде, ол аудармадан бұрын туа күйіне жетеді делінеді. Жаңа синтезделген полипептидтің туа күйіне жетуіне клетка цитоплазмасындағы ақуыздық шаперондар көмектеседі. Кейбір шаперон ақуыздары өте нақты функцияға ие, мысалы, белок дисульфид изомеразасы; ал басқалары кең ауқымды функцияға ие және көптеген шар тәрізді ақуыздарға көмектесе алады, мысалы, прокариоттардың GroEL/GroES ақуыздық жүйесі және оған ұқсас эукариоттардың жылулық соққыға түсетін ақуыздары (Hsp60/Hsp10 жүйесі).
Цитоплазмалық орта
Белоктың үшіншілік құрылымын болжау, белоктың біріншілік құрылымын білуге және мүмкін болжамдалған үшіншілік құрылымды белоктар туралы деректер базасындағы белгілі үшіншілік құрылымдармен салыстыруға байланысты. Бұл тек белок синтезі кезіндегі цитоплазмалық ортаны ескереді, оның үстіне ұқсас цитоплазмалық орта белоктар туралы деректер базасында тіркелген белоктардың құрылымына да әсер еткен болуы мүмкін.
Тағайындау
Ерігіш шар тәрізді ақуыздардың үшіншілік құрылымы туралы білім мембраналық ақуыздарға қарағанда кеңірек, себебі оларды қолда бар технологиялармен зерттеу оңай.
Рентгендік кристаллография
Рентгендік кристаллография – ақуыз құрылымын анықтау үшін ең көп қолданылатын құрал. Ол құрылымның жоғары дәлдігін қамтамасыз етеді, бірақ ақуыздың конформациялық икемділігі туралы мәлімет бермейді.
ҰМР
Протеиннің ЯМР-ы протеин құрылымын салыстырмалы түрде төмен дәлдікпен анықтайды. Ол негізінен кіші протеиндерге ғана қолданылады. Дегенмен, ол ерітіндідегі протеиннің конформациялық өзгерістері туралы мәліметтер бере алады.
Криогендік электронды микроскопия
Криогендік электронды микроскопия (криоЭМ) ақуыздың үшінші және төртінші деңгейдегі құрылымы туралы мәлімет бере алады. Ол әсіресе ірі ақуыздар мен ақуыз суббірліктерінің симметриялық кешендеріне ерекше жақсы қолданылады.
Екілік поляризациялық интерферометрия
Екілік поляризациялық интерферометрия бетке сіңген ақуыздар туралы толықтыратын мәліметтер ұсынады. Ол уақыт өте келе құрылым мен конформация өзгерістерін анықтауға көмектеседі.
Белсендiк агрегация аурулары
Альцгеймер ауруы және Хантингтон ауруы сияқты ақуыздық агрегациялық аурулар, сондай-ақ ірі қараның спонгиформалы энцефалопатиясы сияқты приондық ауруларды ауру модельдерін құру (және қайта құру) арқылы жақсырақ түсінуге болады. Бұл зертханалық жануарларда ауруды шақыру арқылы жасалады, мысалы, Паркинсон ауруын тудыру үшін MPTP сияқты уландырушы затты енгізу арқылы немесе генетикалық өзгерістер арқылы. Ақуыз құрылымын болжау – ауру модельдерін жасаудың жаңа әдісі, ол жануарларды қолдану қажеттілігін азайтуға мүмкіндік береді.
Белоктың үштік құрылымын анықтау жобасы (CoMOGrad)
Белгілі бір белоктың үшіншілік құрылымындағы үлгілерді көптеген белгілі белоктардың үшіншілік құрылымымен салыстырып, ең ұқсас нұсқаларын реттелген тізім түрінде табу – жаңа белоктардың функциясын болжау, эволюцияны зерттеу, ауруларды диагностикалау, дәрі-дәрмектерді іздеу, антиденелерді жобалау сияқты көптеген зерттеу салаларының негізгі мәселесі болып табылады. BUET-тегі CoMOGrad жобасы – белоктардың үшіншілік құрылымдарын табу үшін өте жылдам және жоғары дәлдікті әдіс әзірлеуге, сондай-ақ зерттеу нәтижелеріне негізделген онлайн құралды жасауға бағытталған ғылыми-зерттеу жұмысы.