Введение

Изменение формы макромолекулы, часто вызванное факторами окружающей среды.

В биохимии конформационное изменение – это изменение формы макромолекулы, часто индуцированное факторами окружающей среды. Макромолекула обычно обладает гибкостью и динамичностью. Ее форма может изменяться в ответ на изменения в окружающей среде или другие факторы; каждая возможная форма называется конформацией, а переход между ними – конформационным изменением. Факторами, которые могут вызывать такие изменения, являются температура, pH, напряжение, свет в хромофорах, концентрация ионов, фосфорилирование или связывание лиганда. Переходы между этими состояниями происходят в широком диапазоне масштабов длины (от десятых ангстрем до нанометров) и времени (от наносекунд до секунд) и связаны с функционально значимыми явлениями, такими как аллостерическая сигнализация и ферментативный катализ.

Лабораторный анализ

Многие биофизические методы, такие как кристаллография, ЯМР, электронный парамагнитный резонанс (ЭПР) с использованием спиновых меток, круговой дихроизм (CD), обмен водородом и FRET, могут быть использованы для изучения макромолекулярных конформационных изменений. Интерферометрия двойной поляризации – это лабораторный метод, способный предоставлять информацию о конформационных изменениях в биомолекулах. Недавно специфическая нелинейно-оптическая техника, называемая генерацией второй гармоники (SHG), была применена для изучения конформационных изменений в белках. В этом методе зонд, активный во второй гармонике, помещают в участок белка, подвергающийся движению, посредством мутагенеза или неспецифического присоединения, после чего белок адсорбируют или специфически иммобилизуют на поверхности. Изменение конформации белка приводит к изменению результирующей ориентации красителя относительно плоскости поверхности и, следовательно, интенсивности луча второй гармоники. В образце белка с четко определенной ориентацией угол наклона зонда может быть количественно определен в реальном пространстве и в реальном времени. Неестественные аминокислоты, активные во второй гармонике, также могут использоваться в качестве зондов. Другой метод использует электропереключаемые биоповерхности, на которые помещают белки, расположенные поверх коротких молекул ДНК, которые затем перемещаются через буферный раствор путем приложения чередующихся электрических потенциалов. Измеряя их скорость, которая в конечном итоге зависит от их гидродинамического трения, можно визуализировать конформационные изменения. "Наноантенны", изготовленные из ДНК – новый тип оптической антенны на наномасштабе, – могут быть присоединены к белкам и создавать сигнал посредством флуоресценции, отражающий их различные конформационные изменения.

Вычислительный анализ

Рентгеновская кристаллография может предоставить информацию об изменениях конформации на атомном уровне, но высокая стоимость и сложность таких экспериментов делают вычислительные методы привлекательной альтернативой. Анализ нормальных мод с использованием эластичных сетевых моделей, таких как модель гауссовой сети, может применяться для изучения траекторий молекулярной динамики и известных структур. ProDy – популярный инструмент для проведения такого анализа.