Введение

3D-конформация биологической последовательности, как ДНК, РНК, белки Биомолекулярная структура - это сложная сложенная, трехмерная форма, которая формируется молекулой белка, ДНК или РНК, и это важно для ее функции. Структура этих молекул может рассматриваться в любой из нескольких длинных шкал, начиная от уровня отдельных атомов и заканчивая отношениями между целыми подединицами белка. Это полезное различие между масштабами часто выражается в виде разложения молекулярной структуры на четыре уровня: первичный, вторичный, третичный и четвертичный. Построение этой многомасштабной организации молекулы возникает на вторичном уровне, где основными структурными элементами являются различные водородные связи молекулы. Это приводит к нескольким узнаваемым доменам структуры белка и структуры нуклеиновых кислот, включая такие вторичные структурные особенности, как альфа-спираль и бета-листы для белков, а также петли шнурков, выпуклости и внутренние петли для нуклеиновых кислот. Термины первичная, вторичная, третичная и четвертичная структура были введены Каем Ульриком Линдерстрёмом Лангом в его медицинских лекциях 1951 года в Стэнфордском университете.

Вторичная структура

Вторичная структура белка - это модель водородных связей в биополимере. Они определяют общую трехмерную форму локальных сегментов биополимеров, но не описывают глобальную структуру конкретных атомных позиций в трехмерном пространстве, которые считаются третьей структурой. Вторичная структура формально определяется водородными связями биополимера, как это наблюдается в структуре атомного разрешения. В белках вторичная структура определяется схемами водородных связей между амино- и карбоксильными группами (дополнительные водородные связи между боковой цепью и боковой цепью не имеют значения), где используется определение DSSP водородной связи. Вторичная структура нуклеиновой кислоты определяется водородными связями между азотистыми основаниями. Однако для белков водородная связь коррелирует с другими структурными особенностями, что привело к менее формальным определениям вторичной структуры. Например, спирали могут принимать спинно-основные диэдрические углы в некоторых областях графика Рамачандрана; таким образом, сегмент остатков с такими диэдрическими углами часто называют спиралью, независимо от того, имеет ли он правильные водородные связи. Было предложено множество других менее формальных определений, часто применяющих концепции из дифференциальной геометрии кривых, такие как кривизна и кручение. Структурные биологи, решающие новую структуру атомного разрешения, иногда присваивают ее вторичную структуру глазами и записывают свои назначения в соответствующем файле банка белковых данных (PDB). Вторичная структура молекулы нуклеиновой кислоты относится к взаимодействиям пар оснований внутри одной молекулы или набора взаимодействующих молекул. Вторичная структура биологической РНК часто может быть уникально разложена на стебли и петли. Часто эти элементы или их комбинации могут быть дополнительно классифицированы, например, тетралупы, псевдоузлы и петли стебля. Существует много вторичных структурных элементов, имеющих функциональное значение для биологической РНК. Известные примеры включают в себя независимые циклы стебля терминатора Rho и трансферную РНК (tRNA) клеверлист. Существует небольшая группа исследователей, пытающихся определить вторичную структуру молекул РНК. Подходы включают как экспериментальные, так и вычислительные методы (см. также Список программного обеспечения для прогнозирования структуры РНК).

Третичная структура

Третичная структура белка или любой другой макромолекулы - это ее трехмерная структура, определяемая атомными координатами. Белки и нуклеиновые кислоты складываются в сложные трехмерные структуры, в результате чего возникают функции молекул. Хотя такие структуры разнообразны и сложны, они часто состоят из повторяющихся, узнаваемых третично-структурных мотивов и областей, которые служат молекулярными строительными блоками. Третичная структура в значительной степени определяется первичной структурой биомолекулы (ее последовательностью аминокислот или нуклеотидов).

Четвертичная структура

Кватернарная структура белка относится к количеству и расположению нескольких молекул белка в комплексе из нескольких подединиц. Для нуклеиновых кислот этот термин встречается реже, но может относиться к организации ДНК в хроматине на более высоком уровне, включая его взаимодействие с гистонами, или к взаимодействию между отдельными РНК-единицами в рибосоме или сплайцесоме.

Дизайн

Биомолекулярный дизайн можно рассматривать как обратную сторону предсказания структуры. В предсказании структуры структура определяется из известной последовательности, тогда как в проектировании белка или нуклеиновой кислоты генерируется последовательность, которая сформирует желаемую структуру.

Другие биомолекулы

Другие биомолекулы, такие как полисахариды, полифенолы и липиды, также могут иметь структуру более высокого порядка биологического последствия.