1 / 52

Lekciju saraksts

Makromolekulu telpiskā struktūra un tās paredzēšana. DNS topoloģija. Proteīnu struktūras paredzēšana, modelēšana un pielietojums farmakoloģijā. Lekciju saraksts. DNS un proteīnu struktūru līmeņi. DNS un proteīni ir makromolekulas – polimēri, kas sastāv no daudziem vairāku veidu monomēriem

gore
Download Presentation

Lekciju saraksts

An Image/Link below is provided (as is) to download presentation Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author. Content is provided to you AS IS for your information and personal use only. Download presentation by click this link. While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server. During download, if you can't get a presentation, the file might be deleted by the publisher.

E N D

Presentation Transcript

  1. Makromolekulu telpiskā struktūra un tās paredzēšana. DNS topoloģija. Proteīnu struktūras paredzēšana, modelēšana un pielietojums farmakoloģijā

  2. Lekciju saraksts Mikrobioloģijas un biotehnoloģijas katedra

  3. DNS un proteīnu struktūru līmeņi • DNS un proteīni ir makromolekulas – polimēri, kas sastāv no daudziem vairāku veidu monomēriem • Primārā struktūra – lineāra aminoskābju vai nukleotīdu sekvences • Sekundārā struktūra – DNS dubultspirāle, aminoskābju sekvenču struktūras • Terciārā struktūra – DNS dubultspirāles un proteīna sekundāro struktūru veidotas telpiskas struktūras Mikrobioloģijas un biotehnoloģijas katedra

  4. RNS struktūra • Varētu būt atsevišķas lekcijas temats • tRNS, rRNS struktūras nosaka proteīnu translāciju • mRNS struktūra pirms translācijas iniciācijaskodona nosaka translācijas efektivitāti • Kopumā ir skaidrs, ka makromolekulu telpiskā struktūra ir nozīmīgs faktors to funkcijas realizācijā Mikrobioloģijas un biotehnoloģijas katedra

  5. HomosapiensPro-tRNS struktūra • GGCUCGUUGGUCUAGGGGUAUGAUUCUCGCUUUGGGUGCGAGAGGUCCCGGGUUCAAAUCCCGGACGAGCCC • MC-Fold version: `Sep 23 2011` `10:20:40` • ParisienM, Major F. Nature (2008) 452:51-55 Mikrobioloģijas un biotehnoloģijas katedra

  6. Mikrobioloģijas un biotehnoloģijas katedra

  7. Nukleīnskābju primārā struktūra Mikrobioloģijas un biotehnoloģijas katedra

  8. DNS sekundārā struktūra • Dubultspirāles atklājēji JamesWatson, Francis Crick, MauriceWilkins izmantojot RosalindFranklinDNS kristālu struktūru 1953. gadā http://www.nature.com/nature/dna50/watsoncrick.pdf http://www.nature.com/nature/dna50/franklingosling.pdf Mikrobioloģijas un biotehnoloģijas katedra

  9. Mikrobioloģijas un biotehnoloģijas katedra

  10. DNS primārā un sekundārā struktūra shēmās • Animēta DNS struktūras shēma http://www.johnkyrk.com/DNAanatomy.swf Mikrobioloģijas un biotehnoloģijas katedra

  11. Mikrobioloģijas un biotehnoloģijas katedra

  12. B A Z http://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK21134/figure/A5273/ Mikrobioloģijas un biotehnoloģijas katedra

  13. DNS formu strukturālie parametri Mikrobioloģijas un biotehnoloģijas katedra

  14. Mikrobioloģijas un biotehnoloģijas katedra

  15. DNS topoloģija un DNS – proteīnu mijiedarbības • DNS dubultspirāles struktūra nav viscaur viendabīga – atkarībā no DNS sekvences var mainīties gan dubultspirāles parametri, gan arī dubultspirāles topoloģija http://www.hhmi.org/research/investigators/honig.html http://www.hhmi.org/news/honig20091029.html Mikrobioloģijas un biotehnoloģijas katedra

  16. Hromatīna struktūra un DNS superspiralizācija Mikrobioloģijas un biotehnoloģijas katedra

  17. Rīki DNS un RNS sekundārās struktūras paredzēšanai • http://en.wikipedia.org/wiki/List_of_RNA_structure_prediction_software • http://molbiol-tools.ca/Repeats_secondary_structure_Tm.htm • http://unafold.math.rpi.edu/cgi-bin/home.cgi Mikrobioloģijas un biotehnoloģijas katedra

  18. Proteīnu struktūra / DNS struktūra • DNS sekundārā struktūra ir zināma – lielākā daļa DNS dzīvos organismos atrodas B formā • DNS terciārā struktūra ir samērā vienveidīga un tai iespējams ir tikai neliela loma DNS funkcijas realizācijā • Proteīnu sekundārā struktūra ir atkarīga no to aminoskābju sekvences un tā var atšķirties katram proteīnam • Tādējādi proteīnu sekundārās un terciārās struktūras paredzēšana ir daudz komplicētāka nekā DNS gadījumā Mikrobioloģijas un biotehnoloģijas katedra

  19. Proteīnu struktūras līmeņi Mikrobioloģijas un biotehnoloģijas katedra

  20. Proteīnu primārā struktūra Mikrobioloģijas un biotehnoloģijas katedra

  21. Proteīnu sekundārā struktūra Linus Pauling 1951. gadā paredzēja pirmās proteīnu sekundārās struktūras – alfa spirāli un beta plātnes Nobela prēmija ķīmijā 1954. g. un Nobela miera prēmija 1962. g. par dalību virszemes kodolieroču izmēģinājumu moratorija panākšanā Mikrobioloģijas un biotehnoloģijas katedra

  22. Galvenie proteīnu sekundārās struktūras veidi • Alfa spirāle (alphahelix) • Beta struktūra/beta plātnes (beta sheet) • Dažādas supersekundārās struktūras – alfa spirāles matadata (hairpin), beta struktūras matadata, beta – alfa – beta struktūra • Tāpat kā DNS dubultspirāli, proteīnu sekundārās struktūras kopā satur ūdeņraža saites Mikrobioloģijas un biotehnoloģijas katedra

  23. Alfa spirāle Beta plātne Mikrobioloģijas un biotehnoloģijas katedra

  24. Mikrobioloģijas un biotehnoloģijas katedra

  25. Proteīnu domēni • Proteīna domēns – kompakta vienība aminoskābju sekvencē, kurai piemīt noteikta, no pārējās sekvences daļas neatkarīga struktūra • Domēnus veido supersekundārās struktūras • Proteīnu kopējo terciāro struktūru var veidot vairāki domēni • Piemērs, CRP proteīns, kuram ir 2 domēni – viens saista cAMP un otrs saista DNS Mikrobioloģijas un biotehnoloģijas katedra

  26. Modulāri proteīni • Modulāri proteīni sastāv no vairākiem, bieži vien radniecīgiem domēniem. Vieni un tie paši domēni var veidot dažādus proteīnus Mikrobioloģijas un biotehnoloģijas katedra

  27. Imūnglobulīnu domēni Mikrobioloģijas un biotehnoloģijas katedra

  28. Proteīnu struktūras attēlošanas veidi Mikrobioloģijas un biotehnoloģijas katedra

  29. Proteīnu struktūras attēlošanas veidi Mikrobioloģijas un biotehnoloģijas katedra

  30. Proteīnu telpiskās struktūras veidošanās • Proteīnu telpiskā struktūra ir atkarīga no to aminoskābju secības • Proteīnu salocīšanās savā natīvajā struktūrā atbilstošā temperatūrā un šķīdumā notiek spontāni • Aminoskābju sekvence satur visu nepieciešamo informāciju pareizās struktūras iegūšanai un tādējādi vajadzētu pastāvēt iespējai izveidot algoritmu, kas paredz struktūru no sekvences Mikrobioloģijas un biotehnoloģijas katedra

  31. Proteīnu telpiskās struktūras veidošanās • Lai izveidotu algoritmu, ko var izmantot proteīnu struktūras paredzēšanai, nepieciešams saprast, kā proteīni iegūst savu dabisko konformāciju • Otrais termodinamikas likums – sistēmas konstantā temperatūrā un spiedienā atrod līdzsvara stāvokli ar minimālu Gibsa brīvo enerģiju (G=H-TS, H-entalpija, S-entropija, T-absolūtā temperatūra) • Proteīnu struktūras stabilitāte atkarīga no galvenās ķēdes (mainchain) un sānu ķēžu (sidechain) mijiedarbībām savā starpā un ar šķīdinātāju Mikrobioloģijas un biotehnoloģijas katedra

  32. Galvenā ķēde (mainchain) • Galvenās ķēdes konformācija atkarīga slāpekļa un oglekļa atomu rotācijas ap N-Ca un Ca-C saitēm (izņemot prolīnu) • Peptīdsaites ir planāras Visu F, Y un W leņķu secība nosaka galvenās ķēdes konformāciju Mikrobioloģijas un biotehnoloģijas katedra

  33. Sasisekharan-Ramakrishnan-Ramachandran grafiks • Rotācijas leņki galvenajā ķēdē ir ierobežoti, jo divi atomi nevar ieņemt vienu un to pašu vietu, kā arī vairumam aminoskābju (izņemot glicīnu) ir fiksēti konformācijas stāvokļi • Tas nozīmē, ka katram proteīnam būs ierobežots skaits enerģētiski izdevīgu stāvokļu Ramachandranetal. (1963) "Stereochemistryofpolypeptidechainconfigurations". JournalofMolecularBiology 7: 95–9 Mikrobioloģijas un biotehnoloģijas katedra

  34. Mikrobioloģijas un biotehnoloģijas katedra

  35. Sānu ķēdes • Sānu ķēdes tālāk ierobežo galvenajai ķēdei pieejamos konformācijas variantus • Sānu ķēdes ir 20 aminoskābju atlikumi – to fizikāli ķīmiskās īpašības nosaka proteīna konformāciju: - izmērs - elektriskais lādiņš - polaritāte - forma un rigiditāte Mikrobioloģijas un biotehnoloģijas katedra

  36. Aminoskābju tipi • Bāziskas (pozitīvi lādētas) sānu ķēdes • Skābas (negatīvi lādētas) sānu ķēdes • Nelādētas polāras sānu ķēdes • Nepolāras sānu ķēdes Mikrobioloģijas un biotehnoloģijas katedra

  37. Mikrobioloģijas un biotehnoloģijas katedra

  38. Mikrobioloģijas un biotehnoloģijas katedra

  39. Prasības proteīnu konformācijai • Visiem aminoskābju atlikumiem jāatrodas stereoķīmiski atļautās pozīcijās • Polārie aminoskābju atlikumi uz āru veidos ūdeņraža saites ar ūdens molekulām, bet proteīna iekšienē polārajiem atlikumiem jāveido saites savā starpā • Hidrofobajiem aminoskābju atlikumiem ir jāatrodas globulāro proteīnu iekšpusē cieši kopā, lai nodrošinātu proteīna termodinamisko stabilitāti Mikrobioloģijas un biotehnoloģijas katedra

  40. Proteīnu struktūras veidošanās • Proteīnu denaturācijas – renaturācijas eksperimenti lielākoties parāda divus stāvokļus – denaturēts un renaturēts Diemžēl tas nozīmē, ka proteīnu struktūras veidošanās procesā nav detektējamu starpstāvokļu • Denaturētā stāvoklī pastāv heterogēns struktūru maisījums • Nav labu pierādījumu dažādu starpstāvokļu pastāvēšanai Mikrobioloģijas un biotehnoloģijas katedra

  41. Mikrobioloģijas un biotehnoloģijas katedra Sosnick TR, Hinshaw JR (2011) How proteins fold. Science334:464-465

  42. Eksperimentālās metodes proteīnu struktūru noteikšanai • Rentgenstaru kristalogrāfija Proteīnu kristālu struktūras noteikšana, kas balstās uz rentgenstaru difrakciju kristālā • Kodolmagnētiskās rezonanses spektroskopija Proteīnu struktūras noteikšana, kas balstās uz noteiktu atomu kodolu spēju absorbēt magnētiskā lauka enerģiju veidojot noteiktu spektru, kas atkarīgs no atoma novietojuma proteīna molekulā Mikrobioloģijas un biotehnoloģijas katedra

  43. Proteīnu rentgenstaru kristalogrāfija Mikrobioloģijas un biotehnoloģijas katedra http://www.projectcrystal.org/hl-xray-crystallography.html

  44. Proteīnu rentgenstaru kristalogrāfija Mikrobioloģijas un biotehnoloģijas katedra

  45. Proteīnu kodolmagnētiskās rezonanses spektroskopija • KMR spektroskopija pielietojama proteīniem šķīdumā • KMR spektroskopija var parādīt proteīnu struktūras dinamiku laikā Mikrobioloģijas un biotehnoloģijas katedra

  46. Proteīnu datu bankas • WorldwideProteinDataBank http://www.wwpdb.org • RCSB ProteinDataBank http://www.pdb.org/ Mikrobioloģijas un biotehnoloģijas katedra

  47. Mikrobioloģijas un biotehnoloģijas katedra

  48. Proteīnu struktūras paredzēšana • Sekundārās struktūras paredzēšana – vienkāršāka nekā terciārās struktūras paredzēšana • Proteīna locījumu atpazīšana (Foldrecognition) – meklē proteīnu struktūru datu bāzē tādas struktūras, kas varētu atbilst kādai aminoskābju sekvencei • Homoloģijas modelēšana (homologymodelling) – proteīna struktūru var modelēt kā pamatu izmantojot homologa proteīna zināmo struktūru • Nezināmu struktūru paredzēšana Mikrobioloģijas un biotehnoloģijas katedra

  49. Globālais enerģijas minimums • Dzīvā šūnā pastāv dabisks algoritms saskaņā ar kuru katrs proteīns iegūst savu dabisko telpisko struktūru • Lai paredzētu proteīna struktūru izejot no tā aminoskābju secības nepieciešams identificēt globālo enerģijas minimumu • Kā alternatīva, paredzēt struktūru balstoties uz esošajām struktūrām, aminoskābju homoloģiju un iespējamiem konformācijas variantiem Mikrobioloģijas un biotehnoloģijas katedra

  50. Struktūras paredzēšanas shēma http://www.russelllab.org/ Mikrobioloģijas un biotehnoloģijas katedra

More Related