Konformationsförändring

Inom biokemi är en konformationsförändring  en förändring i formen av en makromolekyl , ofta orsakad av miljöfaktorer.

En makromolekyl är vanligtvis flexibel och dynamisk. Dess form kan förändras som svar på förändringar i miljön eller andra faktorer; varje möjlig form kallas en konformation, och övergången mellan dem kallas en konformationsförändring . Faktorer som kan orsaka sådana förändringar inkluderar temperatur , pH , spänning , ljus i kromoforer , jonkoncentration , fosforylering eller ligandbindning . Övergångar mellan dessa tillstånd sker på olika längdskalor (från tiondelar av Å till nm) och i tid (från ns till s) och är associerade med funktionellt signifikanta fenomen som allosterisk signalering [1] och enzymatisk katalys [2] .

Laboratorieanalys

Många biofysiska tekniker, såsom kristallografi , NMR , elektronparamagnetisk resonans (EPR) med användning av spinnmärkningstekniker , cirkulär dikroism (CD) , väteutbyte och FRET , kan användas för att studera konformationsförändringar i makromolekyler. Dubbelpolarisationsinterferometri  är en laboratorieteknik som kan ge information om konformationsförändringar i biomolekyler [3] .

Nyligen har en speciell icke-linjär optisk metod som kallas second harmonic generation (SHG) [4] tillämpats för att studera konformationsförändringar i proteiner . I denna metod placeras en andra-harmonisk aktiv sond på ett ställe som genomgår rörelse i proteinet genom mutagenes eller icke-specifik vidhäftning, och proteinet adsorberas eller immobiliseras specifikt på ytan. En förändring i proteinkonformation leder till en förändring i nettoorienteringen av färgämnet i förhållande till ytplanet och följaktligen till en förändring i intensiteten hos den andra övertonsstrålen. I ett proteinprov med en väldefinierad orientering kan lutningsvinkeln för sonden kvantifieras i verklig rymd och i realtid. Icke-naturliga aminosyror med andra övertonsaktivitet kan också användas som prober. 

En annan metod använder elektroomkopplingsbara bioytor , där proteiner placeras ovanpå korta DNA-molekyler, som sedan dras genom en buffertlösning med en alternerande elektrisk potential. Genom att mäta deras hastighet, som i slutändan beror på deras hydrodynamiska friktion, kan konformationsförändringar visualiseras. 

"Nanoantenner" gjorda av DNA  - en ny typ av optisk antenn i nanoskala  - kan fästas på proteiner och generera en signal via fluorescens om deras distinkta konformationsförändringar [5] [6] .

Beräkningsanalys

Röntgenkristallografi kan ge information om konformationsförändringar på atomär nivå, men kostnaden och komplexiteten för sådana experiment gör beräkningsmetoder till ett attraktivt alternativ [7] . Normalmodsanalys med elastiska nätverksmodeller som den Gaussiska nätverksmodellen kan användas för att undersöka molekylära dynamikbanor , såväl som kända strukturer [8] [9] . ProDy är ett populärt verktyg för sådan analys [10] .

Exempel

Konformationsförändringar är viktiga för följande processer:

Se även

Länkar

Anteckningar

  1. ↑ Proteinstruktur och sjukdomar. — Vol. 83.—S. 163–221. — ISBN 9780123812629 . - doi : 10.1016/B978-0-12-381262-9.00005-7 .
  2. ↑ "Gömda alternativa strukturer av prolinesomeras som är väsentliga för katalys". naturen . 462 (7273): 669-73. December 2009. Bibcode : 2009Natur.462..669F . DOI : 10.1038/nature08615 . PMID  19956261 .
  3. ↑ "Realtid, högupplösta studier av proteinadsorption och struktur vid gränssnittet mellan fast och vätska med hjälp av dubbelpolarisationsinterferometri" . Journal of Physics: Condensed Matter . 16 (26): S2493-S2496. 2004-06-19. Bibcode : 2004JPCM...16S2493F . DOI : 10.1088/0953-8984/16/26/023 . ISSN  0953-8984 .
  4. ↑ "En andra-harmonisk-aktiva onaturliga aminosyror som en strukturell sond av biomolekyler på ytor". Journal of Physical Chemistry B . 112 (47): 15103-7. November 2008. doi : 10.1021/ jp803703m . PMID 18928314 . 
  5. ↑ Kemister använder DNA för att bygga världens minsta antenn  , University of Montreal . Hämtad 19 januari 2022.
  6. ↑ Harroun, Scott G. (januari 2022). "Övervaka proteinkonformationsförändringar med fluorescerande nanoantenner". Naturmetoder _ _ ]. 19 (1): 71-80. DOI : 10.1038/s41592-021-01355-5 . ISSN  1548-7105 . PMID  34969985 .
  7. ↑ "Kapitel 3. Proteinrening med hög genomströmning för röntgenkristallografi och NMR". Framsteg inom proteinkemi och strukturbiologi . 75 :85-105. 2008-01-01. DOI : 10.1016/S0065-3233(07)75003-9 . PMID20731990  . _
  8. ^ "Långdistanskorrelation i proteindynamik: Bekräftelse av strukturella data och normallägesanalys". PLOS Computational Biology . 16 (2): e1007670. Februari 2020. Bibcode : 2020PLSCB..16E7670T . doi : 10.1371/journal.pcbi.1007670 . PMID  32053592 .
  9. ^ "En jämförande studie av motor-proteinrörelser genom att använda en enkel elastisk nätverksmodell". Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America . 100 (23): 13253-8. November 2003. Bibcode : 2003PNAS..10013253Z . DOI : 10.1073/pnas.2235686100 . PMID  14585932 .
  10. ↑ "ProDy: proteindynamik härledd från teori och experiment". bioinformatik . 27 (11): 1575-7. Juni 2011. doi : 10.1093/bioinformatics/ btr168 . PMID 21471012 . 
  11. ↑ ABC-transportörer i mikroorganismer. - Caister Academic, 2009. - ISBN 978-1-904455-49-3 .
  12. ↑ "I början av 2000-talet: Är dynamik den felande länken för att förstå enzymkatalys?". Proteiner . 78 (6): 1339-75. Maj 2010. DOI : 10.1002/prot.22654 . PMID20099310  . _
  13. ↑ Mekanik för motorproteiner och cytoskelettet. Sinauer Associates. — ISBN 9780878933334 .
  14. ^ "Kontrollerbar aktivering av nanoskala dynamik i ett stört protein förändrar bindningskinetiken". Journal of Molecular Biology . 429 (7): 987-998. April 2017. DOI : 10.1016/j.jmb.2017.03.003 . PMID28285124  . _
  15. ↑ Jonkanaler av exciterbara membran. - Sinauer Associates, Inc., 2001. - P. 5. - ISBN 978-0-87893-321-1 .
  16. ↑ "α-Catenin-struktur och nanoskaladynamik i lösning och i komplex med F-Actin". Biofysisk tidskrift . 115 (4): 642-654. Augusti 2018. Bibcode : 2018BpJ...115..642N . DOI : 10.1016/j.bpj.2018.07.005 . PMID  30037495 .
  17. ↑ Biokemi. — John Wiley & Sons. — ISBN 9780470570951 .
  18. ↑ Kimballs biologisidor Arkiverade av {{{2}}}. cellmembran
  19. ↑ Bakterier i biologi, bioteknik och medicin. - Wiley, 1999. - ISBN 978-0-471-98880-9 .