Основы строения белка

Основы
строения белка
Август, 2006
Токийский Научный Университет
Тадаси Андо
Наша жизнь поддерживается молекулярными
взаимосвязанными системами
Молекулярная
взаимосвязанная
система в клетке
(Взято ExPASy Biochemical Pathways; http://www.expasy.org/cgi-bin/show_thumbnails.pl?2)
Белки играют ключевую
роль в живой системе
Примеры функций белка
Алкогольдегидрогеназа
окисляет спирт
до альдегида
или кетонов
Каталитическая:
Почти все химические реакции в
клетках идут при помощи
белковых ферментов.
Транспортная:
Некоторые белки переносят
разнообразные вещества, такие
как кислород, ионы и т.д.
Информационная:
Например, гормоны.
Гемоглобин
переносит
кислород
Исулин
контролирует
уровень сахара
в крови
Аминокислота: Основной
структурный элемент белка
R
NH3
+
C
Аминогруппа
H
COO
Карбоксильная
группа
Общая формула
аминокислоты
Разные боковые
цепочки R,
определяют
свойства 20
аминокислот.
20 Аминокислот
Глицин (G)
Аланин (A)
Валин (V)
Изолейцин
(I)
Лейцин (L)
Пролин (P)
Метионин (M)
Фенилаланин (F)
Триптофан (W)
Аспарагин (N)
Глутамин (Q)
Серин (S)
Треонин (T)
Тирозин (Y)
Цистеин (C)
Аспарагиновая
кислота (D)
Глютаминовая
кислота (E)
Лизин (K)
Аргинин (R)
Гистидин (H)
Белым: Гидрофобные, Зеленым: Гидрофильные, Красным: Кислые, Голубым: Основные
Белок это линейный полимер
из аминокислот
R1
R2
NH3＋ C COO ＋ NH3＋ C COO ＋
ー
ー
Карбоксильная группа
H
H
связывается с
H 2O
аминогруппой и
высвобождается
молекула воды
H 2O
R1
R2
R3
NH3＋ C CO NH C CO NH C CO
H
A
F
Peptide
bond
G
N
S
Peptide
bond
H
T
D
K
G
H
S
A
Последовательность
аминокислот
называется первичной
структурой
Аминокислотная последовательность
закодирована в гене последовательностью
оснований ДНК
Молекула
ДНК
＝
・
G
C
G
C
T
T
A
A
G
C
G
C
・
・
C
G
C
G
A
A
T
T
C
G
C
G
・
Последовательность
оснований
ДНК
Аминокислотная последовательность
закодирована в гене последовательностью
оснований ДНК
T
T
A
G
Phe
Leu
Leu
Ile
Met
Val
TCT
TCC
TCA
TCG
CCT
CCC
CCA
CCG
ACT
ACC
ACA
ACG
GCT
GCC
GCA
GCG
Ser
Pro
Thr
Ala
TAT
TAC
TAA
TAG
CAT
CAC
CAA
CAG
AAT
AAC
AAA
AAG
GAT
GAC
GAA
GAG
G
Tyr
Stop
His
Gln
Asn
Lys
Asp
Glu
TGT
TGC
TGA
TGG
CGT
CGC
CGA
CGG
AGT
AGC
AGA
AGG
GGT
GGC
GGA
GGG
Cys
Stop
Trp
Arg
Ser
Arg
Gly
T
C
A
G
T
C
A
G
T
C
A
G
T
C
A
G
Третья буква
Первая буква
C
TTT
TTC
TTA
TTG
CTT
CTC
CTA
CTG
ATT
ATC
ATA
ATG
GTT
GTC
GTA
GTG
C
Вторая буква
A
Ген это матрица белка,
геном это матрица жизни
ДНК
Геном
Ген
Белок
Ген
Ген
Ген
Ген
Ген
Ген
Ген
Ген
Ген
Ген
Ген
Ген
Ген
Ген
Белок
Белок
Белок
PБелок
Белок
Белок
Белок
Белок
Белок
Белок
Белок
Белок
Белок
Белок
Ген это матрица белка,
геном это матрица жизни
Путь гликолиза и
глюконеогенеза
Геном
Ген
Ген
Ген
Ген
ген
Ген
Ген
Ген
Ген
Ген
Ген
Ген
Ген
Ген
Белок
Белок
Белок
Белок
Белок
Белок
Белок
Белок
Белок
Белок
Белок
Белок
Белок
Белок
В 2003 году расшифрован
геном человека!
Геном это совокупность генов, кодирующих все белки
организма.
В 2003 году полностью был расшифрован геном
человека. Геном человека содержит около 3
миллиардов пар нуклеотидов. А количество генов
лежит в пределах между 20 000 и 25 000.
Различие между геномом человека и геномом
шимпанзе составляет только 1.23%!
3 миллиарда пар нуклеотидов => 6
Гбукв
&
1 буква => 1 байт
Весь геном умещается на 10 дисках
CD-ROM!
У каждого белка уникальная
трехмерная структура
Последовательность
аминокислот
NLKTEWPELVGKSVEE
AKKVILQDKPEAQIIVL
PVGTIVTMEYRIDRVR
LFVDKLDNIAEVPRVG
Сворачивание в
структуру!
Основные варианты структур
белка: Вторичная структура
α-спираль
β-слой
Вторичные структуры, αспираль и β-слой, имеют
упорядоченные
водородные связи
Трехмерная структура белка
Третичная
структура
Четвертичная структура
Многоуровневая организация
белковой молекулы
Первичная структура (Последовательность (цепочка)
аминокислот)
↓
Вторичная структура （α-спираль, β-слой）
↓
Третичная структура （Трехмерная структура, при
дальнейшей сборке белка с вторичными
структурами）
↓
Четвертичная стурктура （Структура, собранная из
более чем одной цепочки аминокислот）
Тесная зависимость между трехмерной
структурой белка и его функцией
Пример ферментной
процесса
ферме
нт
A
субстраты
ферме
нт
B
Конгруэнтный
субстрату А
enzyme
Переварив
ание А!
A
Связывание А
Гормональные
рецепторы
Антитела
Предопределение трехмерной формы
белка было недостижимой задачей с
середины прошлого столетия до сих пор
“Можем ли мы определить
трехмерную форму белка по его
аминокислотной
последовательности?”
Сейчас это пока невозможно!
Заключение
Белки это ключевые игроки любой живой системы.
Белки это полимеры, состоящие из 20 разных
аминокислот.
Каждый белок собирается в уникальную
трехмерную структуру, определяемую его
аминокислотной последовательностью.
Белок имеет иерархическое построение своей
формы.
Трехмерная структура белка тесно связана с его
функцией.
Предопределение трехмерной формы белка будет
грандиозным открытием вычислительной биологии.