Моделирование третичной структуры белка

Приветствую вас дорогие пользователи и это моя первая статья по биоинформатике, надеюсь, что она окажется для вас полезной.

Моделирование третичной (пространственной) структуры белка — одна из наиболее важных задач биоинформатики. Со времен возникновения биохимии, ученым удалось установить множество закономерностей, благодаря которым стало возможным вычислять строение и структуру белков. Однако химические и биологические свойства белков изучаются эмпирически (путем проведения лабораторных экспериментов). До сих пор, четкая корреляция между строением белковых молекул и их свойствами не выявлена. 3D-модели в будущем помогут эффективно сопоставлять теоретические и эмпирические данные, чтобы создавать искусственные белки с необходимым набором свойств.

О СТРУКТУРАХ БЕЛКОВ

На сегодняшний день, известно об официальном существовании первичной, вторичной, третичной (глобулой) и четвертичной структурах белков. Однако четвертичную структуру можно отнести к взаимодействиям между различными глобулами, поэтому она будет интересовать нас в меньшей мере.

Известно 20 видов аминокислот, которые в строительстве всех белков живых организмов.

В большинстве литературы можно встретить трехбуквенное обозначение название аминокислоты, но в биоинформатике принято использовать однобуквенную номенклатуру (FASTA-формат) для работы с наиболее перспективными программами.

A alanine
B aspartate or asparagine
C cystine
D aspartate
E glutamate
F phenylalanine
G glycine
H histidine
I isoleucine
K lysine
L leucine
M methionine
N asparagine
P proline
Q glutamine
R arginine
S serine
T threonine
U selenocysteine
V valine
W tryptophan
Y tyrosine
X any
Z glutamate or glutamine
* translation stop
- gap of indeterminate length

Обратите внимание! Несмотря на то, что количество аминокислот 20, для FASTA-формата работают все буквы английского алфавита (кроме O и J), а также два специальных символа (* и -).
B — либо аспарагин, либо аспарагиновая кислота (аспартат) в случае неопределенности;
U — селеноцистеин;
X — любая аминокислота в случае неопределенности;
Z — либо глутамин, либо глутаминовая кислота (глутамат) в случае неопределенности.

Процесс моделирования

Главной сложностью в моделировании белков является, безусловно, не построение самой трехмерной модели, а определение истинной конформации исследуемого белка. Дело в том, что в 1968 году Сайрус Левинталь вычислил, что для белка, который имеет 100 аминокислотных остатков существует приблизительно 100 в сотой степени конформаций. При это за ничтожное время (10 в -13 степени секунды), аминокислотная цепь формирует наиболее энергетически выгодный вариант. Данное явление до сих пор не находит объяснения, что является основным камнем преткновения в моделировании беловых молекул. Именно по этому, построение производится на основании гомологов из базы данных, 3D структуры которых выявлены эмпирически. Однако даже сравнение со всеми гомологами требует огромного количества времени и скорости работы системы. Именно поэтому, выгодно использовать для перебора возможных конформаций специальные сервисы, которые работают через суперкомпьютеры, предназначенные для выполнения подобных задач.

Построение модели третичной структуры белка на примере пермеазы rhodobacter sphaeroides

Пермеазы — ферментоподобные белки бактерий, участвующие в транспорте метаболитов, находятся в периплазме микробной клетки. Эти белки участвуют в облегчённой диффузии веществ в клетку бактерии. Этим путём в клетку поступает ограниченное количество соединений. Выбранный мною белок является переносчиком гидроксамата железа в клетке Rhodobacter sphaeroides.

Для построения использовался сервис I-TASSER

Работа производилась следующим образом:
1) Поиск белка по базе NCBI дал информацию о его последовательности:


MSRPAQLALAGVGLLAAALWAWAAVGLLPPGSWPSLPFRAEAMSLEQILLAFGLMPRGTVALLAGAALGLSGALLQTVLRNPVADPTTLGISSGAQLALVLSTIFAPTLLVDGRWPVAMAGAALAAALVLAVGARRAFAPVTMVIVGMLVGLTSSAIATALTLAQGEYLLSLVIWNGGSLVQQDWSGVRALALVLASGGLAAALLARPLRVLSLGAEGAASLGLRVAAVRLAGIAVAVILAGSVSAELGLIGFVGLAGPALARSLGARTIPERLMLSSLIGALLLSLCDGVVLTVAGASGEMFPTGALTGLIGGPLLIWLLPRLRGSTPPGTEAAEGPAVRLARPRPVLLALAATLVAVSLALVWIGRVPGGWVILDTQSFADFLPMRLPRLIAAASAGAALATAGALLQRLTGNPLASPEVLGVSGGAALGYALAIYLVAAPTAPLLHGATMAGGVIALALVAAYLLRREMPAERILLAGIAVSALASAVLSAMMASGDARSWAVLAWLSGSSSAVLMPGALALAAVALTLWAAALATARWLAILPLGPGVAGGLGLPLRRARVALILLAGLATGAATVLVGPLSFVGLMAPHMARRAGLARPAHHVTGAALIGALLMLLADFGARVAGFPYELPLGLFASLIGAPWLLWLLMRANR

2) Последовательность была загружена на сайт, где она анализировалась суперкомпьютерами сервиса в течение 86 часов;
3) В результате был получено 5 файлов наиболее вероятной третичной структуры данного белка, представленных в иерархическом порядке в формате pdb (Protein Date Bank). Он содержал информацию о каждой аминокислоте, об их электроотрицательности, энергии связей и т.д.;
4) С помощью специальных программ, такие как: Jmol, QuteMol, Unipro UGENE и т.д. можно было увидеть модель, составленную на основе полученного файла в формате pdb.

Вот так выглядит модель третичной структуры этого белка:



5) Кроме того, на сервисе http://zhanglab.ccmb.med.umich.edu/I-TASSER существует возможность определить элементы вторичной структуры уже в построенной глобуле.

Результат данной работы:


Заключение

Как уже было сказано ранее, связь строения белковых молекул с их функциями еще не обнаружена. Поэтому, со временем, анализ компьютерных моделей белка и свойств природных белков, позволит установить зависимость, которая сможет стать причиной революции в молекулярной биологии. Когда это случится, человечество:
— сможет синтезировать антибиотики, которые будут специфичны к конкретному виду микроорганизма;
— появится возможность подробно изучать принцип работы ферментов, белковых гормонов и т.д.;
— появится возможность изучения метаболического пути, начиная от гена и заканчивая фенотипическим признаком;
— и т.д.

Комментарии

 
0 #15 rang-tsom 12.05.2020 10:27
РєРѕРјСѓ нельзя СЂР°Р±РѕС‚Р°С‚С Њ СЃ 28 марта
личная карточка (форма Т-2),
работник обязательно должен пройти первичный инструктаж по технике безопасности и охране труда и инструктаж на рабочем месте, о чем в специальном журнале делается соответствующая запись.
можно ли шуметь РІ выходныРµ
Какие условия должен обязательно содержать трудовой договор?
можно ли новорожденного ребенка РїСЂРѕРїРёСЃР°С ‚СЊ
Единая форма трудового договора, которая могла бы применяться при их заключении любыми работодателями с любыми работниками, действующим законодательств ом не предусмотрена. Тем не менее статья 57 ТК предписывает, что любой трудовой договор должен содержать следующие условия:
Фамилия, имя, отчество работника и наименование работодателя (фамилия, имя, отчество работодателя - физического лица), заключивших трудовой договор,
 
 
0 #14 bubomimb 06.05.2020 14:29
свечи для беременных от инфекций
Сейчас ваш малыш размером с инжир.

Средние размеры плодного яйца в первом триместре беременности.
поделки осень детские
Внутренний диаметр (мм) - 65.

от молочницы реклама
Площадь (мм2) - 3072.
https://bubblemom.ru - Беременность, роды, мама и дети. Календарь беременности по неделям

Объем (мм3) - 131070.
 
 
0 #13 bubomimb 02.04.2020 06:24
дешевое от молочницы
7 недель беременности.

8 недель беременности.
таблетки от молочницы недорогие
9 недель беременности.

недорогие таблетки при молочнице
10 недель беременности.
https://bubblemom.ru - Беременность, роды, мама и дети. Календарь беременности по неделям

11 недель беременности.
 
 
0 #12 Mediccareomimb 20.03.2020 17:51
дцп и наследственност ь
К симптомам заболевания относится увеличенный размер околоушных слюнных желез, лимфоузлы также увеличиваются.
Появляется краснота в горле, возникает боль при жевании, поднимается температура.
цинга симптомы причины
Заболевание начинает развиваться после попадания вируса на слизистую оболочку носоглотки и ротовой полости, затем инфекция проникает в кровь.
зачем нужна вода для человека
Свинка вызывает поражение околоушных слюнных желез, поджелудочной железы, яичек.
Эпидемическому паротиту подвержены дети в возрасте от года до 15 лет.
 
 
0 #11 Mediccareomimb 13.03.2020 21:16
ноопепт применение отзывы
Сустав массируют с разных сторон, применяя приемы кругового поглаживания большими пальцами обеих рук и спиралевидного растирания.
Массаж плеча начинается с поглаживания, причем массажист обеими кистями рук обхватывает плечо пациента.
врач на букву л
Немного разогрев мышцы плеча, специалист переходит к полукружному растиранию.
от чего бывает упадок сил
Следующий этап мягкое разминание.
Сеанс завершается приемом валяния.
 
 
0 #10 Mediccareomimb 07.03.2020 22:17
нижнее давление 53
Инкубационный период обычно короткий, составляя от одного до четырех дней.
Вирусы, начинают распространятьс я от инфицированного человека до того, как появятся симптомы и распространение достигает пика во время симптоматическо й фазы.
медведка опасна ли для человека
Существует такое разнообразие вирусов, взывающих простуду, что человек практически не может выработать иммунитет к простуде.
таурин аминокислота для чего
На сегодняшний день не существует лекарств, которые бы существенно сократили продолжительнос ть болезни, а большая часть лечения направлена на то, чтобы смягчить симптомы.
ГОВОРЯЩИЕ НАЗВАНИЯ БОЛЕЗНЕЙ.
 
 
0 #9 exilliumsom 02.03.2020 06:29
Здесь круглый год стоит теплая тропическая погода средняя температура воздуха 27,4С.
Пляж Whitehaven Beach как и остров Whitesunday, на котором он расположен, имеет статус национального парка Австралии, потому на этом острове нет не одного отеля, а вот необыкновенно красивых птиц не один десяток.
южная озереевка
Все туристы останавливаются на соседних островах, а потом на лодках плывут на этот фантастический пляж.
12 Куба Varadero.
анапа пингвинарий официальный сайт - https://allbriz.ru/lazarevskoe/guide/pingvinarij-morskaya-zvezda/
 
 
0 #8 Mediccareomimb 28.02.2020 19:05
паркет и его цена
Секвестранты желчных кислот, использующиеся для снижения уровня холестерина путем предотвращения реабсорбции желчных кислот также могут уменьшить поглощение витамина К и других жирорастворимых витаминов, хотя клиническая значимость этого эффекта не ясна.
Похожий эффект могут иметь препараты для похудения, которые ингибируют поглощение организмом жиров, соответственно, и жирорастворимых витаминов 4 .
что такое переохлаждения
Мы собрали самые важные моменты о витамине К в этой иллюстрации и будем благодарны, если вы поделитесь картинкой в социальной сети или блоге, с ссылкой на эту страницу .
что такое аднексит и как его лечить
Vitamin K, источник Ferland G.
The Discovery of Vitamin K and Its Clinical Applications.
 
 
0 #7 exilliumsom 23.02.2020 22:06
Судя по отзывам, многие из них в Абхазии нуждаются в тщательном ремонте.
Бюджетный отпуск в Турции.
южная озереевка
Решая, куда лучше ехать на море, впечатляющее число туристов из России выбирают курорты Турции.
И не зря, ведь именно эта страна предлагает лучшее соотношение цены и качества.
карта ейска с улицами и домами подробно - https://allbriz.ru/eysk/map/
 
 
0 #6 KennethPreep 01.02.2020 16:55
алкоголь с доставкой
Новым пользователям необходимо зарегистрироват ься.Россия - Алкогольные напитки - интернет магазин.

Водка «Абсолвент» Водка «39 Регион»
водка в канистрах 5 литров в санкт петербурге цена
есталка» расположен завод в городе Черняховске Калининградской области. Сегодня он выпускает следующие виды продукции: - итальянские игристые вина.

алкоголь недорого спб
Производство и торговля.
алкоголь недорого спб - Алкоголь в канистрах в спб.

Производство и торговля.
 

Comments are now closed for this entry