आणविक और संरचनात्मक बायोफिज़िक्स
रासायनिक बंधों, दुर्बल अंतःक्रियाओं और तापीय गति का भौतिकी किस प्रकार प्रोटीन और न्यूक्लिक एसिड की त्रि-आयामी संरचनाओं और उनके वलन और बंधन की ऊर्जा को आकार देता है।
Definition
आणविक और संरचनात्मक बायोफिज़िक्स भौतिक बलों, ऊर्जा और गतिकी का अध्ययन है जो जैविक मैक्रोमोलेक्यूल्स की संरचनाओं और उनके बीच की अंतःक्रियाओं को निर्धारित करते हैं।
Scope
यह क्षेत्र उन भौतिक सिद्धांतों को शामिल करता है जो जैविक मैक्रोमोलेक्यूल्स को नियंत्रित करते हैं: एक पॉलीपेप्टाइड श्रृंखला एक परिभाषित मूल संरचना में कैसे वलित होती है, उस संरचना को प्रयोगात्मक रूप से कैसे निर्धारित किया जाता है, मैक्रोमोलेक्यूल्स एक-दूसरे को कैसे पहचानते और बांधते हैं, और कैसे संरूपणात्मक गति उनके कार्य को रेखांकित करती है। यह संरचना और ऊर्जा को मात्रात्मक रूप से मानता है, जिसमें ऊष्मागतिकी, सांख्यिकीय यांत्रिकी और संरचनात्मक जीव विज्ञान के तरीकों का उपयोग किया जाता है, जबकि जीव-स्तर के जीव विज्ञान को अन्य क्षेत्रों के लिए छोड़ दिया जाता है।
Sub-topics
Core questions
- एक अमीनो एसिड अनुक्रम एक विशेष मूल संरचना में क्यों वलित होता है?
- मैक्रोमोलेक्यूल्स की परमाणु-संकल्प संरचनाओं को प्रयोगात्मक रूप से कैसे निर्धारित किया जाता है?
- कौन से बल मैक्रोमोलेक्यूलर बंधन की शक्ति और विशिष्टता को निर्धारित करते हैं?
- संरचनात्मक गतियां संरचना को जैविक कार्य से कैसे जोड़ती हैं?
Key theories
- वलन की ऊष्मागतिक परिकल्पना
- एंफिन्सन का सिद्धांत कि एक प्रोटीन की मूल संरचना शारीरिक स्थितियों के तहत सबसे कम मुक्त ऊर्जा का संरूपण है और पूरी तरह से इसके अमीनो एसिड अनुक्रम द्वारा एन्कोड की जाती है।
- मैक्रोमोलेक्यूल्स का मुक्त-ऊर्जा परिदृश्य
- मैक्रोमोलेक्यूलर अवस्थाओं और संक्रमणों को एक बहुआयामी मुक्त-ऊर्जा सतह पर गति के रूप में वर्णित किया जाता है, इसलिए वलन, बंधन और संरूपणात्मक परिवर्तन ऊर्जा न्यूनतम के बीच उतरने और आदान-प्रदान के अनुरूप होते हैं।
Mechanisms
एक वलित मैक्रोमोलेक्यूल की स्थिरता बड़े, लगभग रद्द करने वाले एन्थैल्पिक और एन्ट्रोपिक योगदानों का एक संतुलन है: हाइड्रोजन बंध, वैन डेर वाल्स पैकिंग, इलेक्ट्रोस्टैटिक्स, और विशेष रूप से हाइड्रोफोबिक प्रभाव जो गैर-ध्रुवीय समूहों को पानी से दूर रखता है। वही कमजोर, प्रतिवर्ती अंतःक्रियाएं, एक पूरक इंटरफ़ेस पर योग की जाती हैं, बंधन को इसकी आत्मीयता और विशिष्टता देती हैं, जबकि kBT के क्रम की तापीय ऊर्जा प्रणाली को सुलभ संरूपणों के बीच उतार-चढ़ाव करती रहती है। एक्स-रे क्रिस्टलोग्राफी जैसी संरचनात्मक विधियों ने पहली बार इन व्यवस्थाओं को परमाणु संकल्प पर दृश्यमान बनाया।
Clinical relevance
चूंकि गलत वलन और असामान्य मैक्रोमोलेक्यूलर अंतःक्रियाएं कई रोग प्रक्रियाओं को रेखांकित करती हैं, और क्योंकि अधिकांश दवाएं एक मैक्रोमोलेक्यूलर लक्ष्य को बांधकर कार्य करती हैं, यहां विकसित संरचना और बंधन की भौतिक समझ संरचनात्मक जीव विज्ञान और आणविक औषध विज्ञान को सूचित करती है। उपचार वर्णनात्मक और शैक्षिक है, न कि नैदानिक सलाह।
History
पॉलिंग का रासायनिक बंध और द्वितीयक-संरचना तत्वों पर काम, केंड्रू और पेरुत्ज़ द्वारा मायोग्लोबिन और हीमोग्लोबिन की पहली परमाणु-संकल्प प्रोटीन संरचनाएं, और एंफिन्सन के पुनर्वलन प्रयोगों ने मिलकर यह स्थापित किया कि मैक्रोमोलेक्यूलर संरचना एक भौतिक रूप से निर्धारित, अनुक्रम-एन्कोडेड संपत्ति है, जिसने आधुनिक संरचनात्मक बायोफिज़िक्स की स्थापना की।
Key figures
- Christian Anfinsen
- John Kendrew
- Max Perutz
- Linus Pauling
Related topics
Seminal works
- anfinsen1973
- kendrew1958
- phillips2012
Frequently asked questions
- आणविक बायोफिज़िक्स और जैव रसायन के बीच क्या अंतर है?
- वे भारी रूप से ओवरलैप करते हैं, लेकिन आणविक बायोफिज़िक्स मैक्रोमोलेक्यूलर व्यवहार के पीछे भौतिक बलों, ऊर्जा और गतिकी पर जोर देता है, अक्सर मात्रात्मक भौतिक मॉडल और संरचनात्मक तरीकों का उपयोग करता है, जबकि जैव रसायन रासायनिक प्रतिक्रियाओं और मार्गों पर जोर देता है।
- प्रोटीन वलन के लिए हाइड्रोफोबिक प्रभाव इतना महत्वपूर्ण क्यों है?
- गैर-ध्रुवीय साइड चेन को पानी से दूर रखने से व्यवस्थित पानी के अणु मुक्त होते हैं और सिस्टम की एन्ट्रापी बढ़ जाती है, जिससे एक श्रृंखला को एक कॉम्पैक्ट वलित अवस्था में ढहाने के लिए बहुत अधिक प्रेरक बल मिलता है।