Cấu trúc protein

Protein được tổ chức theo thứ bậc, từ trình tự axit amin đến các tập hợp đa tiểu đơn vị, và kiến trúc này là yếu tố mang lại cho mỗi protein chức năng cụ thể của nó.

Definition

Cấu trúc protein là sự sắp xếp không gian của các nguyên tử trong một chuỗi polypeptide, được mô tả ở bốn cấp độ: trình tự bậc một, các yếu tố bậc hai như xoắn alpha và tấm beta, nếp gấp ba chiều bậc ba của một chuỗi đơn, và sự liên kết bậc bốn của các tiểu đơn vị.

Scope

Chủ đề này bao gồm bốn cấp độ cấu trúc protein thông thường—bậc một (trình tự), bậc hai (các mô hình liên kết hydro cục bộ), bậc ba (nếp gấp hoàn chỉnh của một chuỗi) và bậc bốn (sự lắp ráp của nhiều chuỗi)—cùng với các liên kết và tương tác xác định từng cấp độ và các phương pháp thực nghiệm được sử dụng để xác định cấu trúc.

Core questions

• Yếu tố nào ổn định xoắn alpha và tấm beta?
• Làm thế nào mà trình tự bậc một đủ để xác định nếp gấp bậc ba?
• Sự khác biệt giữa protein dạng sợi và protein dạng cầu là gì?
• Cấu trúc protein được xác định bằng thực nghiệm như thế nào?

Key theories

Các cấu trúc bậc hai liên kết hydro

Pauling và Corey đã dự đoán xoắn alpha và tấm beta từ tính phẳng của liên kết peptide và hình học của liên kết hydro khung xương, trước khi cả hai được quan sát, thiết lập cơ sở vật lý của cấu trúc bậc hai đều đặn.

Mechanisms

Liên kết peptide có dạng phẳng và có một phần liên kết đôi, hạn chế sự quay của khung xương ở các góc nhị diện phi và psi được biểu diễn bằng biểu đồ Ramachandran. Các cấu trúc bậc hai hình thành khi các nhóm amide và carbonyl của khung xương liên kết hydro theo các mô hình đều đặn; cấu trúc bậc ba được ổn định bởi hiệu ứng kỵ nước làm chôn vùi các chuỗi bên không phân cực, cộng với các liên kết hydro, cầu muối, tiếp xúc van der Waals và đôi khi là các liên kết disulfide.

Clinical relevance

Việc xác định cấu trúc bằng tinh thể học tia X, NMR và kính hiển vi điện tử đông lạnh là nền tảng cho thiết kế dựa trên cấu trúc trong hóa học và khoa học vật liệu; dự đoán cấu trúc bằng máy tính đã trở thành một công cụ quan trọng để liên hệ trình tự với nếp gấp. Cách xử lý này mang tính mô tả, không mang tính quy định.

History

Xoắn alpha và tấm beta được Pauling và Corey đề xuất vào năm 1951; cấu trúc myoglobin năm 1958 của Kendrew là mô hình protein có độ phân giải nguyên tử đầu tiên, tiếp theo ngay sau đó là hemoglobin của Perutz, xác nhận các cấu trúc bậc hai đã được dự đoán và khởi đầu ngành sinh học cấu trúc.

Key figures

• Linus Pauling
• Robert Corey
• John Kendrew
• Max Perutz
• G. N. Ramachandran

Seminal works

• pauling1951
• kendrew1958
• nelson2021

Frequently asked questions

Sự khác biệt giữa xoắn alpha và tấm beta là gì?

Xoắn alpha là một chuỗi đơn cuộn lại với các liên kết hydro trong cùng một đoạn khung xương, trong khi tấm beta sắp xếp các sợi kéo dài cạnh nhau, liên kết hydro giữa các sợi.

Tại sao liên kết peptide lại phẳng?

Cộng hưởng mang lại cho liên kết peptide C–N đặc tính liên kết đôi một phần, ngăn cản sự quay quanh nó và giữ sáu nguyên tử của đơn vị peptide trong một mặt phẳng.