Lecture7(01mar2011)

1. Немцева Елена Владимировна Биология клетки: биофизика Сибирский федеральный университет Институт фундаментальной биологии и биотехнологии 2011 7

2. Лекция 7 Пространственное строени е биополимеров

3. Конформация звена полипептида характеризуется тремя углами:  ,  ,  Однако, частично двойной характер пептидной связи препятствует вращению вокруг нее:  = const=180  . В полипептидной цепи имеет место только попарное кооперативное взаимодействие при вращении вокруг единичных связей при одном  -атоме . Повторение Общее выражение для конформационной энергии Пространственное строение биополимеров 1

4. Из-за жесткости транс- формы С'=N связи и из-за того, что в ней C  -атомы соседних по цепи аминокислот довольно далеко отстоят друг от друга, соседние по цепи остатки могут менять свою конформацию почти независимо друг от друга. Но внутри остатка вращения по углам  и  взаимосвязаны. Изображенные в координатах (  ,  ) "разрешенные" и "запрещенные" конформации остатка называются картами Рамачандрана . Конформационная энергия полипептида Стерическая карта (карта Рамачандрана) поли -L- аланина . Пунктиром обведены контактные положения, в которых сплошной линией показаны области равновесных положений Пространственное строение биополимеров 2

5. Изображенные в координатах (  ,  ) "разрешенные" и "запрещенные" конформации остатка называются картами Рамачандрана . Конформационная энергия полипептида Пространственное строение биополимеров 3

6. Общее выражение для конформационной энергии Конформационная энергия полипептида Пространственное строение биополимеров 4

7. В какой степени уникальность конформации белка определяется первичной аминокислотной последовательностью 1) Насколько детерминирован процесс укладки цепи в нативную форму? 2) Возможна ли укладка случайной последовательности остатков в структуру, подобную нативной структуре белка? 3) Каким образом возникли и были закреплены в ходе эволюции существующие природные первичные последовательности аминокислотных остатков? Предсказание пространственной организации белков ? ? Методы предсказания вторичной и третичной структуры белка на основе аминокислотной последовательности Эмпирический Физическое моделирование Пространственное строение биополимеров 5

8. Предсказание пространственной организации белков Эмпирические правила, отражающие связь первичной структуры со вторичной и третичной Полярные группы – на поверхности Неполярные – внутри глобулы На поверхности  -спиралей и  -структур – также гидрофобные области Внутримолекулярные водородные связи между пептидами максимально насыщены. Статистические данные о частоте появления а.о. в  - и  -структурах. Пространственное строение биополимеров 6

9. Предсказание пространственной организации белков Иерархия  последовательность стадий сворачивания белка Пространственное строение биополимеров 7

10. Шаблоны  -спирали, петли,  -структуры и  -изгиба — те остатки, которые стабилизируют их или их отдельные части. "+" означает все положительно заряженные аминокислоты, "-" — все отрицательно заряженные, "+ -" — все аминокислоты с диполем в боковой цепи. Показан также стабилизирующий  - и  -структуру порядок чередования гидрофобных групп в цепи (см. нумерованные группы). Такого типа чередование приводит также к образованию гидрофобных и полярных поверхностей  a-спиралей и  -тяжей. Предсказание пространственной организации белков Пространственное строение биополимеров 8

11. Предсказание пространственной организации белков Метод физического моделирования Поэтапная оценка взаимодействия валентно несвязанных атомов между собой и с растворителем На первом этапе расчета – оценивают набор низкоэнергетических состояний свободных остатков. Расчет низкоэнергетических состояний ди- и три-пептидв. Конформационный анализ более сложных олигопептидов методом последовательного увеличения цепи на один остаток. Пространственное строение биополимеров 9

12. Предсказание пространственной организации белков Пространственное строение биополимеров 10

15. Пространственная организация нуклеиновых кислот Пространственное строение биополимеров 13

18. Пространственная организация нуклеиновых кислот Пространственное строение биополимеров 16

20. Пространственная организация нуклеиновых кислот Пространственное строение биополимеров 18

21. 2 . Какова причина наличия «запрещенных зон» на картах Рамачандрана? Вопросы для самоконтроля по теме 3 . Какие существуют методы для предсказания вторичной и третичной структуры полипептида по первичной последовательности аминокислот? 4 . Что такое шаблон  -спирали, петли,  -структуры? 5 . Какие параметры используют для описания пространственной структуры ДНК? 1 . Что такое «карта Рамачандрана»? 5 . Чем различаются вторичные структуры А и В форм ДНК? В чем причина различий? Пространственное строение биополимеров 19