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;

Белки играют ключевую роль в живой системе Примеры функций белка 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. Алкоголь- дегидрогеназа окисляет спирт до альдегида или кетонов Гемоглобин переносит кислород Исулин контролирует уровень сахара в крови

Аминокислота: Основной структурный элемент белка COO - NH 3 + C R H Общая формула аминокислоты Разные боковые цепочки R, определяют свойства 20 аминокислот. Аминогруппа Карбоксильная группа

20 Аминокислот Глицин (G) Глютаминовая кислота (E) Аспарагиновая кислота (D) Метионин (M) Треонин (T) Серин (S) Глутамин (Q) Аспарагин (N) Триптофан (W) Фенилаланин (F) Цистеин (C) Пролин (P) Лейцин (L) Изолейцин (I) Валин (V) Аланин (A) Гистидин (H) Лизин (K) Тирозин (Y) Аргинин (R) Белым: Гидрофобные, Зеленым: Гидрофильные, Красным: Кислые, Голубым: Основные

Белок это линейный полимер из аминокислот R1R1 NH 3 C CO H R2R2 NH C CO H R3R3 NH CCO H R2R2 NH 3 C COO H R1R1 NH 3 C COO H H2OH2O H2OH2O Peptide bond Последовательность аминокислот называется первичной структурой AA F N G G S T S D K Карбоксильная группа связывается с аминогруппой и высвобождается молекула воды

Аминокислотная последовательность закодирована в гене последовательностью оснований ДНК C G C G A T C G C G G C G C T A G C G C Молекула ДНК Последова- тельность оснований ДНК

Аминокислотная последовательность закодирована в гене последовательностью оснований ДНК Вторая буква TCAG Первая буква T TTT Phe TCT Ser TAT Tyr TGT Cys T Третья буква TTCTCCTACTGCC TTA Leu TCATAA Stop TGA Stop A TTGTCGTAGTGG Trp G C CTT Leu CCT Pro CAT His CGT Arg T CTCCCCCACCGCC CTACCACAA Gln CGAA CTGCCGCAGCGGG A ATT Ile ACT Thr AAT Asn AGT Ser T ATCACCAACAGCC ATAACAAAA Lys AGA Arg A ATG Met ACGAAGAGGG G GTT Val GCT Ala GAT Asp GGT Gly T GTCGCCGACGGCC GTAGCAGAA Glu GGAA GTGGCGGAGGGGG

Ген это матрица белка, геном это матрица жизни Ген Геном ДНК Белок Ген Белок PБелок Белок

Ген это матрица белка, геном это матрица жизни Геном Ген ген Ген Белок Путь гликолиза и глюконеогенеза

3 миллиарда пар нуклеотидов => 6 Гбукв & 1 буква => 1 байт Весь геном умещается на 10 дисках CD-ROM! 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 и Различие между геномом человека и геномом шимпанзе составляет только 1.23%!

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, α- спираль 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 структура Структура, собранная из более чем одной цепочки аминокислот

Тесная зависимость между трехмерной структурой белка и его функцией ферме нт A B A Связывание А Переварив ание А! ферме нт Конгруэнтный субстрату А Гормональные рецепторы Антитела Пример ферментной процесса enzyme субстраты

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.