Eiwitdynamiek: verschil tussen versies

Uit Wikipedia, de vrije encyclopedie
Interactief door geschiedenis bladeren
← Oudere bewerkingNieuwere bewerking →
Verwijderde inhoud Toegevoegde inhoud
VisueelWikitekst
Regel 15: Regel 15:
{{cite journal | vauthors = Davis IW, Arendall WB, Richardson DC, Richardson JS | title = The backrub motion: how protein backbone shrugs when a sidechain dances | journal = Structure | volume = 14 | issue = 2 | pages = 265–274 | date = Feb 2006 | pmid = 16472746 | doi = 10.1016/j.str.2005.10.007 | doi-access = free }}</ref> vooral wanneer [[diffractie]]gegevens worden verzameld bij kamertemperatuur in plaats van bij de traditionele [[Cryogeen|cryogene]] temperatuur (meestal nabij 100 K).<ref>
{{cite journal | vauthors = Davis IW, Arendall WB, Richardson DC, Richardson JS | title = The backrub motion: how protein backbone shrugs when a sidechain dances | journal = Structure | volume = 14 | issue = 2 | pages = 265–274 | date = Feb 2006 | pmid = 16472746 | doi = 10.1016/j.str.2005.10.007 | doi-access = free }}</ref> vooral wanneer [[diffractie]]gegevens worden verzameld bij kamertemperatuur in plaats van bij de traditionele [[Cryogeen|cryogene]] temperatuur (meestal nabij 100 K).<ref>
{{cite journal | vauthors = Fraser JS, van den Bedem H, Samelson AJ, Lang PT, Holton JM, Echols N, Alber T | title = Accessing protein conformational ensembles using room-temperature X-ray crystallography | journal = Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America | volume = 108 | issue = 39 | pages = 16247–16252 | date = Sep 2011 | pmid = 21918110 | doi = 10.1073/pnas.1111325108 | pmc=3182744| bibcode = 2011PNAS..10816247F | doi-access = free }}</ref> Informatie over de frequentieverdeling en dynamiek van lokale eiwitflexibiliteit kan worden verkregen met behulp van [[Ramanspectroscopie|Raman-]] en optische [[Kerreffect|Kerr-effectspectroscopie]]<ref>{{cite journal | vauthors = Turton DA, Senn HM, Harwood T, Lapthorn AJ, Ellis EM, Wynne K | title = Terahertz underdamped vibrational motion governs protein-ligand binding in solution | journal = Nature Communications | volume = 5 | pages = 3999 | date = June 2014 | pmid = 24893252 | doi = 10.1038/ncomms4999 | doi-access = free | bibcode = 2014NatCo...5.3999T }}</ref>, evenals [[anisotropische terahertz microspectroscopie]]<ref>{{cite journal |last1=Acbas |first1=G.|last2=Niessen |first2=K. A. |last3=Snell |first3=E. H.|last4=Markelz |first4=A. G. |date=2014 |title= Protein Optical measurements of long-range protein vibrations|journal=Nature Communications |volume=5 | pages=3076| doi=10.1038/ncomms4076|pmid=24430203 |doi-access=free }}</ref> in het [[terahertz]]-frequentiedomein.
{{cite journal | vauthors = Fraser JS, van den Bedem H, Samelson AJ, Lang PT, Holton JM, Echols N, Alber T | title = Accessing protein conformational ensembles using room-temperature X-ray crystallography | journal = Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America | volume = 108 | issue = 39 | pages = 16247–16252 | date = Sep 2011 | pmid = 21918110 | doi = 10.1073/pnas.1111325108 | pmc=3182744| bibcode = 2011PNAS..10816247F | doi-access = free }}</ref> Informatie over de frequentieverdeling en dynamiek van lokale eiwitflexibiliteit kan worden verkregen met behulp van [[Ramanspectroscopie|Raman-]] en optische [[Kerreffect|Kerr-effectspectroscopie]]<ref>{{cite journal | vauthors = Turton DA, Senn HM, Harwood T, Lapthorn AJ, Ellis EM, Wynne K | title = Terahertz underdamped vibrational motion governs protein-ligand binding in solution | journal = Nature Communications | volume = 5 | pages = 3999 | date = June 2014 | pmid = 24893252 | doi = 10.1038/ncomms4999 | doi-access = free | bibcode = 2014NatCo...5.3999T }}</ref>, evenals [[anisotropische terahertz microspectroscopie]]<ref>{{cite journal |last1=Acbas |first1=G.|last2=Niessen |first2=K. A. |last3=Snell |first3=E. H.|last4=Markelz |first4=A. G. |date=2014 |title= Protein Optical measurements of long-range protein vibrations|journal=Nature Communications |volume=5 | pages=3076| doi=10.1038/ncomms4076|pmid=24430203 |doi-access=free }}</ref> in het [[terahertz]]-frequentiedomein.

== Regionale flexibiliteit: multi-residukoppeling binnen domeinen ==
[[Bestand:Catalase diverse alternate conformation network.jpg|thumb|Een netwerk van alternatieve conformaties in katalase (Protein Data Bank-code: 1gwe) met diverse eigenschappen. Meerdere fenomenen definiëren het netwerk: [[Vanderwaalskrachten|van der Waals]]-interacties (blauwe stippen en lijnsegmenten) tussen zijketens, een waterstofbrug (groene gestippelde lijn) door een gedeeltelijk bezet [[water]] (H<sub>2</sub>O) (bruin), koppeling via de lokaal mobiele ruggengraat (zwart), en misschien elektrostatische krachten tussen de Lys ([[lysine]]) (groen) en nabijgelegen polaire residuen (blauw: Glu, geel: Asp, paars: Ser). Dit specifieke netwerk bevindt zich distaal van de actieve site en is daarom vermoedelijk niet kritisch voor het functioneren.]]

Veel residuen bevinden zich in de ruimtelijke nabijheid in eiwitstructuren. Dit geldt voor de meeste residuen die aaneengesloten zijn in de primaire sequentie, maar ook voor veel residuen die [[distaal (anatomie)|distaal]] in de sequentie liggen maar toch met elkaar in contact worden gebracht in de uiteindelijke gevouwen structuur. Vanwege deze nabijheid raken de energielandschappen van deze residuen gekoppeld op basis van verschillende biofysische verschijnselen zoals [[waterstofbrug]]gen, [[ionische binding]]en en van der Waals-interacties (zie figuur).

Overgangen tussen toestanden voor dergelijke sets residuen raken daarom gecorreleerd.<ref name ="JMB2001">{{cite journal | vauthors = Bu Z, Cook J, Callaway DJ | title = Dynamic regimes and correlated structural dynamics in native and denatured alpha-lactalbumin | journal = Journal of Molecular Biology | volume = 312 | issue = 4 | pages = 865–873 | date = Sep 2001 | pmid = 11575938 | doi = 10.1006/jmbi.2001.5006 }}</ref>

Dit is misschien het meest voor de hand liggend voor aan het oppervlak blootgestelde lussen, die vaak collectief verschuiven om verschillende conformaties in verschillende kristalstructuren aan te nemen (zie figuur). Gekoppelde conformationele heterogeniteit is echter soms ook duidelijk in de secundaire structuur.<ref name="Computational study of conformation">{{cite journal | vauthors = Costa CH, Oliveira AR, Dos Santos AM, da Costa KS, Lima AH, Alves CN, Lameira J | title = Computational study of conformational changes in human 3-hydroxy-3-methylglutaryl coenzyme reductase induced by substrate binding | journal = Journal of Biomolecular Structure & Dynamics | volume = 37 | issue = 16 | pages = 4374–4383 | date = October 2019 | pmid = 30470158 | doi = 10.1080/07391102.2018.1549508 | s2cid = 53717806 }}</ref> Opeenvolgende residuen en residuen die met 4 zijn gecompenseerd in de primaire sequentie, werken bijvoorbeeld vaak samen in [[Alfa-helix|α-helixen]]. Ook wijzen residuen die met 2 zijn verschoven in de primaire sequentie hun zijketens naar hetzelfde vlak van [[Bèta-sheet|β-sheets]] en zijn ze dichtbij genoeg om sterisch te interageren, net als residuen op aangrenzende strengen van dezelfde β-sheet. Sommige van deze conformationele veranderingen worden veroorzaakt door post-translationele modificaties in de eiwitstructuur, zoals [[fosforylering]] en [[methylering]].<ref name="Computational study of conformation"/><ref>{{cite journal | vauthors = Groban ES, Narayanan A, Jacobson MP | title = Conformational changes in protein loops and helices induced by post-translational phosphorylation | journal = PLOS Computational Biology | volume = 2 | issue = 4 | pages = e32 | date = April 2006 | pmid = 16628247 | pmc = 1440919 | doi = 10.1371/journal.pcbi.0020032 | bibcode = 2006PLSCB...2...32G | veditors = Shakhnovich E | doi-access = free }}</ref>


== Referenties ==
== Referenties ==

Versie van 7 okt 2023 23:31

Mee bezig Mee bezig
Aan dit artikel of deze sectie wordt de komende uren of dagen nog druk gewerkt.
Klik op geschiedenis voor de laatste ontwikkelingen.
Voorbeeld van allosterie: Wisseling tussen de T- en R-vorm van hemoglobine.

Eiwitdynamiek heeft betrekking op de overgangen van conformaties. Over het algemeen wordt aangenomen dat eiwitten unieke structuren aannemen die worden bepaald door hun aminozuurvolgordes. Eiwitten zijn echter geen strikt statische objecten, maar zijn eerder groepen van (soms vergelijkbare) conformaties. Overgangen tussen deze toestanden vinden plaats op verschillende lengteschalen (tienden van Å (Ångstrom) tot nm (nanometer) en tijdschalen (ns (nanoseconde) tot s (seconde)) en zijn in verband gebracht met functioneel relevante verschijnselen zoals allosterische regulatie[1] en enzymatische katalyse.[2] Allosterische regulatie is de regulatie van een enzym of een ander proteïne door binding aan een effectormolecuul bij de allosterische zijde van het proteïne, hetgeen een andere zijde is dan de actieve zijde van het proteïne.

De studie van de eiwitdynamiek houdt zich het meest direct bezig met de overgangen tussen deze toestanden, maar het kan ook de aard en evenwichtspopulaties van de toestanden zelf betreffen. Deze twee perspectieven – respectievelijk kinetiek en thermodynamica – kunnen conceptueel worden gesynthetiseerd in een ‘energielandschap’-paradigma:[3] sterkgevulde overgangen en de kinetiek van de overgangen daartussen kunnen worden beschreven door respectievelijk de diepten van de energiebronnen en de hoogten van de energiebarrières.

Kinesine die op een microtubulus loopt, is een moleculaire biologische machine die gebruik maakt van eiwitdynamiek op nanoschaal.

Lokale flexibiliteit: atomen en residuen

Delen van eiwitstructuren wijken vaak af van de evenwichtstoestand. Sommige van dergelijke afwijkingen zijn harmonisch, zoals stochastische fluctuaties van chemische bindingen en bindingshoeken. Anderen zijn niet harmonisch, zoals zijketens die tussen afzonderlijke discrete energieminima springen of conformatie-isomeren.[4]

Bewijs voor lokale flexibiliteit wordt vaak verkregen uit NMR-spectroscopie. Flexibele en potentieel ongeordende gebieden van een eiwit kunnen worden gedetecteerd met behulp van de willekeurige spoelindex. Flexibiliteit in gevouwen eiwitten kan worden geïdentificeerd door de kernspinrelaxatie van individuele atomen in het eiwit te analyseren. Flexibiliteit kan ook worden waargenomen in elektronendichtheidskaarten met zeer hoge resolutie die worden geproduceerd door röntgenkristallografie,[5] vooral wanneer diffractiegegevens worden verzameld bij kamertemperatuur in plaats van bij de traditionele cryogene temperatuur (meestal nabij 100 K).[6] Informatie over de frequentieverdeling en dynamiek van lokale eiwitflexibiliteit kan worden verkregen met behulp van Raman- en optische Kerr-effectspectroscopie[7], evenals anisotropische terahertz microspectroscopie[8] in het terahertz-frequentiedomein.

Regionale flexibiliteit: multi-residukoppeling binnen domeinen

Een netwerk van alternatieve conformaties in katalase (Protein Data Bank-code: 1gwe) met diverse eigenschappen. Meerdere fenomenen definiëren het netwerk: van der Waals-interacties (blauwe stippen en lijnsegmenten) tussen zijketens, een waterstofbrug (groene gestippelde lijn) door een gedeeltelijk bezet water (H2O) (bruin), koppeling via de lokaal mobiele ruggengraat (zwart), en misschien elektrostatische krachten tussen de Lys (lysine) (groen) en nabijgelegen polaire residuen (blauw: Glu, geel: Asp, paars: Ser). Dit specifieke netwerk bevindt zich distaal van de actieve site en is daarom vermoedelijk niet kritisch voor het functioneren.

Veel residuen bevinden zich in de ruimtelijke nabijheid in eiwitstructuren. Dit geldt voor de meeste residuen die aaneengesloten zijn in de primaire sequentie, maar ook voor veel residuen die distaal in de sequentie liggen maar toch met elkaar in contact worden gebracht in de uiteindelijke gevouwen structuur. Vanwege deze nabijheid raken de energielandschappen van deze residuen gekoppeld op basis van verschillende biofysische verschijnselen zoals waterstofbruggen, ionische bindingen en van der Waals-interacties (zie figuur).

Overgangen tussen toestanden voor dergelijke sets residuen raken daarom gecorreleerd.[9]

Dit is misschien het meest voor de hand liggend voor aan het oppervlak blootgestelde lussen, die vaak collectief verschuiven om verschillende conformaties in verschillende kristalstructuren aan te nemen (zie figuur). Gekoppelde conformationele heterogeniteit is echter soms ook duidelijk in de secundaire structuur.[10] Opeenvolgende residuen en residuen die met 4 zijn gecompenseerd in de primaire sequentie, werken bijvoorbeeld vaak samen in α-helixen. Ook wijzen residuen die met 2 zijn verschoven in de primaire sequentie hun zijketens naar hetzelfde vlak van β-sheets en zijn ze dichtbij genoeg om sterisch te interageren, net als residuen op aangrenzende strengen van dezelfde β-sheet. Sommige van deze conformationele veranderingen worden veroorzaakt door post-translationele modificaties in de eiwitstructuur, zoals fosforylering en methylering.[10][11]

Referenties

  1. ↑ Protein Structure and Diseases. Academic Press. DOI:10.1016/B978-0-12-381262-9.00005-7 (2011), "Proteins move! Protein dynamics and long-range allostery in cell signaling", 163–221. ISBN 9780123812629.
  2. ↑ (Dec 2009). Hidden alternative structures of proline isomerase essential for catalysis. Nature 462 (7273): 669–673. PMID 19956261. PMC 2805857. DOI: 10.1038/nature08615.
  3. ↑ (Dec 1991). The energy landscapes and motions of proteins. Science 254 (5038): 1598–1603. PMID 1749933. DOI: 10.1126/science.1749933.
  4. ↑ Dunbrack, Roland L (August 2002). Rotamer Libraries in the 21st Century. Current Opinion in Structural Biology 12 (4): 431–440. PMID 12163064. DOI: 10.1016/s0959-440x(02)00344-5.
  5. ↑ (Feb 2006). The backrub motion: how protein backbone shrugs when a sidechain dances. Structure 14 (2): 265–274. PMID 16472746. DOI: 10.1016/j.str.2005.10.007.
  6. ↑ (Sep 2011). Accessing protein conformational ensembles using room-temperature X-ray crystallography. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America 108 (39): 16247–16252. PMID 21918110. PMC 3182744. DOI: 10.1073/pnas.1111325108.
  7. ↑ (June 2014). Terahertz underdamped vibrational motion governs protein-ligand binding in solution. Nature Communications 5: 3999. PMID 24893252. DOI: 10.1038/ncomms4999.
  8. ↑ Acbas, G., Niessen, K. A., Snell, E. H., Markelz, A. G. (2014). Protein Optical measurements of long-range protein vibrations. Nature Communications 5: 3076. PMID 24430203. DOI: 10.1038/ncomms4076.
  9. ↑ (Sep 2001). Dynamic regimes and correlated structural dynamics in native and denatured alpha-lactalbumin. Journal of Molecular Biology 312 (4): 865–873. PMID 11575938. DOI: 10.1006/jmbi.2001.5006.
  10. ↑ a b (October 2019). Computational study of conformational changes in human 3-hydroxy-3-methylglutaryl coenzyme reductase induced by substrate binding. Journal of Biomolecular Structure & Dynamics 37 (16): 4374–4383. PMID 30470158. DOI: 10.1080/07391102.2018.1549508.
  11. ↑ (April 2006). Conformational changes in protein loops and helices induced by post-translational phosphorylation. PLOS Computational Biology 2 (4): e32. PMID 16628247. PMC 1440919. DOI: 10.1371/journal.pcbi.0020032.
Overgenomen van "https://nl.wikipedia.org/w/index.php?title=Eiwitdynamiek&oldid=66105436"