网站建设卖点,什么是软件定制开发,网络设计的任务是什么,静态wordpress《Protein Actions Principles and Modeling》-《蛋白质作用原理和建模》
本人能力有限#xff0c;如果错误欢迎批评指正。
第五章#xff1a;Folding and Aggregation Are Cooperative Transitions #xff08;折叠和聚合是同时进行的#xff09;
-蛋白质折叠的协同作…
《Protein Actions Principles and Modeling》-《蛋白质作用原理和建模》
本人能力有限如果错误欢迎批评指正。
第五章Folding and Aggregation Are Cooperative Transitions 折叠和聚合是同时进行的
-蛋白质折叠的协同作用来自于二级和三级的结构相互作用
现在我们应该如何理解在一个更复杂的过程中的协作性比如蛋白质折叠小的蛋白质被发现可以进行双态协同折叠也就是说蛋白质折叠过程中的中间产物的数量可以忽略不计。螺旋-线团理论现在以及不足以解释蛋白质的折叠协同性。因为β-折叠蛋白质也具有折叠协同性。此外折叠蛋白质中的大多数螺旋都是短的但螺旋-线团理论认为短肽不应该形成稳定的螺旋。那么我们错过了什么
蛋白质折叠理论本身也不足以解释蛋白质内折叠的协同性。蛋白质中的疏水残基导致蛋白质在水中成为一个紧凑的结构而这个过程是非常突然的。然而晶格模型研究表明聚合物这种压缩导致非协同转变而不是协同转变。第3章的图3.9显示6肽的 HP模型在变性转变的中点有大量的中间结构。这种协同性的缺乏并不是因为6- mer链太短更长的链也经历了非协同的结构致密。
所以如果我们不能单独用螺旋-线团过程或单独用结构致密来解释蛋白质折叠的双态性质那又如何解释它呢折叠协同作用似乎是由于二级和三级相互作用的组合。当两个螺旋在蛋白质折叠过程中形成时每个螺旋本身都会形成一定的协同作用但是除此之外两个螺旋相邻的排列有助于进一步稳定双螺旋配对。蛋白质螺旋通常是两亲性的这意味着它的一边有一条疏水残基的条纹。当这些二级结构聚集在一起时相邻螺旋的疏水条纹通常会相互面对。
为了说明二级结构之间的三级相互作用如何促进稳定性和协同性我们重点关注螺旋束蛋白。在天然螺旋束蛋白中多个螺旋通常是三个或更多就像一束棒状体并排排列。随着螺旋的协同形成它们被捆绑在一起从而提供更大的稳定性。螺旋会帮助其他螺旋的形成。这里有一个简单的模型来说明这个理论。
螺旋-螺旋之间的相互作用有助于螺旋-束蛋白的折叠协同性
首先让我们模拟一个双螺旋束组装。然后我们将模拟一个三螺旋束蛋白。这个双螺旋链有N个单体。图5.10 显示了我们的双螺旋模型中最重要的构象。我们将链的构象分为以下几个类(i)线团状态(coil)整个链条完全变性无结构。ii单螺旋状态(Single-helix)该链类似于谢尔曼它可以是一个在任何地方、任何长度的单一螺旋延伸高达最大的N个残基长。为了使数学计算简单我们将每个螺旋回合近似算为有4个氨基酸残基而不是α螺旋中每转3.6个。iii两个相邻的螺旋被压缩起来但只有部分( Two adjacent helices are zipped up, but only partially )。链有两个螺旋。这两个螺旋有完全相同的数字m 1,2,3…的螺旋转弯。我们忽略了不匹配的螺旋长度或在错误位置的螺旋因为它们的数量小得多。连接两个螺旋的是一个线圈状的环状结构。所以我们必须有MN/2。每条链的非螺旋部分都处于线团状态。iv原生状态( Native state)两个相邻的螺旋被完全压缩在一起m M。 图5.10对双螺旋束构象的分类。(A)单螺旋-线团的三种状态无螺旋即随机线团、部分压缩的螺旋和完全压缩的螺旋。(B)双螺旋束状态的两种状态部分形成的螺旋有m 1,2,3的转弯结构或天然完全形成的双螺旋束每个螺旋有mM转弯。
现在我们想计算出各种蛋白质构象的数量。让我们来构造这些状态的统计权重。值得注意的是我们也同时考虑了只有线团以及只有螺旋结构的状态如图5.10左侧的构象集合所示。这些构象的配分函数为Q1,当链的长度为N是结合5.14可得出这个结论。其次让我们计算一下双螺旋束状态如图5.10的右侧所示。若双螺旋束的压缩状态为m统计权重为 这里σ2解释了两个螺旋的成核s是每个螺旋旋转形成的统计权重总共8m每个螺旋转角结构的4个单体×2个螺旋×每个螺旋的m个转弯。r 1是一个平衡常数它表示相邻螺旋之间的每个m个直接接触会产生多少额外的稳定性。螺旋-螺旋接触通常是疏水和结合相互作用导致的。公式5.20是对单螺旋链的公式5.13的对应物。
不同长度为m的双螺旋束构象对应于公式5.14对整体配分函数的贡献是 计算这些状态的总体将该特定状态的统计权重放在分子中并将和Q2hb Q1 Q2放在分母中。例如p (2) σ2s16r2/Q1 Q2。然后您可以计算平均值例如双螺旋束的平均长度。 我们可以r来表示形成螺旋-螺旋接触相互作用的自由能εhh。 当没有螺旋-螺旋相互作用时εhh 0导致r 1。当螺旋-螺旋相互作用稳定时εhh 0你有r 1这被称为正协同。在这个模型中蛋白质折叠的协同作用可以来自螺旋-线团贡献用σ和s表示和螺旋-螺旋结构的吸引由r 1表达。
接下来我们要开始使用这个双螺旋束模型。我们有了N如果整个链是螺旋可以形成的最大氢键数σ和s螺旋-线团成核和增殖参数r每个有利的螺旋-螺旋相互作用的平衡常数M当蛋白质处于双螺旋束状态时最大长度螺旋的氨基酸数量。然后你计算配分函数Q2hb模型中感兴趣的状态的总体以及平均值和方差。Box 5.3 展示了如何使用已经计算过的Q1和Q2来处理三螺旋束蛋白质。 Box 5.3 三螺旋束蛋白
使用与之前相同的逻辑我们可以模拟一个三螺旋束蛋白质的折叠。假设主要的三螺旋束状态是那些三个螺旋中的每个螺旋都有相同的螺旋转弯数m。假设螺旋完全相邻则存在3m成对的螺旋-螺旋接触在螺旋1-2、2-3和1-3之间。同样取σ作为每个螺旋的成核常数s作为增殖平衡常数r作为成对的螺旋-螺旋平衡常数。在这个简单的模型中三螺旋束状态的配分函数将是 其中M N/3是原生结构中每个螺旋的最大转弯数。为了计算三螺旋束蛋白的任何状态的总体我们将感兴趣的状态的统计权重放到分子中并将和Q1 3Q2 Q3放到分母中。图5.11显示了这种简化的模型如何捕捉由温度和尿素诱导的三螺旋束中的折叠-展开协同性。 图5.11三螺旋束模型说明了温度和尿素的变性。三种浓度的尿素2.0M棕色、1.5M蓝色和1.0M红色。 总之在小蛋白质折叠过程中观察到的可忽略的中间态种群可以解释为两种协同作用的产物单个螺旋-线团过程具有协同性螺旋-螺旋结构的堆积的相互作用进一步稳定结构。螺旋压缩因子s与螺旋-螺旋相互作用因子r结合使双螺旋束状态比任何部分压缩或部分压缩状态更稳定。无论何时r 1这意味着螺旋-螺旋相互作用有助于稳定束状态。在这个模型中三螺旋束比双螺旋束更稳定因为在三螺旋束中有r3的因子而在双螺旋束中只有r的因子。
这个模型已经相当简化了。首先我们在这里只列举了“主导态”而不是所有可能的构象。可以包括一些额外的构象但是会导致额外的数学复杂性。我们模拟双螺旋状态时我们只考虑那些螺旋完美地排列在一起的状态因为rm因子显示非结合的螺旋对将会更少。我们还忽略了允许在序列的非原生位置上有双螺旋束状态形成的组合因子因为这些项很小。像这样的简单模型的目的是捕捉一般的规律而不是细节的内容。
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