In der Biochemie und molekularen Biologie ist die tertiäre Struktur eines Proteins oder jedes anderen Makromoleküls seine dreidimensionale Struktur, wie definiert, durch die Atomkoordinaten.

Beziehung zur primären Struktur

Wie man

betrachtet, wird tertiäre Struktur durch die primäre Struktur des Proteins - die Folge von Aminosäuren größtenteils bestimmt, aus denen es zusammengesetzt wird. Anstrengungen, tertiäre Struktur von der primären Struktur vorauszusagen, sind allgemein als Protein-Struktur-Vorhersage bekannt. Jedoch ist die Umgebung, in der ein Protein synthetisiert und erlaubt wird sich zu falten, bedeutende Determinanten seiner Endgestalt und wird gewöhnlich durch aktuelle Vorhersagemethoden nicht direkt in Betracht gezogen. Die meisten solche Methoden verlassen sich wirklich auf Vergleiche zwischen der Folge, die vorauszusagen ist und Folgen der bekannten Struktur in der Protein-Datenbank, und sind so für Umgebung indirekt verantwortlich, das Ziel annehmend, und Schablone-Folgen teilen ähnliche Zellzusammenhänge. Universität von Stanford springt Folding@home vor ist eine verteilte Rechenforschungsanstrengung, die seine etwa 5 petaFLOPS (~10 x86 petaFLOPS) von der Rechenmacht verwendet zu versuchen, das tertiäre (und Vierergruppe) Strukturen von Proteinen, sowie andere Aspekte dessen zu modellieren, wie, und warum sich Proteine in unmäßig Komplex und geänderte Gestalten falten, die sie nehmen. Kein zurzeit vorhandener Algorithmus ist noch im Stande, Proteine tertiär oder Vierergruppe-Struktur gegeben nur seine primäre Struktur durchweg vorauszusagen; wenn sie erfahren, wie man die tertiäre Struktur und Vierergruppe-Struktur jedes Proteins gegeben nur genau voraussagt, würden seine Aminosäure-Folge und die sachdienlichen Zellbedingungen ein kolossales Zu-Stande-Bringen sein. Die durch die Algorithmen durchgeführten Berechnungen entwickeln sich ständig, in der Kompliziertheit und Nuance zunehmend, und sind mit riesigen Mengen von Variablen verbunden. Diese Techniken sind mit Wettermodellen oberflächlich vergleichbar, die Orkan-Sturmspuren zeigen; jeder von mehreren Algorithmen modelliert unabhängig ein kompliziertes System (das Wetter, in diesem Fall) etwas verschieden von jedem seiner Schwester-Wetteralgorithmen, und der Durchschnitt der Produktion aller Algorithmen wird genommen, um die wahrscheinlichste "Sturmspur" zu sein. Die Gestalt von Proteinen kann durch einen etwas ähnlichen Prozess aufgehellt werden.

Forscher interessieren sich auch für Proteine, die sich in mehr als eine stabile Konfiguration falten können; Protein-Ansammlungskrankheiten wie Alzheimerkrankheit und die Krankheit von Huntington sowie prion Krankheiten wie Krankheit der BSE-kranken Kuh können durch das Konstruieren (und das Dekonstruieren) Krankheitsmodelle besser verstanden werden; die allgemeinste Weise, das zu tun, ist durch das Entwickeln einer Weise, den gewünschten Krankheitsstaat in Testtieren zu veranlassen (MPTP verwaltend, um die Parkinsonsche Tierkrankheit zu geben, oder ein Gen herausschlagend, das für die Verhinderung von bestimmten Geschwülsten von den Genomen der Tiere notwendig ist). Folding@home berücksichtigt das Modellieren von Krankheitsstaaten, die ohne das Bedürfnis nach Testtieren nicht als leicht veranlasst werden. Vielleicht wichtiger können völlig menschliche durch völlig menschliche Gene verschlüsselte Proteine ohne einige der Moralprobleme verwendet werden, die im Studieren von lebenden Menschen entstehen. Wegen seiner enormen Flexibilität, die nur hier, verbundene mit seiner Fähigkeit kurz besprochen worden ist, sich mit der Zeit, Folding@home und Projekte wie es zu verbessern, werden unentbehrliche Werkzeuge unter Forschern von einer breiten Vielfalt von Disziplinen schnell. Die Möglichkeiten in Medizin, Biologie, Pathologie, Kernphysik und anderen wissenschaftlichen Disziplinen sollten eine zuverlässige Weise, das Finale tertiär oder Vierergruppe-Struktur von menschlichen Proteinen genau zu modellieren, ist fast grenzenlos. Proteine, wegen des genauen conformations, in den sie sich falten, sind der ursprüngliche nanomachines der Natur; das Entwickeln einer billigen und praktischen Weise, Proteine zu entwickeln und ins Visier zu nehmen, würde Medizin völlig revolutionieren und würde unglaublich weit reichende Implikationen haben. Die Bedeutung solch einer Entdeckung kann nicht übertrieben werden. Bis heute sind mehr als 78 wissenschaftliche Papiere auf Entdeckungen veröffentlicht worden, die sich auf Folding@home verlassen haben.

Determinanten der tertiären Struktur

In kugelförmigen Proteinen werden tertiäre Wechselwirkungen oft durch den Ausschluss von hydrophoben Aminosäure-Rückständen im Protein-Kern stabilisiert, von dem Wasser, und durch die folgende Bereicherung von beladenen oder wasserquellfähigen Rückständen auf der wasserausgestellten Oberfläche des Proteins ausgeschlossen wird. In verborgenen Proteinen, die Zeit im Zytoplasma nicht verbringen, helfen Disulfid-Obligationen zwischen cysteine Rückständen, die tertiäre Struktur des Proteins aufrechtzuerhalten. Eine Vielfalt von allgemeinen und stabilen tertiären Strukturen erscheint in einer Vielzahl von Proteinen, die sowohl in der Funktion als auch in Evolution - zum Beispiel ohne Beziehung sind, werden viele Proteine wie ein TIM Barrel gestaltet, das für das Enzym triosephosphateisomerase genannt ist. Eine andere allgemeine Struktur ist ein hoch stabiler dimeric aufgerollte Rolle-Struktur, die aus 2-7 Alpha helices zusammengesetzt ist. Proteine werden durch die Falten klassifiziert, die sie in Datenbanken wie SCOP und CATH vertreten.

Stabilität von heimischen Staaten

Die typischste Angleichung eines Proteins in seiner Zellumgebung wird allgemein die heimische staatliche oder heimische Angleichung genannt. Es wird allgemein angenommen, dass dieser am meisten bevölkerte Staat auch die am meisten thermodynamisch stabile für eine gegebene primäre Struktur erreichbare Angleichung ist; das ist eine angemessene erste Annäherung, aber der Anspruch nimmt an, dass die Reaktion nicht unter der kinetischen Kontrolle ist - d. h. dass die für das Protein erforderliche Zeit, seine heimische Angleichung zu erreichen, bevor sie übersetzt wird, klein ist.

In der Zelle hilft eine Vielfalt von Protein-Anstandsdamen einem kürzlich synthetisierten polypeptide beim Erreichen seiner heimischen Angleichung. Einige solche Proteine sind in ihrer Funktion, wie Protein-Disulfid isomerase hoch spezifisch; andere sind sehr allgemein und können zu den meisten kugelförmigen Proteinen - der prokaryotic GroEL/GroES System und die homologen Eukaryotic-Hitzestoß-Proteine Hsp60/Hsp10 Systemfall in diese Kategorie behilflich sein.

Einige Proteine nutzen ausführlich die Tatsache aus, dass sie kinetisch gefangen in einer relativ energiereichen Angleichung wegen der sich faltenden Kinetik werden können. Grippe hemagglutinin wird zum Beispiel als eine einzelne polypeptide Kette synthetisiert, die als eine kinetische Falle handelt. Das "reife" aktivierte Protein ist proteolytically, der zerspaltet ist, um zwei polypeptide Ketten zu bilden, die in einer energiereichen Angleichung gefangen werden. Nach dem Antreffen auf einen Fall im pH erlebt das Protein eine energisch günstige conformational Neuordnung, die ihm ermöglicht, in eine Gastgeber-Zellmembran einzudringen.

Viele serpins (serine ziehen Hemmstoffe pro-auf), sind metastable, und erleben eine Conformational-Änderung, wenn eine Schleife des Proteins durch ein Pro-Aufziehen geschnitten wird.

Experimenteller Entschluss

Die Mehrheit von Protein-Strukturen bekannt ist bis heute mit der experimentellen Technik der Röntgenstrahl-Kristallographie gelöst worden, die normalerweise Daten der hohen Entschlossenheit zur Verfügung stellt, aber keine zeitabhängige Auskunft über die conformational Flexibilität des Proteins gibt. Eine zweite allgemeine Weise, Protein-Struktur-Gebrauch NMR zu lösen, der etwas Daten der niedrigeren Entschlossenheit im Allgemeinen zur Verfügung stellt und auf relativ kleine Proteine beschränkt wird, aber kann zeitabhängige Auskunft über die Bewegung eines Proteins in der Lösung geben. Doppelpolarisation interferometry ist aufgelöste analytische Methode einer Zeit, für die gesamte Angleichung zu bestimmen, und Conformational-Änderungen in der Oberfläche haben Proteine gewonnen, die Ergänzungsauskunft zu diesen hohen Entschlossenheitsmethoden geben. Mehr ist über die tertiären Struktureigenschaften von auflösbaren kugelförmigen Proteinen bekannt als über Membranenproteine, weil die letzte Klasse äußerst schwierig ist, das Verwenden dieser Methoden zu studieren.

Wechselwirkungen, die tertiäre Struktur stabilisieren

• Disulfid-Obligationen
• Hydrophobe Wechselwirkungen
• Wasserstoffobligationen
• Ionische Obligationen

Geschichte

Da die tertiäre Struktur von Proteinen ein wichtiges Problem in der Biochemie ist, und da Struktur-Entschluss relativ schwierig ist, ist Protein-Struktur-Vorhersage ein langjähriges Problem gewesen. Die erste vorausgesagte Struktur von kugelförmigen Proteinen war das cyclol Modell von Dorothy Wrinch, aber das wurde als inkonsequent seiend mit experimentellen Angaben schnell rabattiert. Moderne Methoden sind manchmal im Stande, die tertiäre Struktur de novo zu innerhalb von 5 Å für kleine Proteine vorauszusagen (

Links

• Protein-Datenbank
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• WWW-basierter Kurs, elementares Protein bioinformatics unterrichtend
• Kritische Bewertung der Struktur-Vorhersage (CASP)
• Strukturklassifikation von Proteinen (SCOP)
• CATH Protein-Struktur-Klassifikation
• DALI/FSSP Software und Datenbank von superaufgestellten Protein-Strukturen
• TOPOFIT-DB Invariant Strukturkerne zwischen Proteinen
• PDBWiki - PDBWiki Hausseite - eine Website für die Gemeinschaftsanmerkung von PDB Strukturen.