Ma `lumot

5: Molekulyar o'zaro ta'sirlar, termodinamika va reaktsiya birikmasi - biologiya

5: Molekulyar o'zaro ta'sirlar, termodinamika va reaktsiya birikmasi - biologiya



We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

Organizmlarning xilma -xilligi va har bir alohida organizmning o'ziga xos xususiyatlari milliardlab yillar oldin boshlangan evolyutsion jarayonlar mahsuli bo'lsa -da, o'sish va hujayralar bo'linishidan tortib fikrlar va his -tuyg'ulargacha bo'lgan barcha biologik tizimlar va jarayonlarga bo'ysunishini tan olish ham muhimdir. kimyo va fizika qoidalari, xususan, termodinamika qonunlari.


5: Molekulyar o'zaro ta'sirlar, termodinamika va reaktsiya birikmasi - biologiya

MDPI tomonidan nashr etilgan barcha maqolalar butun dunyo bo'ylab ochiq kirish litsenziyasi ostida darhol taqdim etiladi. MDPI tomonidan chop etilgan maqolaning to'liq yoki bir qismini, shu jumladan rasm va jadvallarni qayta ishlatish uchun maxsus ruxsat talab qilinmaydi. Ochiq kirish Creative Common CC BY litsenziyasi ostida chop etilgan maqolalar uchun maqolaning istalgan qismidan asl maqoladan aniq iqtibos keltirilishi sharti bilan ruxsatisiz qayta foydalanish mumkin.

Feature Papers ushbu sohada yuqori ta'sir ko'rsatish uchun muhim salohiyatga ega bo'lgan eng ilg'or tadqiqotlarni ifodalaydi. Xususiy maqolalar ilmiy muharrirlarning shaxsiy taklifi yoki tavsiyanomasiga binoan topshiriladi va nashrdan oldin ekspertlar tomonidan ko'rib chiqiladi.

Xususiy maqola asl tadqiqot maqolasi bo'lishi mumkin, bu ko'pincha bir nechta texnikalar yoki yondashuvlarni o'z ichiga olgan muhim tadqiqot yoki ilmiy sohadagi eng so'nggi yutuqlarni muntazam va aniq yangilab turuvchi keng qamrovli tadqiqot qog'ozi bo'lishi mumkin. adabiyot. Ushbu turdagi qog'oz kelajakdagi tadqiqot yo'nalishlari yoki mumkin bo'lgan ilovalar haqida tasavvur beradi.

Tahrirlovchining tanlovi maqolalari butun dunyodagi MDPI jurnallarining ilmiy muharrirlarining tavsiyalariga asoslangan. Muharrirlar jurnalda yaqinda chop etilgan, mualliflar uchun ayniqsa qiziqarli yoki bu sohada muhim bo'lgan maqolalarning kichik sonini tanlaydilar. Maqsad jurnalning turli tadqiqot yo'nalishlarida chop etilgan eng qiziqarli ishlarning bir qismini taqdim etishdir.


Funktsional genomikaning paydo bo'lishi molekulyar biologik fanlarga hayotning molekulyar tarkibiy qismlarini tavsiflash uchun uzoq yo'lni bosib o'tishga imkon berdi. Shunga qaramay, biologiyaning umumiy vazifasi organizmlar qanday ishlashini tushunishdir. Dinamik o'zaro ta'sirlarda funktsiya qanday paydo bo'lishini bilib, tizimlar biologiyasi molekulalar va fiziologiya o'rtasidagi yo'qolgan aloqalarni hal qiladi. Yuqoridan pastga tizimlar biologiyasi molekulyar o'zaro ta'sir tarmoqlarini genom bo'ylab "omiks" tadqiqotlarida kuzatilgan korrelyatsiya qilingan molekulyar xatti-harakatlar asosida aniqlaydi. Pastdan yuqoriga tizimlar biologiyasi ma'lum komponentlarning o'zaro ta'sirida funktsional xususiyatlar paydo bo'ladigan mexanizmlarni o'rganadi. Bu erda biz tizim biologiyasi oldida turgan muammolarni ko'rsatamiz va yuqoridan pastga va pastdan yuqoriga yondashuvlarning cheklovlarini muhokama qilamiz, bu cheklovlarga qaramay, allaqachon hujayra funktsiyasi asosida yotadigan mexanizmlar va tamoyillarni kashf etishga olib keldi.

Biz cookie fayllaridan xizmatimizni taqdim etish va yaxshilash, kontent va reklamalarni moslashtirish uchun foydalanamiz. Davom etish orqali siz rozilik bildirasiz cookie fayllaridan foydalanish .


Xulosa

Erituvchining qayta tashkil etilishi oqsil-oqsil o'zaro ta'sirining energetikasiga sezilarli hissa qo'shishi mumkin. Biroq, bizning energiya hissasining kattaligi haqidagi bilimimiz qisman miqdoriy eksperimental o'lchovlarning etishmasligi bilan cheklangan. Biotinli repressor transkripsiyaning boshlanishini bostirish uchun DNK bilan bog'lanishning zaruriy sharti sifatida homodimer hosil qiladi. 20 °C da, kichik ligand bio-5'-AMP bilan termodinamik ravishda bog'langan dimerizatsiya reaktsiyasi Gibbsning erkin energiyasi -7 kkal / mol bilan tavsiflanadi. Bu oddiy aniq dimerizatsiya erkin energiya, mos ravishda 41 ± 3 va -48 ± 3 kkal / mol asosiy, juda katta qarama-qarshi entalpik va entropik harakatlantiruvchi kuchlarni aks ettiradi. Termodinamika erituvchi ajralib chiqishining dimerizatsiyaga bog'lanishini ko'rsatuvchi sifatida talqin qilingan. Bu ishda bu talqin H o'rnini bosish ta'sirini o'lchash orqali o'rganilgan2O bilan D.2O dimerizatsiya termodinamikasi haqida. 20 ° C da bajarilgan cho'kindi muvozanat o'lchovlari Gibbsning dimerizatsiyasining erkin energiyasiga -1,5 kkal/mol bo'lgan erituvchi izotop ta'sirini ko'rsatadi. D da reaksiyaning haroratga bog`liqligini tahlil qilish2O, mos ravishda 28 va -37 kkal/mol entalpik va entropik hissa qo'shadi, bu H o'lchagan qiymatlardan ancha kichik.2O. Termodinamikaga hal qiluvchi izotoplarning bu katta buzilishlari erituvchi ajralib chiqishining dimerizatsiya reaktsiyasiga qo'shgan hissasi bilan mos keladi.


Antikor-antigen reaktsiyalarining termodinamikasi. 1. Oddiy gaptenlarning yaqinligiga ko'ra fraksiyalangan ikki sinf antikorlari bilan bog'lanishi.

Maqolalarni ko'rish-bu barcha muassasalar va shaxslar uchun 2008 yil noyabr oyidan beri to'liq matnli maqolalarni (PDF va HTML formatida) COUNTERga mos keladigan yuklamalar. Ushbu ko'rsatkichlar so'nggi bir necha kungacha bo'lgan foydalanishni aks ettirish uchun muntazam ravishda yangilanadi.

Iqtiboslar - bu Crossref tomonidan hisoblab chiqilgan va har kuni yangilanadigan ushbu maqolaga iqtibos keltirgan boshqa maqolalar soni. Crossref iqtiboslar soni haqida ko'proq ma'lumot oling.

Altmetrik e'tibor darajasi tadqiqot maqolasi onlaynda olingan e'tiborning miqdoriy o'lchovidir. Donut belgisini bosish altmetric.com saytida ushbu maqola uchun ball va ijtimoiy media mavjudligi haqida qo'shimcha ma'lumotlar bilan sahifani yuklaydi. Altmetrik e'tibor ballari va ballar qanday hisoblanishi haqida ko'proq ma'lumot oling.

Eslatma: Annotatsiya o'rniga bu maqolaning birinchi sahifasi.


Natijalar va muhokama

Biz entropiya o'lchagichning universal qo'llanilishi haqidagi gipotezani sinab ko'rishga kirishdik [ya'ni, masshtablash (sd) tez ichki harakatdagi o'zgarishlar va konformatsion entropiya o'zgarishi o'rtasida doimiy]. Hozirgi vaqtda metil o'z ichiga olgan yon zanjir dinamikasining o'zgarishi bo'yicha taxminan yigirmaga yaqin nashr etilgan tadqiqotlar mavjud bo'lib, ular ushbu fikrni sinab ko'rish uchun etarli darajada to'liqdir (SI ilovasi, S1-jadval). Bu komplekslarni tanlash mezonlari erkin va murakkab oqsil holatlari bo'yicha kompleks topshiriqlar va yengillik ma'lumotlarining mavjudligini, shuningdek, kompleksdagi asosan quruq interfeysni o'z ichiga oladi. Biz ushbu NMR gevşeme tadqiqotlarining ko'pini, tegishli NMR eritmasi sharoitida (ya'ni bufer, pH, harorat) izotermik titrlash kalorimetriyasi (ITC) yordamida bog'lovchi termodinamikani o'lchash orqali oshirdik. Shuningdek, butunlay yangi misollar ko'rib chiqildi. Tayyorlangan ma'lumotlar to'plami umumlashtiriladi SI ilovasi, S1 -S4 jadvallari.

Ilgari, qulay qutbli va apolyar sirt maydonidagi o'zgarishlarni ushbu ikki turdagi sirtning solvatatsiya entropiyalari bilan bog'liq empirik aniqlangan koeffitsientlar konformatsion entropiyaning tabiati haqida turli taxminlar asosida olinishi kerak edi (12). Bu erda ishlatiladigan dinamik ma'lumotlarning misli ko'rilmagan miqdori endi maydon koeffitsientlarini to'g'ridan-to'g'ri aniqlash imkonini beradi. Bu erda ishlatiladigan 28 ta oqsil haqidagi ma'lumotlar biroz boshqacha haroratlarda (298-308 K) olingan. Issiqlik sig'imining sezilarli o'zgarishi apolar va qutbli guruhlarning hidratsiyasi bilan birga keladi. Yaxshiyamki, desolvatsiya entropiyasining mos keladigan harorat o'zgarishi o'zaro bog'liqlik bilan yaxshi tasvirlangan.Sapolar = ΔCPapolyar⋅ln(T/385K)⋅DKABIapolar (27) va DSqutbli = ΔCpqutbli⋅ln(T/176K)⋅DKABIqutbli (28), bu erda ΔCpapolar va DCPqutbli apolar (Δ) birlik birligi uchun gidratatsion issiqlik sig'imlarining o'zgarishiKABIapolar) va qutbli (ΔKABIqutbli) mos ravishda sirt va 385 K va 176 K referent haroratlar bo'lib, bunda apolyar va qutbli solvatsiya entropiyalari 0 ga ekstrapolyatsiya qilinadi (27, 28). Tenglama kesimi. 2 Kompleks hosil bo'lganda rotatsion-translyatsion entropiya yo'qolishini o'z ichiga oladi. Shunday qilib, biz tenglamani qayta tiklaymiz. 2 kabi: Δ S jami = sd [(N χ oqsil Δ O o'qi 2〉 oqsil) + (N χ ligand Δ axis O o'qi 2〉 ligand)] + [Δ C papolyar n ln (T / 385 K) Δ ASA apolar + D C ppolar ⁡ ln ( T / 176 K ) D ASA polar ] + [ D S r - t + D S boshqa ], [3] bu erda issiqlik sig'im shartlari har bir kompleksning tajriba haroratida baholanadi. Apolar va qutbli sirt maydonidagi ma'lum o'zgarishlar bilan birlashganda, bu formulalar erituvchi entropiyaga hissa qo'shadi. Bu erda 1 M standart holatiga nisbatan entropiyalar berilgan.

Majburiy entropiyaga hisoblanmagan hissalar bo'lishi kerak (ya'ni, DSboshqa) ahamiyatsiz bo'lsin, keyin ΔSr-t ordinat kesimida ustunlik qiladi. Entropiya hisoblagichining kalibrlash chizig'ini qurishda ishlatilgan bir nechta taxminlarning buzilishi chiziqli chiziqdan chetga chiqishga olib keladi. Metil guruhlari etarlicha ko'p, yaxshi taqsimlangan va metil bo'lmagan aminokislotalarga etarli darajada bog'langan deb taxmin qilinadi, shuning uchun ularning harakati oqsilning ichki harakatini to'liq qamrab oladi. Bu taxminlar simulyatsiya (21) bilan kuchli qo'llab -quvvatlanadi.

Tenglama mosligi. 3 dinamik ma'lumotlarga kuchli chiziqli korrelyatsiyani ko'rsatadi (R -0,85, R 2 = 0.72, P < 10 −7 ) (1-rasm). Muvofiqlikning barqarorligini ta'minlash uchun biz ma'lumotlar to'plamining alohida a'zolari tasodifiy tanlab olingan jak-knife tipidagi tahlilni o'tkazdik. Belgilash uchun kamida besh ball talab qilinadi sd qo'shimcha nuqtalar qo'shilganda muammosiz yaqinlashadigan oqilona aniqlik bilan (SI ilovasi, S1 -rasm). ning belgilangan qiymatlari sd, ΔSr-t, ΔCPapolarva ΔCpqutbli 1-jadvalda keltirilgan va keyingi statistik ma'lumotlar jamlangan SI ilovasi, 2 -rasm va S5 -jadval. Markaziy qiziqish parametri (sd) yaxshi aniqlangan va oqsil -ligandli assotsiatsiya natijasida konformatsion entropiyaning o'zgarishini eksperimental tarzda olish uchun mustahkam va aftidan umumiy vositalarni taqdim etadi. Bu kalibrlash uchun ilgari ishlatilgan (21) katabolit faollashtiruvchi oqsil va kalmodulinli ikkita protein tizimi yordamida olingan parametrdan biroz kichikroq (1 -rasm, mos ravishda yashil va ko'k doiralar). Garchi shunday bo'lsa ham sd turli oqsillar o'rtasida batafsil o'zgarib turadi, 1-rasmda olingan aniqlik bu o'zgaruvchanlikning cheklanganligini ko'rsatadi.

Protein konformatsion entropiyasi uchun dinamik proksi-ni kalibrlash. Tenglama moslamasi. 3 28 ta oqsil -ligand assotsiatsiyasi (ko'k, yashil va qizil tusli doiralar) tomonidan taqdim etilgan ma'lumotlarga ko'rsatiladi. O'lchangan umumiy bog'lanish entropiyasi va hisoblangan hal qiluvchi entropiyadagi farq ligandni bog'lashda dinamik proksi o'zgarishiga qarshi chiziladi. Dinamik proksi metil guruhi simmetriya o'qlarining o'rtacha Lipari-Szabo kvadrati umumlashtirilgan tartib parametrlarining farqidir (D<).O 2 o'qi& gt) burilish burchaklarining umumiy soniga () oqsilda. Gorizontal xatoliklar qatoriga & lt SD kiradiO 2 o'qi& gt, bu bizning ma'lumotlarimiz uchun ± 0,01 dan kam. Kichik peptidlar yoki oligonukleotidlarni o'z ichiga olgan komplekslar uchun ligandning noaniqligi abscissa xato chiziqlariga yordam beradi (SI ilovasi). Ordinata xatosi satrlari eksperimental D ning tarqalgan kvadratura xatolaridanSjami va determine ni aniqlash uchun ishlatilgan o'rnatilgan koeffitsientlarning aniqligiShal qiluvchiva ΔSr-t. Ko'p hollarda ordinata xatosi belgining o'lchamidan kichikdir. O'rnatilgan qiyalik (sd) -0.0048 ± 0.0005 kJ⋅mol -1 ⋅K-1 ning metil o'z ichiga olgan yon zanjirli harakatdagi o'lchangan o'zgarishlarni va umumiy konformatsion entropiyaga qo'shgan hissasini konvertatsiya qilish imkonini beradi. Tenglama uchun aniqlangan boshqa parametrlar. 3 1-jadvalda jamlangan. Shuningdek, oqsil (qizil olmos) bilan uzoq muddatli suvning sof hissasi qo'shilmagan va faqat qo'shilgan kompleksda qattiq bog'langan suvning sof hissasi bilan barnase/dCGAC kompleksi uchun qiymatlar ko'rsatilgan. kulrang olmos). Ikkinchisi faqat kompleksdagi to'qqizta suv molekulasining immobilizatsiyasi uchun termoyadroviy entropiya yordamida hisoblanadi (9 × -22 J⋅mol -1 ⋅K -1). Qo'shimcha ma'lumotlar asosiy matnda keltirilgan. To'q sariq kvadrat HBP (D24R) - serotonin bilan bog'langan gistamin ikkilik kompleksini ifodalaydi. CaM va CAP ma'lumotlar to'plamlari mos ravishda yashil va ko'k rangda ko'rsatilgan.

Entropiya o'lchagichni kalibrlash

Bu muolajada biz oqsilning umurtqa pog'onasidan entropiyaga qo'shgan hissasini e'tiborsiz qoldirdik. Oxirgi simulyatsiyalar shuni ko'rsatadiki, ligandlarning tuzilgan oqsillar bilan bog'lanishi polipeptid zanjirining umurtqa pog'onasidan unchalik katta hissa qo'shmaydi (25). Afsuski, ishlatilgan komplekslarning faqat oltitasi etarlicha tavsiflangan dinamikaga ega bo'lib, umurtqa pog'onasi harakatini bizning tahlilimizga to'liq kiritish imkonini beradi. Biroq, shunga o'xshash tarzda tahlil qilinganda, bu kichik to'plam magistralning bog'lanish entropiyasiga qo'shgan hissasi haqiqatan ham kichik (<5%) ekanligini ko'rsatadi. Ning aniqlangan qiymatidan foydalanish sdEndi biz konformatsion entropiyaning oqsillar tomonidan molekulyar tan olinishiga qo'shgan hissasi juda o'zgaruvchanligini miqdoriy jihatdan aniqlashimiz mumkin. Konformatsion entropiya assotsiatsiyaga juda yomon ta'sir qilishi, hech qanday ta'sir ko'rsatmasligi va uni yoqlamasligi mumkin, va bu ko'pincha bog'lanish termodinamikasining katta determinantidir (2 -rasm). Haqiqatan ham, entropiyani kalibrlashda ishlatiladigan komplekslarning taxminan to'rtdan bir qismi uchun konformatsion entropiyaning bog'lanish termodinamikasiga hissasi yo'qligi biologik jihatdan samarasiz yaqinliklarga olib keladi.

Ligandning oqsillarga bog'lanish erkin energiyasiga oqsil konformatsion entropiyasining hissasi. Ligandlarning yuqori yaqinlik bilan bog'lanishi uchun oqsillarga qo'shiladigan ulushlarning keng doirasi tenglama parametrlarini kalibrlash uchun ishlatiladigan oqsil-ligand komplekslari bilan tasvirlangan. 3. 28 ta protein-ligand komplekslari bog'lanishning umumiy erkin energiyasiga (ko'k chiziqlar) konformatsion entropiya (qizil chiziqlar) hissasining kamayish tartibida joylashgan. Ligandning bog'lanishiga aminokislotalar yon zanjirlarining javobidan kelib chiqadigan konformatsion entropiya juda yoqimsiz, ahamiyatsiz va juda qulaygacha o'zgarishi mumkin. Ba'zi hollarda yuqori affinitiv bog'lanish uchun konformatsion entropiya muhim ahamiyatga ega. Molekulyar tanishda konformatsion entropiyadan o'zgaruvchan foydalanishning strukturaviy kelib chiqishi noma'lum. Ko'pgina hollarda, hal qiluvchi entropiyasining o'zgarishi dominant hissa bo'lib qoladi. E'tibor bering - -TΔSr-t, DSligand, va DShal qiluvchi bu erda ko'rsatilmagan. Har bir kompleksning termodinamikasi umumlashtiriladi SI ilovasi, S2 va S4 jadvallari.

Kalibrlangan entropiya o'lchagich konformatsion entropiyaning bog'lanish jarayoniga qo'shgan hissasini faqat dinamik ma'lumotlardan foydalangan holda aniqlash imkonini beradi, ya'ni geterodimer (AB) uchun: D S conf = sd [ ( N ch A D 〈 O o'qi 2 〉 A ) + (N χ B Δ 〈O o'qi 2〉 B)] sd = - (4,8 ± 0,5) × 10 - 3 kJ mol - 1 K - 1. [4]

Muhimi, protein -ligand assotsiatsiyasiga boshqa entropik hissa qo'shish ham shakl 1 va tenglamada umumlashtirilgan yondashuv yordamida amalga oshiriladi. 3. Tenglik 3 entropiyaning boshqa noma'lum manbalariga ruxsat beradi. Bu manbalar, masalan, bog'lanish bilan bog'liq bo'lgan zaryadning (de)protonatsiya yoki (de)solvatsiyasini o'z ichiga olishi mumkin (29). Shubhasiz, agarSboshqa ham ahamiyatli, ham komplekslar orasida o'zgarib turadi, keyin tenglamaning chiziqliligi. 3 tanazzulga uchraydi. Kuzatilgan chiziqli korrelyatsiya shuni ko'rsatadiki, bunday emas. Shunday qilib, agarSboshqa ga nisbatan kichikdirSkonf va ΔShal qiluvchi, keyin ordinat kesimi yuqori yaqinlik komplekslari hosil bo'lganda aylanish-tarjima entropiyasidagi yo'qotishni ifodalaydi. DSr-t keng nazariy munozaralarga sabab bo'ldi, lekin konformatsion entropiya singari, eksperimental ta'rifga qarshilik ko'rsatdi. Ko'rinib turgan DSr-t −0,10 ± 0,01 kJ⋅mol −1 ⋅K −1 (standart holat 1 M), bu ko‘rinadigan D bilan ancha yaxshi taqqoslanadi.Sr-t molekulyar dinamikani simulyatsiyasi orqali olingan (30).

Erituvchi entropiyaning oqsillarni o'z ichiga oladigan jarayonlarga qo'shgan hissasi, odatda, hal qiluvchi mavjud bo'lgan sirt maydonidagi o'zgarishlardan kelib chiqadi. Ishdan oldin bunday yondashuvlar konformatsion entropiya (12) haqida kuchli taxminlarni talab qilgan, bu erda talab qilinmaydi, chunki tenglamaning entropiya shartlarining to'rtta parametri. 3 to'g'ridan -to'g'ri aniqlash mumkin. Biz apolar va qutbli yuzalarni bog'lash paytida ko'mish entropiyaning ijobiy (ijobiy) o'zgarishiga olib keladi. Ushbu ijobiy o'zgarish qutbli guruhlarning gidratatsiyasi, masalan, apolyar guruhlarning gidratatsiyasi, erigan moddalar, ionlar va oqsillar gidratatsiyasi bo'yicha keng ko'lamli termodinamik ma'lumotlarga muvofiq gidratlanishning salbiy entropiyasiga ega bo'lganligi sababli yuzaga keladi (28, 31, 32). Apolar uchun sirt maydoni koeffitsientlarini aniqladik (aapolar) va qutbli (aqutbli) 298 K da desolvatsiya entropiyasi mos ravishda -0.096 ± 0.029 J⋅mol -1 ⋅K -1 ⋅Å -2 va -0.027 ± 0.005 J⋅K -1 ⋅Å -2 bo'ladi (1 -jadval). Tegishli hidratsiya issiqlik sig'im koeffitsientlari ham 1-jadvalda keltirilgan. Hidrofobik maydonning ko'milishi hidrofobik ta'sir orqali kompleksni barqarorlashtiradi. Shu bilan birga, qutb zonasining ko'milishi, shuningdek, uning hidratsion suvini katta hajmli, kamroq tartiblangan holatga chiqarish orqali kompleksni barqarorlashtiradi (31). Koeffitsientlar ilgari olinganidan (12, 33) kichikroq va qisman oldingi ishda oqsillarning katlanmış holatida qoldiq yon zanjir entropiyasining hissasini etarli darajada baholash ta'sirini aks ettiradi. Shunisi qiziqki, kichikroq kattalik, ehtimol, solvatsiya tabiatidagi farqdan kelib chiqadi. Oldingi solvatsiya entropiyalari suv va organik erituvchilar o'rtasidagi guruh almashinuvi yoki globulyar oqsillarning global ochilishi (masalan, 12, 27, 28, 33 ⇓ ⇓ -36) yon zanjirlarning to'liq yechilishini o'z ichiga olgan holda hisoblangan. Bundan farqli o'laroq, bu erda o'tkazilgan tadqiqotlar ko'proq oqsil sirtining solvatsiyasiga qaratilgan bo'lib, uzunlik o'lchovi, batafsil geometriya va oqsil sirtlarining o'ziga xos dinamikasidagi farqlarni aks ettirishi mumkin (masalan, ref. 37-33). Bu masala hali ham ko'proq o'rganilishi kerak.

Eritmadagi oqsil molekulalarining bir qancha asosiy xossalari ularning issiqlik sig'imi bilan bog'liq bo'lib, bu esa, o'z navbatida, asosiy entropiya bilan bog'liq. Ning eng to'g'ri ta'rifi Cp bu yerda entropiyaning haroratning natural logarifmiga nisbatan hosilasi. Shunday qilib, belgilangan sd Entropiya o'lchagichining parametrlari, haroratga bog'liqlik ma'lumotlari bilan birga, oqsilning konformatsion hissasini qo'shishga imkon beradi Cp aniqlanishi kerak bo'lgan o'zgarishlar. To ga konformatsion va solvatsion hissalarning nisbiy ahamiyatiCp ΔS ga kelsak, ko'p munozaralar mavzusi bo'lgan (40), chunki ilgari har xil hissa qo'shishni ajratishning eksperimental usuli yo'q edi. Metil o'z ichiga olgan yon zanjir harakatining haroratga bog'liqligi faqat bir nechta oqsillar uchun o'rganilgan: masalan, drkN (41) va a-spektrin (42) SH3 domenlari, ubikuitin (43, 44) va kolomodulin- peptid kompleksi (45). NMRning dastlabki tadqiqotlari shuni ko'rsatdiki, orqa miya bukilgan oqsillarning issiqlik o'tkazuvchanligiga yon zanjirlarga qaraganda kamroq hissa qo'shgan [41]. Entropiya o'lchagichdan foydalanib, biz aminokislotalarning yon zanjirlari oxirgi ikki oqsilning differensial skanerlash kalorimetriyasi bilan o'lchanadigan umumiy issiqlik sig'imiga faqat kichik bir qismni (~ 5-6%) qo'shishini aniqlaymiz.SI ilovasi, S6 -jadval). Bu topilma issiqlik sig'imining ko'p qismi erituvchi -oqsil o'zaro ta'siridan kelib chiqadi degan taklifni kuchaytiradi (10, 40, 46).

Protein funktsiyasidagi konformatsion entropiyaning rolini o'rganishdan tashqari, entropiya o'lchagich entropiyaning boshqa muhim ko'rinishlarini yoritish uchun ishlatilishi mumkin. Masalan, entropiya o'lchagichni kalibrlash uchun ishlatiladigan komplekslar asosan quruq interfeyslarga ega. Interfeysni o'z ichiga olgan ko'milgan sirtda saqlanib qolgan "strukturali" suvning mavjudligi hal qiluvchi entropiyaga ta'sir qiladi, ammo uni kirish mumkin bo'lgan sirt maydoniga qarab hisoblash uchun standart usul bilan maskalanadi. Kalibrlashdan so'ng (1-rasm), oqsil kompleksidagi suvning tashkil etilishi bilan bog'liq entropiyani o'rganish mumkin. Ushbu fikrni tasvirlash uchun biz hujayradan tashqari ribonukleaza barnazalari orasidagi kompleksni ko'rib chiqdik. Bacillus amyloliquefaciens va oligonukleotid dCGAC modelli substrat. Barnaz 110 qoldiqli ribonukleaza bo'lib, 89 qoldiq barstar tomonidan hujayra ichidagi potentsial o'lik faolligini bostirish uchun inhibe qilinadi. Barnase/dCGAC kompleksida to'qqizta to'liq ko'milgan va kristallografik jihatdan aniqlangan strukturaviy suv molekulalari bor (47) (3-rasm). NMR spektroskopiyasi va ITC yordamida kuzatiladigan to'g'ridan -to'g'ri titrlash orqali bog'lovchi termodinamikani aniqlash shuni ko'rsatadiki, dCGACning barnazaga bog'lanishining erkin energiyasi asosan entropiya ortishi bilan ta'minlanadi.SI ilovasi, S3-rasm va S2-jadval). Dinamik tahlil oligonükleotidni bog'lashda yon zanjir harakatining mos ravishda kuchayishini ko'rsatadi, bu bog'lanish entropiyasiga ijobiy hissa qo'shadi (SI ilovasi, S3-rasm va S4-jadval). Tenglamada ko'rsatilgan entropiya hissalarining inventarizatsiyasi. 3 yaxshi kelishuvga olib keladi, bu yuqorida aytib o'tilgan kompleksning tuzilishiga ta'sir qiladi. Bu qarama -qarshilik to'qqizta suv molekulasining qattiqlashishi tenglamaning solvatsiya muddati bilan mos kelmagani uchun paydo bo'ladi. 3. Suvning birlashish entropiyasidan (-22 J⋅mol -1 ⋅K -1) (48) foydalanib, bu suvlarning majmuadagi qattiqlashuvi kalibrlash chizig'idan aniq og'ishlarga olib kelishi taxmin qilinadi (1 -rasm, kulrang va ko'k olmos). Shunday qilib, yoki strukturaviy suvlar sezilarli darajada saqlanib qoladi Sr-t kompleksda va/yoki ular erkin barnazada qotib qoladi. Bu savolga javob berish uchun biz bir muncha vaqt oldin Vütrix va hamkasblarimiz (49) tomonidan kiritilgan yondashuvga murojaat qildik, bunda yadroviy Overhauser effekti (NOE) va uning aylanadigan ramka hamkasbi (ROE), oqsil vodorodlari va uzoq vodorodlar o'rtasida. Bilan bog'liq bo'lgan suv oqsil -suv dinamikasi haqida ma'lumot berishi mumkin. Kompleksdagi interfeysda ko'milgan to'qqizta suvning uzoq muddatli biriktirilishiga mos keladigan misli ko'rilmagan miqdordagi NOE kontaktlari erkin barnazda (4) ko'rinadi. Ushbu yondashuvni ommaviy eritmada qo'llashda artefaktlar yuzaga kelishi mumkinligi qayd etilgan (50). Biroq, teskari miselning himoya suv yadrosi ichida oqsillarni kapsula qilish vodorod almashinuvini va NOE va ROEni buzadigan boshqa jarayonlarni bostiradi [51]. Kristallografik strukturaning ko'milgan suvlarining to'qqiztasiga mos keladigan dipolyar kontaktlar ham kapsulalangan barnazadan kuzatiladi (3-rasm). Bu eritma tarkibidagi suv -oqsil aloqalarining NOE/ROE ning o'rtacha nisbati taxminan -0.15 ni tashkil etadi, bu suvlarning oqsilga nisbatan qattiqroq tutilganligini ko'rsatadi. Shunday qilib, erkin barnaza tomonidan qattiq ushlab turilgan suv kompleksda tuzilish elementi sifatida suvdan foydalanishning entropik narxini bekor qiladi.

Erkin barzada qattiq ushlab turiladigan suvni aniqlash. Suvli eritmada barnazning 15 15 o'lchamli NOE spektroskopiyasi (NOESY) suv rezonansida 2D bo'lakning kengayishi (A, 50-ms NOE aralashish vaqti) va pentanda tayyorlangan CTAB/geksanolli teskari misellarda barnaza (B, 40-ms NOE aralashish vaqti) tasvirlangan. Ushbu o'zaro faoliyat cho'qqilar barnazaning amid vodorodlari va mahalliy gidratatsiya suvi o'rtasidagi NOE ga to'g'ri keladi. Suvli suvli eritmada hidratsion suvni aniqlash turli mexanizmlar, xususan vodorod almashinuvi bilan buzilishi mumkin. Bu artefaktlar teskari misellarda bostiriladi. Izohli topshiriqlar bilan ko'rsatilgan kesishgan cho'qqilarning yozishmalari suvli spektrdagi haqiqiy cho'qqilarni haqiqiy NOE sifatida tasdiqlaydi. NOE va ROEning yuqori cho'qqisi intensivligini taqqoslash shuni ko'rsatadiki, bu suvlar erkin barnazada qattiq saqlanadi. Teskari mitsel spektridagi qo'shimcha NOE suvning umumiy sekinlashuvidan kelib chiqadi, bu esa hidratsiya qatlamidagi qo'shimcha suvlarning harakatini aniqlangan vaqt rejimiga olib keladi. (C) Ommaviy eritmada erkin barnazda oqsil va suv o'rtasida NOE o'zaro kesishishining strukturaviy xaritasi. Uzoq muddatli hidratsiyali o'zaro ta'sirga ega saytlar yashil sharlar sifatida ko'rsatilgan. Bog'lanish joyidagi erkin barnazaning kristallografik suvlari ko'k shar shaklida ko'rsatilgan.

Yana bir misol, entropiya o'lchagichidan olinishi mumkin bo'lgan tushuncha, zaif o'zaro ta'sirlar uchun aylanish-tarjima entropiyasining yo'qolishi kamayadi degan fikrga asoslanadi. Kd & gt 100 mkM) kompleksda sezilarli qoldiq harakati tufayli. Bu fikrni o'rganish uchun biz gistamin va serotoninning gistamin bog'laydigan oqsil (HBP) bilan o'zaro ta'sirini o'rganib chiqdik. Rhipicephalus appendiculatus malumot HBP lipokalin oqsillari oilasining a'zosi bo'lib, ular gistamin va serotonin bilan bog'lanishini isbotlagan [52]. Ushbu heterosiklik molekulalar to'qimalarning shikastlanishiga yallig'lanish ta'sirining asosiy vositachilari bo'lib xizmat qiladi [53]. HBP-171-qoldiqli, b-barrelli oqsil, boshqa lipokalin oilaviy oqsillaridan farqli o'laroq, ikkita gistamin bog'laydigan joyga ega bo'lib, bittasi afinitivligi yuqori (H-joy) va past afinitli (L-sayt) (52). Shomil xostning mudofaaviy yallig'lanish reaktsiyasiga xalaqit berish uchun HBP ni chiqaradi. Tadqiqotlarimiz uchun biz L-saytda joylashgan D24R mutatsiyasidan foydalandik, bu esa ikkinchi gistamin molekulasining bog'lanishini sezilarli darajada bekor qiladi va birlamchi yuqori yaqinlikdagi gistamin bog'lanishini (H-sayt) saqlaydi (54). ITC gistaminning HBP (D24R) ga juda yuqori yaqinlik bilan bog'lanishini aniqladi.Kd = 3,2 ± 0,7 nM, iz radiolabeling yordamida oldingi o'lchovlarga mos keladi [52]] va entalpiyada katta ijobiy o'zgarish va noqulay umumiy majburiy entropiya bilan birga keladi.SI ilovasi, S2 -jadval). NMR gevşeme tahlili gistaminning bog'lanishiga oqsilning heterojen javobini ko'rsatadi (SI ilovasi, S4 -rasm). Ushbu natijalar entropiya o'lchagichning konsensus o'rnatilgan chizig'iga juda yaqin ma'lumot beradi. HBP (D24R) gistamin kompleksini serotonin bilan titrlashda asosan L-joy yaqinidagi Y30, V49, V51, A53, F67, E82 qoldiqlariga asoslangan zaif bog'lanish joyi aniqlanadi.SI ilovasi, S5 -rasm). Bu topilma L-saytida qoldiq bog'lanish faolligini ko'rsatishi mumkin. ITC hech qanday issiqlikni aniqlamaydi, bu oddiy bog'lanish erkin energiyasi (-13,7 kJ/mol) butunlay entropiya bilan boshqarilishini ko'rsatadi. NMR gevşeme tahlili, zanjir dinamikasining o'sishini ko'rsatadi, bu juda oddiySkonf ning 3 ± 1 J⋅mol -1 ⋅K -1. Qizig'i shundaki, entropiya inventarizatsiyasini to'ldirganda, bashorat qilingan entropiyadan faqat kichik og'ish topiladi (1 -rasm). Bu og'ish, ehtimol, ushbu kompleks uchun yechim parametrlarining noaniqligi va ehtimol kichik qoldiq bilan bog'liq. Sr-t kompleksdagi serotonin ligand. Shunday qilib, E.Sr-t 1-rasmda hisoblangan qiymat, ehtimol, millimolyar diapazondagi dissotsilanish konstantalariga mos keladigan nisbatan past yaqinliklarga qadar amal qiladi.

Xulosa qilib aytganda, tez oqsilli yon zanjir harakatining o'zgarishi konformatsion entropiyaning o'zgarishi, erituvchi entropiyaning o'zgarishi mumkin bo'lgan sirt maydonining o'zgarishi va yuqori yaqinlikdagi komplekslarda aylanish-tarjima entropiyasining yo'qolishi bilan bog'liq bo'lgan koeffitsientlar aniqlandi. Bu erda ishlatiladigan ligand turlarining diapazoni shuni ko'rsatadiki, tez ichki yon zanjir harakati va uning asosidagi konformatsion entropiya o'rtasidagi munosabatlar universaldir va eriydigan oqsillarning asosiy xususiyatini ifodalaydi. Konformatsion entropiya oqsillarni o'z ichiga olgan komplekslar hosil bo'lishida juda o'zgaruvchan rolga ega ekanligi ko'rsatildi: u bog'lanishning erkin energiyasiga ijobiy ta'sir ko'rsatishi, yomonlashishi yoki ta'sir qilmasligi mumkin. Ushbu xatti-harakat uchun aniq tarkibiy bog'liqliklar mavjud emas. Struktura, u ifodalaydigan entalpiya, konformatsion entropiya va ichki harakat o'rtasidagi bog'liqlik bizning oqsil termodinamikasi va funktsiyasi haqidagi hozirgi tushunchamizga darhol qiyinchilik tug'diradi. Bu nuqtai nazardan, oqsillar tarkibidagi kichik konformerlarning kristallografik tahlilidan kelib chiqadigan nuqtai nazar (55 ⇓ -57), bu erda tasdiqlangan dinamik proksi bilan birgalikda, oqsil tuzilishi va funktsiyasida konformatsion entropiyaning rolini o'lchash vositasini beradi.


Biologik dori vositalarini etkazib berishning molekulyar mexanizmlarini va NMR spektroskopiyasidan barqarorlikni tushunish ☆

Proteinli terapevtik dorilar, zamonaviy farmatsevtika bozorida ustunlik qilishiga qaramay, membranani o'tkazuvchanligi va tizimli beqarorlikni cheklaydi. Biologik mavjudlik va barqarorlikni yaxshilash uchun fiziologik va fizik -kimyoviy to'siqlarni engib o'tish uchun samarali formulalar kerak. Dori-darmonlar tashuvchi transport vositalarining membranaga yaqinligi, uyali internalizatsiyasi, inkapsulatsiyasi va chiqarilishi haqidagi bilimlar etkazib berish samaradorligi va terapevtik samaradorligi oshgan biofarmatsevtikalarni loyihalash va optimallashtirishning asosini ochib beradi. Proteinli preparatlar va formulaga qo'shimcha moddalar o'rtasidagi barqarorlashtiruvchi va beqarorlashtiruvchi o'zaro ta'sirlarni tushunish biologik mahsulotlarning barqarorligi va sifatini ta'minlashning asosiy mexanizmlarini ta'minlaydi. Ushbu maqolada eritma va qattiq holatdagi NMR spektroskopiyasidan foydalangan holda biologiyaning molekulyar tadqiqotlari dori vositalarini etkazib berish va barqarorligi uchun muhim bo'lgan tarkibiy xususiyatlar bo'yicha ko'rib chiqiladi. Dori vositalariga integratsiyalashgan sa'y-harakatlar sifatida hujayra ichiga kiruvchi peptidlar, lipidli nanopartikullar va polimerik kolloidlarga asoslangan peptidlar, oqsillar, monoklonal antikorlar va vaksinaning biofizik va biokimyoviy barqarorligiga asoslangan dori-darmonlarni etkazib berish tizimlarining tuzilish-funktsional aloqalarini chuqur o'rganish. dizayn, batafsil ishlab chiqiladi.


Minnatdorchilik

Y.-Jga minnatdorchilik bildiramiz. Vang, Q.-C. Chju, Q. Sun, Q.-Y. Li, J.-V. Vang, T.-L. Xu, Y. Chen, F.-L. Vey, G.-C. Shen, X.-L. Ven va L.-S. Li dala tajribalarida yordam bergani uchun X.-L. Ven, L.-S. Li va XTBG (CAS) jamoat texnologiyalariga xizmat ko'rsatish markazi faol VOC tahliliga yordam berish uchun va X.-G. Mao, P.-Y. Xua va D.-Y. Ma'lumotlarni tahlil qilishda konstruktiv takliflar uchun Chjan. Bu ish NSFC 31630008 va 31870356 (X.-Y.C.) va 31870359 (G.W.) grantlari va Shaanxi provinsiyasining Talents 1000 stipendiyasi (D.W.D.) tomonidan qo'llab-quvvatlanadi. S.T.S. Harper Adams universitetining kafedra yordamini tan oladi.


Transesterifikatsiya yo'li bilan yalang'ochlash: reaksiya reaksiyasi

Genetika va molekulyar biologiya bo'yicha o'quv dasturi, Shimoliy Karolina universiteti, Chapel -Xill, Chapel -Xill, NC 27599, AQSh.

Biologiya kafedrasi va,

Biologiya va

Genetika va molekulyar biologiya bo'yicha o'quv dasturi, Shimoliy Karolina universiteti, Chapel -Xill, Chapel -Xill, NC 27599, AQSh.

Xulosa

DNK relaksazalari konjugativ DNK uzatishni boshlash va tugatishda muhim rol o'ynaydi. Bir nechta plazmidlardan relaksazalarning tozalanishi va tavsiflanishi reaktsiya mexanizmini ochib berdi: trans-eterifikatsiyani katalizatsiyalash yo'li bilan dupleks DNKni lokalizatsiyalashgan holda va relapsli tarzda. Reaksiya mahsuloti-bu 3'-OH sekvestrli va bo'shashgan ipning 5 ′ uchiga fosfotirosil bog'lanish orqali kovalent bog'langan, ikki qatorli DNK molekulasi. Relakaza-katalizatsiyalangan transesterifikatsiya izoenergetikdir va teskari ikkinchi transesterifikatsiya nukleli DNKni bog'laydi. Biroq, kovalent nukleoproteinlar kompleksi nisbatan uzoq umr ko'radi, bu xususiyat DNKning konjugativ o'tkazish jarayonida oraliq roli uchun muhim bo'lishi mumkin. Qabul qilingan hujayraga o'tkazilgan DNKning bitta zanjirini hosil qilish uchun keyinchalik DNK qidiruv vositasini ochish talab qilinadi. Bu reaktsiya DNK helikazasi tomonidan katalizlanadi, bu plazmid tizimlarida ham, hammasida ham relaksaza oqsiliga xos bo'lgan faoliyat. Birinchi gevşeme-katalizlangan transesterifikatsiya konjugativ strand uzatishni boshlash uchun zarur, ikkinchisi esa jarayonni tugatish uchun kerak bo'ladi. Gevşeme, bir nechta yordamchi oqsillar bilan birgalikda, taxminan 30 yil oldin birinchi marta konjugativ va mobilizatsiya qilinadigan plazmidlar bilan bog'liq bo'lgan relaksosoma yoki gevşeme kompleksini hosil qiladi.


Glyukoza arsenatining hosil bo'lishining kinetikasi va termodinamiği. Glyukoza arsenatining fosfoglyukomutaza bilan reaksiyasi

Maqolalarni ko'rish-bu barcha muassasalar va shaxslar uchun 2008 yil noyabr oyidan beri to'liq matnli maqolalarni (PDF va HTML formatida) COUNTERga mos keladigan yuklamalar. Ushbu ko'rsatkichlar so'nggi bir necha kungacha bo'lgan foydalanishni aks ettirish uchun muntazam ravishda yangilanadi.

Iqtiboslar - bu Crossref tomonidan hisoblab chiqilgan va har kuni yangilanadigan ushbu maqolaga iqtibos keltirgan boshqa maqolalar soni. Crossref iqtiboslar soni haqida ko'proq ma'lumot oling.

Altmetrik e'tibor darajasi tadqiqot maqolasi onlaynda olingan e'tiborning miqdoriy o'lchovidir. Donut belgisini bosish altmetric.com saytida ushbu maqola uchun ball va ijtimoiy media mavjudligi haqida qo'shimcha ma'lumotlar bilan sahifani yuklaydi. Altmetrik e'tibor ballari va ballar qanday hisoblanishi haqida ko'proq ma'lumot oling.

Eslatma: Annotatsiya o'rniga bu maqolaning birinchi sahifasi.


Videoni tomosha qiling: Mavzu: Issiqlik texnikasi fanning predmeti asosiy tushunchalari va termodinamika xolat parametrlari (Avgust 2022).