Strukturní biologie - Structural biology

Strukturní biologie je odvětví molekulární biologie , biochemie a biofyziky zabývající se molekulární strukturou biologických makromolekul (zejména proteinů složených z aminokyselin , RNA nebo DNA složených z nukleotidů a membrán složených z lipidů ), jak získávají struktury, které mají, a to, jak změny v jejich strukturách ovlivňují jejich funkci. Toto téma je pro biology velmi zajímavé, protože makromolekuly vykonávají většinu funkcí buněk a jsou schopny vykonávat tyto funkce pouze navíjením do konkrétních trojrozměrných tvarů. Tato architektura, „ terciární struktura “ molekul, závisí komplikovaně na základním složení každé molekuly neboli „ primární struktuře “.

V posledních několika letech se stalo možné, aby vysoce přesné fyzikální molekulární modely doplňovaly in silico studium biologických struktur. Příklady těchto modelů lze nalézt v Protein Data Bank .

Výpočtové techniky, jako jsou simulace molekulární dynamiky, lze použít ve spojení se strategiemi empirického určování struktury k rozšíření a studiu struktury, konformace a funkce proteinů.

Hemoglobin , protein transportující kyslík nacházející se v červených krvinkách
Příklady proteinových struktur z Protein Data Bank (PDB)

Dějiny

V roce 1912 Max Von Laue nasměroval rentgenové záření na krystalizovaný síran měďnatý a vytvořil difrakční obrazec . Tyto experimenty vedly k vývoji rentgenové krystalografie a jejímu použití při zkoumání biologických struktur. Krystaly pepsinu byly prvními proteiny, které byly krystalizovány pro použití v rentgenové difrakci od Theodora Svedberga . První terciární proteinová struktura , struktura myoglobinu , byla publikována v roce 1958 Johnem Kendrewem . Během této doby bylo modelování proteinových struktur provedeno pomocí modelů z balzového dřeva nebo drátů . S vynálezem modelovacího softwaru, jako je CCP4 na konci 70. let, se nyní modelování provádí za pomoci počítače. Nedávný vývoj v této oblasti zahrnoval generování rentgenových volných elektronových laserů , které umožňují analýzu dříve skrytých struktur a využití strukturní biologie pro pomoc syntetické biologii

Techniky

Biomolekuly jsou příliš malé na to, aby bylo možné je vidět podrobně iu nejpokročilejších světelných mikroskopů . Metody, které strukturní biologové používají k určení jejich struktur, obvykle zahrnují měření na obrovském počtu identických molekul současně. Mezi tyto metody patří:

Vědci je nejčastěji používají ke studiu „ nativních stavů “ makromolekul. Varianty těchto metod se však také používají ke sledování, jak rodící se nebo denaturované molekuly předpokládají nebo znovu předpokládají své původní stavy. Viz skládání bílkovin .

Třetím přístupem, který strukturální biologové využívají k pochopení struktury, je bioinformatika, která hledá vzory mezi různými sekvencemi, které vedou ke vzniku konkrétních tvarů. Vědci často mohou odvodit aspekty struktury integrálních membránových proteinů na základě topologie membrány předpovězené analýzou hydrofobicity . Viz předpověď struktury proteinů .

Viz také

Reference

externí odkazy