Сетевая библиотекаСетевая библиотека

ДНК 3D Геометрия

Дата публикации: 28.10.2012
Тип: Текстовые документы PPT
Размер: 3.38 Мбайт
Идентификатор документа: -44833532_133389197
Файлы этого типа можно открыть с помощью программы:
PowerPoint из пакета Microsoft Office
Для скачивания файла Вам необходимо подтвердить, что Вы не робот

Предпросмотр документа

Не то что нужно?


Вернуться к поиску
Содержание документа
Геометрия и “живые” молекулы Хорошо ли молекулы называть живыми? “Живые” молекулы ДНК – центральный архив информации; содержит инструкции (1) по производству белков; (2) по тому, когда, каким клеткам и какие белки производитьБелки – активные действующие лица, “живые” …РНК …. Эвклид 3D = three dimensional = трехмерный 3D Геометрия – это наука о пространственных отношениях между телами, поверхностями, линиями и точками Порин из бактерииKlebsiella pneumoniae Зеленый флюоресцентный белок из медузы Aequorea victria Вот как выглядят белки Еще примеры: РНК-зависимая РНК полимераза полиовируса РНК-зависимая РНК полимераза полиовируса – молекулярная машина по полимеризации новой молекулы РНК.Как всяка машина, молекулярная машина состоит из множества согласованно работающих частей А важна ли 3D геометрия молекул? Витрувианский человек Леонардо да Винчи Пример удачного описания 3D геометрии живого В чем состоит описание этого 3D объекта Выделяем структурные единицы – части, эти части имеют названияФункции частей нам известны Подвижность частей нам тоже известнаВнутреннее строение частей описано наукой (анатомией, физиологией)Важные геометрические параметры объекта и его частей и их вариации у разных объектов данного класса тоже описаны (рост, длина руки, форма зубов и др.) Как мы все это узнали? Глаза…Длительное наблюдение за объектамиВозможность измерять …. Анатомия, физиология, биометрика …. …. “Живые” молекулы - маленькие ДНК: толщина - 20Е , длина - ?(участок из 10 пар оснований имеет длину около 35 Е) (геном кишечной палочки – около 5 млн пар оснований 4639675 п.о.) (геном человека – более 3 млрд пар оснований)РНК: тРНК имеет диаметр около 70Е Диаметр белка может быть от 10 до многих сотен ангстрем (и даже тысяч) Если бы мы могли стать очень маленькими и поместились бы в одну живую клетку, то увидели бы ….. Разные молекулы (вода, ионы, маленькие молекулы – лиганды, белки и др.)налетают со всех сторон. Разобраться что к чему непросто! Темно … (*) не совсем так, иногда кое-какие движения можно восстановить на основании экспериментальных данных – ЯМР, например. Как же нарисовали модели белков? Рентгено-структурный анализ - примерно, одномоментная фотография одной молекулы (или одновременно нескольких связанных друг с другом молекул), образующих кристаллическую структуру.Не видим: движения белков, подвижность отдельных частей(*), поведения при встрече с другими молекулами и др. Приходится а) проводить эксперименты; б) интерпретировать результаты и, часто, догадываться о том, что происходит Fingers Palm Thumb Template RNA Product RNA NTP (нарисовано на основе существующих на сегодня 3D структури многих других экспериментальных данных) Геометрическое описание РНК-зависимой РНК полимеразы полиовируса, наверное, должно выглядеть так: (1) Основная функция жирафа –поедание верхней кроны листьев(2) путь развития жирафа до зрелого белк.., извините, организма (3) проблема функции хвоста жирафа осталась бы нерешенной и загадочной: Если бы биосфера была размерами с одну клетку, мы смогли бы – современными экспериментальнымиметодами установить, что: удаление хвоста генно-инженерными методами не приводит к невыполнению функции, однако хвост закрепился в эволюции !!!???. Про жирафа и объем наших знаний о жизни белков ДНК – архив информации Значит, должны быть Писатели (???!!!)Читатели, которые используют информациюАрхивариусы, которые следят за тем, чтобы нужную информацию получали нужные читатели, заботились об архивеКопировщики архива (клетки размножаются) Фрагмент нуклеосомы лягушкиXenopus laevis См. Rasmol ДНК находится в B-форме. В такой форме она обычно хранится в хромосоме Два способа чтения ДНК белками В ДНК закодирована информация AAATTGCGCTTTCCAGGG …или вроде тогоИ как же ее переписать, разглядывая (нам, людям) или “щупая” (ДНК-зависимой РНК-полимеразе)?AGCTGAATTCAGCTGAAC Где же буквы A, T, G, C? Чтобы найти буквы нам (людям) нужно упростить картинку, найти и назватьчасти молекулы Этим и займемся – для участка ДНК Сахаро-фосфатный остов ДНК(выделен) В каком направлении читать ДНК? A C T G Глазами легко увидеть различные пары оснований ДНК-зависимая РНК-полимераза только переписывает буквырасплетает две цепи ДНКизгибает одну цепь так, как ей удобноработает с каждым основанием по отдельностирасполагает это основание в стандартном положениикоды атомов основания – донор протона или акцептор протона позволяют ей правильно подобрать комплементарное основание Схема работы ДНК-зависимой РНК полимеразы Кислород, акцептор протона Азот, донор протона Азот, Акцептор протона Вот как выглядят коды оснований в расплетенной цепи ДНК NДонор OАкцептор OАкцептор NДонор NАкцептор NДонор NДонор NАкцептор OАкцептор NДонор C G T A Кислород, акцептор Азот, донор Азот, акцептор Коды оснований, используемые при переписывании (транскрипции) Регуляторным белкам приходится читать ДНК, не расплетая цепей История про белок TetR периплазма цитоплазма diffusion TetA efflux Tc Белок TetA Tc Tc антибиотик тетрациклин Tc БАКТЕРИЯ МЕЖКЛЕТОЧНОЕПРОСТРАНСТВО Идея бактерии простая, но так просто не получается  O2 O1 Белок TetR периплазма цитоплазма tetR tetA Белок TetA ДНК Гены неработают Участки ДНК, узнаваемыеTetR O2 O1 Белок TetR периплазма цитоплазма tetR tetA diffusion TetR+Tc Tc Белок TetA ДНК Tc антибиотик тетрациклин Tc При связывании с Tc белок TetRперестает связываться со “своим”участком ДНК O2 O1 Белок TetR периплазма цитоплазма tetR tetA diffusion TetR+Tc Tc Белок TetA ДНК Гены работают Tc антибиотик тетрациклин TetA efflux Tc Tc Димер TetR, взаимодействующий с двумя молекуламитетрациклина Вот он, белок TetR, собственной персоной CTATCATTGATAG (или очень на нее похожей) и связаться с ним. Расплетение двойной спирали ДНКне предусмотрено! Чтобы выполнить свою миссию, молекула TetR должна отыскать на ДНК участок с последовательностью Так ничего не понять! Нужно выделить части! Сахаро-фосфатныйостов Малая бороздка ДНК Большая бороздка ДНК Давайте читать ДНК, на расплетая цепей! Какие атомы на поверхности ДНК различаются в зависимости от оснований ДНК (“букв”)? Акцептор протона Донор протона Большая бороздка ДНК: Акцептор протона Донор протона Малая бороздка ДНК: Основные различия – в большой бороздке! A-T T-A G-C C-G Акцептор протона Донор протона Гидрофобная группа атомов (-CH3 ) “Химический код” в большой бороздке ДНК Но у белков нет глаз, им приходится работатьна ощупь, различая атомы по их свойствам Очевидно, важна геометрия большой бороздки ДНК! Разглядывая большую бороздку, человек может узнать последовательность ДНК, не расплетая двойной спирали. Определение 1. Геликоид – поверхность,образованная равномерным вращением отрезка, перпендикулярного оси, иравномерно перемещающегося вдоль нее. Поверхность дна большой бороздки ДНК хорошо приближается поверхностью, называемой “Геликоид”. Определение 2. Геликоид – поверхность, образованная мыльной пленкой, натянутой на двойную спираль из проволоки (т.н., минимальная поверхность) Двойная спираль Геликоид Параметры геликоида подгоняются к каждомуучастку ДНК.Поэтому геликоид искривлен Большая бороздка ДНК, приближенная геликоидом Ось ДНК проходит по дну большой бороздки и совпадает с осью геликоида Давайте изобретать белок для распознавания ДНК! Белок глобулярный, т.е. сохраняет свою форму, очень условно, эллипсоидальную В нем нет длинных гибких “щупалец”Значит, надо изобрести структурную единицу белка, помещающуюся в большую бороздкуТакой структурной единицей может быть альфа-спираль См. Rasmol Вот как это делает тетрациклиновый репрессор Некоторые выводы Одна молекула белка взаимодействует с коротким участком ДНК - 4-5 пар основанийВ большой бороздке ДНК белок ищет шифр в области поверхности большой бороздки; для него ДНК не разделена на пары основанийФорма поверхности большой бороздки важна для узнавания своего участка ДНК Регуляторным белкам надо узнавать участки ДНК из ок. 10 пар оснований, как минимум… Димеризация белка – это способ удлинить узнаваемый участокКакое свойство последовательности регуляторного участка ДНК (участка, который узнает регуляторный белок) следует ожидать из-за того, что этот белок димеризуется? Вид сбоку Вид со стороны ДНК Димер тетрациклинового репрессора на ДНК CTATCATTGATAG Что в ней особенного? Вот последовательность, узнаваемая тетрациклиновым репрессором Тетрациклиновый репрессор умеет узнавать участок ДНК со свой любимой последовательностьюЛюди (даже ученые  ) не научились как следует решать эту задачу!!! Задача. Дан регуляторный белок; знаем все о его строении. Найти участок ДНК, с которым этот белок свяжется – т.е. указать последовательность ДНК этого участка Значит, мы знаем не все, что использует белок для узнавания Роль растворителя – воды, ионовГеометрия участка ДНК может зависеть от последовательности основанийИзгибаемость двойной спирали ДНК может зависеть от последовательности оснований….. Две структуры наложе друг на другаВ структуре с тетрациклином,например, глютамин-38изменил свое положение по сравнению со структурой с ДНК и наезжает на ДНК. Почему же тетрациклиновый репрессор, связавшись с тетрациклином, перестает связываться с ДНК? Ничего общего? Вернемся к порину и зеленому флюоресцентному белку: Порин Зеленый флюоресцентный белок Скелеты похожи! Задача. Как сшить сферу из одинаковых лоскутов? Капсид вируса - сателлита вируса табачной мозаики – сложен из 60 одинаковых молекул белка. http://www.rcsb.org/ Ключевое слово Сохранение файла в формате PDB(нужно знать PDBкод, например, 2trt) Вот адрес базы данных PDB, в которой хранятся 3D структуры белков, ДНК, РНК: http://www.openrasmol.org/doc/rasmol.html Версия 2.7.3 под Windows и help file http://www.scripps.edu/mb/goodsell/pdb/ По этому адресу найдете описание многихважных белков и их 3D структур (англ.) Вот откуда можно скачать программу Rasmol, позволяющую смотреть на 3D структуры в формате PDB Вот PDB коды 3D структур, использованных в презентации Нуклеосома 1aoiЗеленый флюоресцентный белок 1hcjПорин 1osmТетрациклиновый репрессор в комплексе с тетрациклином 2trt (скачивать Biological unit)Тетрациклиновый репрессор в комплексе с ДНК 1qpi (скачивать Biological unit)РНК-зависимая РНК-полимераза 1ra6 Оболочка вируса, вызывающего “мозаику” огурцов Оболочка риновируса – вируса, вызывающего насморк Вирус ящура