Заглавная страница Избранные статьи Случайная статья Познавательные статьи Новые добавления Обратная связь КАТЕГОРИИ: АрхеологияБиология Генетика География Информатика История Логика Маркетинг Математика Менеджмент Механика Педагогика Религия Социология Технологии Физика Философия Финансы Химия Экология ТОП 10 на сайте Приготовление дезинфицирующих растворов различной концентрацииТехника нижней прямой подачи мяча. Франко-прусская война (причины и последствия) Организация работы процедурного кабинета Смысловое и механическое запоминание, их место и роль в усвоении знаний Коммуникативные барьеры и пути их преодоления Обработка изделий медицинского назначения многократного применения Образцы текста публицистического стиля Четыре типа изменения баланса Задачи с ответами для Всероссийской олимпиады по праву Мы поможем в написании ваших работ! ЗНАЕТЕ ЛИ ВЫ?
Влияние общества на человека
Приготовление дезинфицирующих растворов различной концентрации Практические работы по географии для 6 класса Организация работы процедурного кабинета Изменения в неживой природе осенью Уборка процедурного кабинета Сольфеджио. Все правила по сольфеджио Балочные системы. Определение реакций опор и моментов защемления |
Структура грамицидинового канала, его фундаментальное и практическое значение.Стр 1 из 8Следующая ⇒
Структура грамицидинового канала, его фундаментальное и практическое значение. Оглавление Введение Химическая природа грамицидина А и его общие свойства 3. Биологическая роль грамицидина А 4. Структура грамицидина А 4.1 Конформации грамицидина А в органических растворителях 4.2 Структура грамицидина А в липидных мембранах и мембрано- подобных средах 4.3 Влияние связывания катионов на конформацию грамицидина А 4.4 Взаимоотношения между конформационными состояниями грамицидина А и проводящими формами. 4.5 Инженерия грамицидинового канала 5. Фундаментальное и практическое значение грамицидина А 6. Выводы 7. Список использованной литературы Введение
Грамицидин А известен уже более 50 лет, но до сих пор остается в центре внимания. Являясь очень простым по своей химической структуре (всего 15 аминокислот) он обладает свойством образовывать ионселективный трансмембранный канал, не уступающий по характеристикам огромным по сравнению с ним белковым каналам, которые представлены, например, в нервной системе. Возможно, он является предшественником этих самых каналов и за время эволюции “оброс” всевозможными сенсорами напряжения, селективными фильтрами и другими регуляторными элементами. Если продолжать такое сравнение, то в плане детальной трехмерной структуры так мы пока не знаем ни один другой ионный канал, и применение грамицидина А для построения всевозможных моделей и теоретических исследований стало одним из путей к детальному пониманию различных молекулярных механизмов и структурно-функциональных взаимодействий. И, пожалуй, грамицидин А является одной из лучших таких моделей.
Биологическая роль грамицидина А
Грамицидин играет важную роль в процессе спророобразования у Bacillus brevis, определяя формирование нормальных спор. Показано, что штаммы, деффекные по синтезу грамицидина формируют споры с повышенной термочуствительностью. Грамицидин А спецефически ингибирует экспрессию отдельных (вегетативных) генов, определяя, таким образом, переход микроорганизма в покоящуюся стадию. Механизм такой регуляции до конца не ясен, но известно, что грамицидин А препятствует образованию комплекса РНК-полимеразы с ДНК, необходимого для инициации транскрипции. Предложенно две мишени связывания грамицидина: 1) грамицидин А специфически связывается с определенным участком ДНК и препядствует транскрипции. Такой механизм похож на действие другого пептидного антибиотика - тироцидина, так же синтезируемоего Bacillus brevis, который, связываясь с молекулой ДНК, препятствует образованию комплекса РНК-полимераза/ДНК, и как следствие ингибирует экспрессию определенных генов; 2) грамицидин А связывается с определенным участком РНК-полимеразы, чо приводит к изменению ее конформации и невозможностью связывания с ДНК.
Возможно грамицидин А учавствует в сложном каскаде биохимических процессов вместе с другими антибиотиками (тироцидины-серия циклических пептидов, так же синтезируемых видом Bacillus brevis на стадии спорообразования), результатом которых является переход от вегетативного роста к споре. Линейные грамицидины обладают антибиотическим и спермицидным эффектом направленным против грамположительных бактерий. Антибиотический эффект грамицидина определяется его способностью обрзовывать трансмембранный ионный канал, при чем этот эффект носит бактериостатический характер, что, по-видимому связано с истощением запасов АТФ, в организме на который действует грамицидин, который использует Na-K-АТФаза для востановления ионного градиента.
Структура грамицидина А
Не смотря на довольно простую первичную последовтельность грамицидина, определение природы его трехмерной структуры, не было стремительным и быстрым. Из-за его небольших размеров и, как следствие, сильной подвижности грамицидин, в зависимости от окружения, может существовать в виде семейства конформаций. Выделяют два основных типа структуры грамицидина: 1) Семейство двойных спиралей, предложенных Витчом (1974, [10]) и существующих в органических растворителях; 2) Семейство одиночных спиралей, предложенных Урри [11] и существующих в липидных мембранах. В связи с необычностью химической структуры грамицидина, связаной с чередованием конфигураций входящих в его последовательность аминокислот стандартная номенклатура не может быть применена для данной модели, так как грамицидин не формирует ни одного типа структур, имеющихся в глобулярных белках.
Анализируя спектры КД грамицидина, а так же основываясь на теоретических расчетах конформационных энергий Урри и сотр. (1971 г. [11]) постулировали существование особой вторичной структуры, названной p4(L,D)-спиралью, являющейся гибридом 4,416 и 4,314 спиралей (4,4 – количество остатков на виток, 16 – количество атомов в витке). Рамачандран и Чандрасекаран [12], базируясь в основном на конформационно-энергетических взаимодействиях независимо обнаружили такую же вторичную структуру. Позже Урри и сотр. [13] предложили другую модель конформации грамицидина - p6(L,D) спираль, имеющую 6,3 остатка на виток и центральную полость размером 4 Ǻ, которая больше подходит для связывания и транспорта катионов, чем полость в 1,4 Ǻ, имеющаяся в p4(L,D) спирали. Димер полипептидных цепей, ассоциированных конец к концу (N-конец к N-концу, С-конец к С-концу или N-конец к С-концу) с конформацией p6(L,D) спираль имеет размер 25-30 Ǻ и, таким образом, может пронизывать липидный бислой и образовывать трансмембранный канал (Рис1А). Каждая спираль стабилизируется 12-ю внутримолекулярныму водородными связями, а димер (при любых способах ассоциации) – при помощи 6-ти межмолекулярных водородных связей. Альтернативной структурой, предложенной Витчом и сотр в 1974 году [10], является двойная p - спираль, в которой два мономера закрученны друг на друга. Ассоциация между мономерами в такой спирали может быть как параллельной (), так и антипараллельной (¯). Расположение водородных связей в двойных спиралях грамицидна такое же как и в b-слое, который, как было предположенно, и образуется сначала между двумя молекулами грамицидина, а затем сворачивается в спираль. Витч и сотр. Так же предложили, что такие спирали с 6-7 остатками на виток будут иметь размеры, подходящие для пронизывания липидного бислоя и транспорта ионов. Дальнейшие исследования такого типа моделей показали возможность существования антипараллельных двойных спиралей с 5,6 и 7,2 остатка на виток (рис1Б). Рисунок 1. Схематическое изображение спиральных димеров (структура Урри) (А) и двухспиральных димеров (структура Витча) (В) грамицидина.
Название p-спираль, предложенное вначале для описания конформаций грамицидина было не совсем корректным, так как это название обычно используется для 4,416-спиралей, имеющих типичную ориентацию водородных связей (все амидные группы пептидного остова в данной структуре обращены в оддну сторону, что в результате дает сильный суммарный диполь), в то время как спирали предложенные для грамицидина не имеют такую геометрию (аминогруппы пептидного остова имеют различное направление, не образуя, таким образом, диполь). Ко всему прочему значения углов f и y, расчитанные для данных структур, отличаются от таковых в p-спиралях описанных Рамачандраном и Рамакришнаном [14]. Таким образом предложили называть такие структуры b-спиралями, что лучшим образом определяет образование водородных связей. Не смотря на явные различия двух предложенных структур, спиральные димеры (b-спирали) и двухспиральные димеры (bbспирали) имеют много общего и могут образовывать структуры почти идентичных размеров, и, более того, способ образования водородных связей одинаков в обоих случаях. Первичная последовательность грамицидина не делает жестких ограничений для направления закручивания спиралей, и они могут быть как право-, так и левозакрученными. Этот потенциальный полиморфизм связан с тем, что чередование L- и D-аминокислот не накладывает жестких ограничений на направление закрутки спирали. Так же, в обоих типах предложенных структур, боковые цепи аминокислон располагаются с наружней стороны спирали и ни одной боковой цепи нет во внутренней полости. В результате внутренняя полость (пора) данных спиралей намного больше таковой для a-спиралей. Это связанно с природой β-слоя: в последовательностях имеющих только L-аминокислоты, при образовании b-слоя боковые цепи обращены поочередно в разные стороны от плоскости слоя, а в случае чередования L- и D-аминокислот все боковые радикалы будут обращены в одну сторону от плоскости β-слоя и, таким образом при сворачивании такой структуры в спираль они все окажутся снаружи, а внутри образуется пора, выстланная карбонильными группами пептидных связей, способная пропускать воду и ионы.
Данные последних исследований методами дифракции ренгеновских лучей, ЯМР-, КД- и ИК – спектроскопии, а так же компьютерное моделирование и исследование химически модифицированных аналогов позволяют детально понять природу структуры грамицидинового канала и его конформационных переходов. Результатом использования такого широкого набора методов является возможность по-новому взглянуть на конформационные взамиоотношения в молекуле грамицидина и сравнить их с существующими моделями. Оглядываясь назад, мы видим что все предложенные изначально конформационные модели являются корректными, отображают общие принципы упаковки полипептидного остова и не противоречат экспериментальным данным, что очень важно для применения в исследовании других молекул. В качестве модели грамицидин был использован для изучения липид – белковых взаимодействий [77], ионной проводимости [78], влияния трехмерной структуры на функцию [17]. Но применять эту модель нужно очень осторожно, из-за маленьих размеров, молекула грамицидина очень подвижна и принмает множество конформаций в зависимости от внешних условий, в то время как “большие” ионные каналы, состоящие из длинных полипептидных цепей, а иногда и нескольких субъедениц, имеют довольно стабильную пространственную структуру в условиях, близких к физиологическим (или же имеют небольшие вариации прис охранении общего способа укладки полипептидной цепи). Таким образом, определяя еденичную трехмерную структуру “большого” канала мы с большой вероятностью можем сказать что эта конформация и представляет из себя активный канал.
Сначала было предположенно, что структурно функциональные отношения в грамицидине более просты для понимания, в связи с тем, что ионсвязывающие сайты образованны только карбонильными группами полипептидного остова, а не боковыми радикалами аминокислот, и было предположенно, что на связывание ионя влияет только конформация полипептидного остова. При более детальном исследованиии аналогов с измененной первичной последовательностью выяснилось, что даже находясь на внешней стороне канала и далеко от сайтов связывания боковые радикалы аминокислот оказывают сильное влияние на свойства проводимости и конформационной стабильности, что так же должно быть учтено в модельных исследованиях.
Список литературы
1. Hotchkiss R.D., Dubos R.J. 1940, Journal of Biological Chemistry: v.132 p.791 2. Sarges R., Witkop B.,1964 Journal of American Chemical Society, vol.86, p.1862 3. Sarges R., Witkop B., 1965 Journal of American Chemical Society, vol 87, p.2011 4. Sarges R., Witkop B., 1965 Journal of American Chemical Society, vol 87, p.2027 5. Sarges R., Witkop B, 1965 Biochemistry, vol. 4, p.2491 6. Weinshtein S., Wallace B., et.al., 1980 Journal of Molecular Biology, vol 143, p1 7. Gross E., Witkop B., 1965 Biochemistry, vol. 4, p:2495 8. Koeppe R.E. II, Paczkovski J.A., Whaley W.L., 1985 Biochemistry, vol. 24, p.:2822 9. Gause G.F., Brazhnikova M.G., 1944 Lancet, vol. 247, p.:715 10. Veatch W.R., Fossel E.T., Boult E.R., 1974 Biochemistry, vol. 13, p.5249 11. Urry D.W., 1971 Proc Natl Acad Sci U S A, vol.68, p672 12. Ramachandran G.N., Chandrasekaran R, 1972 Ind. J. Biochem. Biophys., vol.9, p.1 13. Urry D.W., 1971 Proc. Natl. Acad. Sci. U S A, vol 68, p.1907 14. Ramakrishnan G.N., Ramachandran G.N., 1965 Biophys. J., v.5, p909 15. Fossel E.T, Veatch W.R, Ovchinnikov Y.A., Buolt E.R., 1974 Biochemistry, vol.13, p5264 16. Veatch W.R, Boult E.R., 1974 Biochemistry, vol.13, p5257 17. Wallace B.A., 1990 Annu. Rev.Biophys. Biophys Chem., vol.19, p.127 18. Bystrov V.F., Arseniev A.S., 1988. Tetrahedron, vol.44, p.925 19. Langs D.A., 1988 Science, vol.241, p.188 20. Сычев С.В., Невская Н.А., Иорданов С., Мирошников А.И., Иванов В.Т. 1980, Биоорганическая химия, том 9, стр.121 21. Hawkes G.E., Lian L.-Y., Randall E.W. 1987, Eur. J. Biochem., vol.166, p. 437 22. Isbell B.E., Rice-Evans C, et.al. 1972 FEBS Lett., vol 25, p. 192 23. Killian J.A., Prasad K.U., et.al. 1988 Biochemistry, vol.27, p.4848 24. Wallace B.A., Veatch W.R., Boult E.R. 1981 Biochemistry, vol. 20., p. 5754 25. Weinstein S., Durkin J.T., et.al. 1985 Biochemistry, vol.24, p. 4374 26. Weinstein S., Wallace B.A., Boult E.R, et.al 1979 Proc. Natl. Acad. Sci. U S A, vol. 76, p.4230 27. Weinstein S., Wallace B.A, et.al 1980 J. Mol.Biol., vol.143, p.1 28. Wallace B.A. 1986 Biophys. J., vol. 49, p.295 29. Kleinfeld A.M., 1987 Curr. Top. Membr. Tansp., vol.29, p.1 30. Scarlata S.F., 1988 Biophys.J., vol.54, p.1149 31. Veatch W.R, Mathies R., et.al. 1975 J.Mol.Biol., vol.99, p.75 32. Veatch W.R, Styer L. 1977 J.Mol.Biol, vol.113, p.89 33. Masotti L., Spisni A., et.al. 1980 Cell Biopys., vol.2, p.241 34. Bamberg E., Lauger P., 1977 J.Membr. Biol., vol.35, p.351 35. Killian J.A., de Kruijff B., et.al. 1983 Biochim. Biophys. Acta., vol.78, p. 141 36. Cornell B., Separovic F., et.al. 1988 Biophys.J., vol. 53, p. 67 37. Arseniev A. S Ovchinnikov Yu, A.., Barsukov, I. L.Bystrov, V. F,.Lomize, A. L. 1985 FEBS Lett., vol.186, p.168 38. Durkin J.T., Andersen O.S., et.al. 1986 Biophys.J., vol.49, p.118 39. Szabo G., Urry D. W. 1979 Proc. Natl. Acad. Sci. U S A, vol.68., p.672 40. Bradley R.J., Urry D.W., et.al. 1978 Science, vol.200, p.435 41. Koeppe R.E. & Andersen O.S. 1996 Annu. Rev. Biophys.Biomol. Struct., vol. 25, p.231-258 42. Sychev, S. V.Barsukov, L. I.Ivanov, V. T. 1993 Eur Biophys J, vol.22, p. 279-88.The double pi pi 5.6 helix of gramicidin A predominates in unsaturated lipid membranes
43. Hladky S.B., Haydon D.A., 1972 Biochim. Biophys. Acta., vol.274, p.294 44. Eisenman G., Sandblom J.P., Neher E. 1978 Biophys.J., vol.22, p.307 45. Mazet J.-L., Andersen O.S.,Koeppe R.E. 1984 Biophys.J., vol.45, p. 263 46. Veatch W. R., Durkin J.T. 1980 J.Mol.Biol., vol.14, p.411 47. Hinton J.F., Whaley W.L., et.al. 1986 Biophys.J., vol.50, p. 539 48. Dani. J.A., Levitt D.G. 1981 Biophys.J., vol.35, p.501 49. Hinton J.F., Fernandez J.Q., et.al. 1989 Biophys.J., vol.55, p.327 50. Wallace B.A. 1983 Biopolymers, vol.22, p. 397 51. Hinton J.F., Koeppe R.E. II, et.al. 1986 Biophys.J., vol.49, p.571 52. Urry D.W., Trapane T.L., et.al. 1983 Science, vol.221, p.1064 53. Cornelis A., Laszlo P., 1989 Biochemistry, vol.18, p.2004 54. Arseniev A.S., Barsukov I.L., Bystrov V.F. 1985 FEBS Lett., vol.180, p.33 55. Koeppe R.E.II, Berg J.M., et.al. 1979 Nature, vol.279, p.723 56. Wallace B.A., Ravikumar K. 1988 Science, vol.241, p.182 57. Sung S. –S., Jordan P. C. 198 Biophys.J., vol.54, p. 519 58. Lee W.K., Jordan P. C.1984 Biophys.J., vol.46, p.805 59. Urry D.W., Alonso-Romanovsky S., et.al. 1984 J.Membr.Biol., vol. 71, p.205 60. Trudelle Y., Daumas P., et.al. 1987 FEBS Lett., vol.216, p.11 61. Barret Russel E.W., Weiss L.B., et.al. 1986 Biophys.J., vol.49, p.673 62. Ovchinnikov Y.A., Ivanov V.T. 1983 In Conformation in Biology, ed. R. Srinivasan, R.H. Sarma, p.155, New York: Academic 63. Busath D.D., Andersen O.S., Koeppe R.E.II., 1987 Biophys.J., vol.51, p.79 64. Busath D.D., Szabo G. 1981 Nature vol.294, p.371 65. Busath D.D., Szabo G. 1988 Biophys.J., vol.53, p.689 66. Andersen O.S., Koeppe R.E., et.al. 1987 In Transport through membranes, ed. K.Ygi, B.Pullman, p.295. Tokyo: Academic 67. Wallace B.A. 1985 Biophys.J., vol.45, p.114 68. LoGrasso P.V., Moll F.III, Cross T.A., 1988 Biophys.J., vol.54, p.259 69. Killian J.A., de Kruijff B., 1985 Biochemistry vol.24, p.7881 70. Meulendijks G. Sonderkamp T., et.al., 1989 Biochim. Biopphys. Acta vol.979, p.321 71. Waalace B.A., Veatch W.R., Boult E.R. 1981 Biochemistry vol.20, p.5754 72. Durkin J.T., Koeppe RE II, Andersen O.S. 1990 J.Mol.Biol. vol.211, p.221 73. Fonseca V., Daumas P., et.al. 1992 Biochemistry vol.31, p.5340 74. Mukherjee P.K. & Paulus H. 1974 Proc. Natl. Acad. Sci USA, vol.74, no.2 75..Sarcar. N et al., 1974 Proc. Natl. Acad. Sci USA, vol.74, no.4, pp.1478-1482, 76. Langs D.A. 1989 Biopolymers vol.28(1), p.259 77. Killian J.A., Taylor MJ, Koeppe DE II. 1992 Biochemistry vol.31, p.11283 78. Finkelstein A, Andersen OS. 1981. J.Membr. Biol. vol.59, p.155 79. Hodges RS, Merrifield RB, 1975 Anal. Biochem. vol.65, p.241 80. Paul BW, Ten Kortenaar, et.al. 1986 Int. J.Pep. Pro. Res., vol.27, p.398
1. Овчинников Ю.А., Иванов В.Т, Шкроб А.М.; ''Мембрано-активные комплексоны", Москва, "Наука", 1974, стр.40-47, 174. 2. N.Sarcar et al., Proc. Natl. Acad. Sci USA, vol.74, no.4, pp.1478-1482, 1974 3. P.K. Mukherjee & H. Paulus Proc. Natl. Acad. Sci USA, vol.74, no.2, 1974 4. Hladky & Haydon, Nature, vol.255, pp. 451-453, 1970 5. W.R Veatch & E.R. Boult, Biochemistry vol.13 no. 26, 1974, pp.5257-5261 6. D.W. Urry, Proc. Natl. Acad. Sci USA, vol.68 pp.672-676 7. Ramachandran & Chandrasekaran, Ind. J. Biochem. Biophys., vol.9, pp1-11, 1972 8. E. Fossel, W. R. Veatch, Y. A. Ovchinnikov, E. Boult, Biochemistry vol.13 no. 26, 1974, pp 5264-5275 9. Шепель Е.Н. и др., Биоорг. химия, 2, 581-593 (1976) 10. Cычев С.В., Фонина Л. А., Иванов В.Т., Биоорг. химия, 8, 1080-1088 (1984) 11. Ivanov V.T., "From structure towards the molecular mechanism of action", in Peptides 1982 12. D.W. Urry, in "Spectroscopy of Biological Molecules", 487-510 13. Wallace B.A. & Boult E.R. (1979), Proc. Natl. Acad. Sci USA, vol.75, 1775-1779 14. Wallace B.A., W.R. Veatch & E.R.Boult (1981), Biochemistry,20: 5754-5760. 15. Сычев С.В., Невская, Иорданов С.Т. и др. (1980), Биоорг. химия, 9: 121-151 16. Arseniev A.S., Bystrov V.F., V.T.Ivanov & Yu.A. Ovchinnikov (1984), FEBS (Fed. Eur. Biochem. Soc.) Lett. 165:51-56. 17. Arseniev A.S., Barsukov I.L., Bystrov V.F., A.L.Lomize & Yu.A. Ovchinnikov (1985), FEBS (Fed. Eur. Biochem. Soc.) Lett.186: 168-174. 18. Urry D.W., J.T. Walker, & T.L. Trapane (1980), J. Membr. Biol. 69: 225-231. 19. Arseniev A.S., Barsukov I.L. & Bystrov V.F (1985) FEBS (Fed. Eur. Biochem . Soc.) Lett. 180: 33-39. 20. S.V.Sychev, S.V. Sukhanov, L.I. Barsukov & V.T. Ivanov (1996), J. Pep. Sci. 2:141-156. 21. N. Mobashery, C. Nielsen, O.S. Andersen (1997), FEBS (Fed. Eur. Biochem. Soc.) Lett. 412: 15-20. 22. Cornell B.A.,& M.A. Keniry (1983), Biochim. Biophys. Acta. 732: 705-710. 23. P. Daumas, D. Benamar & other., (1991) Int. J. Peptide Protein Res. 38: 218-228. 24. Wallace B.A, (1986), Biophys. J. 49: 295-306. 25. V. Krchnak, J. Vagner, P. Safar & M. Lebl (1988), Collection Czechoslovak Chem. Commun. 53: 142-148. 26. K. U. Prasad, S. Alonso-Romanovski & other, (1986) Biochemstry, 25: 456-463 27. K. Bauer, R. Roskoski, H. Kleinkauf & F. Lipmann (1972) Biochemistry, 11: 3266-3270. 28. C.G Fields, G.B. Fields & other, (1989) Int. J. Peptide Protein Res., 33: 298-303.
Структура грамицидинового канала, его фундаментальное и практическое значение. Оглавление Введение
|
|||||||||
Последнее изменение этой страницы: 2020-03-26; просмотров: 75; Нарушение авторского права страницы; Мы поможем в написании вашей работы! infopedia.su Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. Обратная связь - 3.138.34.31 (0.073 с.) |