Language
Country/Area
No result found
Код извилистости в белках: почему спиральная структура так загадочна и важна?
В мире белков спиральные структуры существуют как тайный язык. Эти структуры, называемые спиральными катушками, представляют собой множественные альфа-спирали, скрученные вместе наподобие веревок, и играют важную роль в различных биологических процессах. Согласно исследованиям, около 5–10 % белков имеют такую структуру, что делает спираль одним из наиболее распространенных мотивов белок-белкового взаимодействия.
Эти белки играют множество ролей в клетках, включая регуляцию экспрессии генов, слияние мембран и координацию функций клеточных структур.
История открытия спиральной структуры
Возможность спиральной структуры была впервые предложена в 1952 году, когда ученые Лайнус Полинг и Фрэнсис Крик провели подробное обсуждение на встрече в Великобритании. Поскольку в научном сообществе существовали разногласия по поводу спиральной структуры, двое ученых наконец совместно подтвердили существование этой структуры. Впоследствии Полинг представил подробную рукопись, а Крик несколько дней спустя представил более краткий меморандум. Однако окончательный вывод состоял в том, что идея была независимо предложена двумя учеными и не имела места интеллектуальное воровство.
Фрэнсис Крик впервые предложил «спиральную структуру» и ее математический метод в своих исследованиях, заложив основу для последующих исследований белков.
Молекулярная структура и состав
Спиральная структура обычно содержит узор, называемый «гептадным повтором», в котором аминокислотные остатки, содержащиеся в нем, повторяются в узоре hxxhcxc. Конфигурация этих аминокислот придает спирально-проволочной структуре уникальную способность к складыванию, что позволяет ей эффективно собираться в водной среде. Когда эти α-спирали переплетаются, уникальное распределение гидрофобных и гидрофильных аминокислот обеспечивает термодинамическую движущую силу, которая делает эту структуру стабильной и функциональной.
Роль спиральных структур в биологии
Структура спиральной камеры является общей чертой во многих семействах белков. Основная функция этих структур — способствовать взаимодействию между белками, позволяя им прочно связываться друг с другом. Это свойство имеет решающее значение во многих биологических процессах, включая слияние мембран и межмолекулярную пластичность.
Ключевая роль в слиянии мембран
Например, во время ВИЧ-инфекции вирусный гликопротеин gp120 связывается с рецептором CD4 и основным рецептором, тем самым способствуя слиянию gp41. Спиральные повторяющиеся последовательности в структуре gp41 обеспечивают перекрестное связывание между вирусной и клеточной мембранами хозяина, тем самым инициируя процесс слияния мембран.
Структура и функция gp41 особенно зависят от образования спиральной структуры, которая позволяет вирусу беспрепятственно проникать в клетку.
Как молекулярный спейсер
Извилистая структура может также использоваться в качестве спейсера в клетке. Наличие этой структуры может предотвратить случайные взаимодействия между белковыми блоками и эффективно разделять различные клеточные органеллы. Контролирует внутриклеточный транспорт.Как тег агрегации
Благодаря своим уникальным взаимодействиям спиральная структура может также использоваться в качестве «метки» для стабилизации или достижения определенного состояния агрегации. Эти особенности делают эти белки особенно важными при изучении синтетических наноструктур.
Перспективы проектирования и применения
В последние годы ученые добились замечательных успехов в разработке белковых структур, способных к самоорганизации. Используя характеристики спиральной структуры, исследователи могут предсказать конечную структуру сворачивания белка на основе определенной последовательности аминокислот, тем самым продвигая разработку наноструктур.
Подобные исследования могут изменить будущее биомедицины, например, в области точной доставки лекарств, регенеративной медицины и белкового оригами.
Будущие задачи и мысли
Хотя перспективы исследований спиральных структур весьма обширны, возникающие в результате этого проблемы стабильности остаются основными проблемами, которые предстоит преодолеть в будущем. Использование этих структур для создания инновационных наноматериалов и даже создания трехмерных структур в клеточной культуре стало на данном этапе актуальным направлением исследований.
Извилистая структура приносит новое понимание и проблемы для основных компонентов жизни. Как будущие исследования раскроют больше ее потенциальных функций?
