Informatie

Het verschil tussen de twee manieren van glycine-representatie


Ik ben in de war omdat ik nu twee verschillende manieren zie om het glycine-aminozuur weer te geven. terwijl ik de eerste manier van de representatie begrijp, begrijp ik de tweede helemaal niet. Ik geloof dat beide hetzelfde aminozuur vertegenwoordigen, maar ik zie dat sommige componenten op de tweede manier afwezig zijn (geen COOH en geen koolstof). Ik zou graag de uitleg willen weten.

Dit is de eerste (en de eenvoudigste manier):

en dit is de vorm die ik niet begrijp:


De eerste weergavemethode is de reguliere manier, waarbij alle groepen, inclusief koolstof en waterstof, worden weergegeven.

De tweede methode is de "skeletvorm", waarbij elke bocht in de lijn een koolstofgroep betekent, en de waterstofatomen die aan de koolstofatomen zijn bevestigd, worden geïmpliceerd. Het lijkt wat lastig om te visualiseren, maar het is makkelijker en sneller als je met grotere groepen komt.

Bekijk dit eens.


Het skeletdiagram laat labels van koolstofatomen weg. Deze Lewis-structuur van glycine bevat koolstofatomen en maakt de structuur van NH2 en COOH ook wat duidelijker;


Verschil tussen fonetiek en fonologie

Fonetiek en fonologie zijn twee deelgebieden van de taalkunde die de geluiden in taal bestuderen. Omdat beide velden verband houden met de productie van geluid, begrijpen veel mensen het verschil tussen fonetiek en fonologie niet. De grootste verschil tussen fonetiek en fonologie is dat: fonologie is de studie van spraakgeluiden, terwijl fonologie de studie van geluiden is, met name verschillende geluidspatronen in verschillende talen.


Abstract

Het N-terminale residu beïnvloedt de eiwitstabiliteit via N-degron-routes. We hebben stabiliteitsprofilering van het menselijke N-terminoom gebruikt om meerdere aanvullende kenmerken van N-degron-routes te ontdekken. Naast het blootleggen van uitgebreide specificiteiten van UBR E3-ligasen, hebben we twee gerelateerde Cullin-RING E3-ligasecomplexen gekarakteriseerd, Cul2 ZYG11B en Cul2 ZER1, die redundant werken om N-terminale glycine te targeten. N-terminale glycine-degrons zijn uitgeput op natieve N-termini maar sterk verrijkt op caspase-splitsingsplaatsen, wat een rol suggereert voor de substraatadapters ZYG11B en ZER1 bij eiwitafbraak tijdens apoptose. Verder bleken ZYG11B en ZER1 deel te nemen aan de kwaliteitscontrole van N-gemyristoyleerde eiwitten, waarin N-terminale glycine degrons voorwaardelijk worden blootgesteld na een falen van N-myristoylering. Zo reguleert een extra N-degron-route die specifiek is voor glycine de stabiliteit van metazoaire proteomen.

Het ubiquitine-proteasoomsysteem (UPS) is de belangrijkste route waarlangs eukaryote cellen selectieve eiwitafbraak bereiken (1). De specificiteit van dit systeem wordt geleverd door E3-ubiquitine-ligasen, waarvan er meer dan 600 worden gecodeerd in het menselijk genoom. E3-ligasen herkennen specifieke sequentie-elementen, bekend als degrons, die aanwezig zijn in substraateiwitten (2). Hoewel een gedetailleerde kennis van de specificiteit van E3-ligasen voor degrons essentieel zal zijn voor het verkrijgen van een begrip van de UPS op systeemniveau, blijft onze huidige kennis van degron-motieven opmerkelijk schaars (3).

De eerste degrons die ontdekt werden, bevonden zich aan het N-uiteinde van eiwitten (4). N-terminale degrons zijn het doelwit van N-degron-routes [voorheen bekend als N-eindregelroutes (5)], waarvan er twee hoofdtakken zijn: de Arg/N-degron-route, waardoor E3-ligasen van de UBR-familie zich richten op N-termini die doorgaans worden gegenereerd door endoproteolytische splitsing (6, 7), en de Ac/N-degron-route, waardoor eiwitten die geacetyleerde N-termini dragen het doelwit zijn van afbraak door de E3-ligase MARCH6 (ook bekend als TEB4) (8, 9). Bovendien is onlangs een Pro/N-degron-route beschreven, waardoor eiwitten die een N-terminaal prolineresidu herbergen worden afgebroken door het GID E3-ligasecomplex (fig. S1) (10). Theoretisch hebben deze routes het vermogen om zich op de meeste cellulaire eiwitten te richten, maar de mate waarin ze de eiwitstabiliteit in een fysiologische context beïnvloeden, blijft onduidelijk. Verlies van N-terminale acetyltransferase (NAT) enzymen heeft bijvoorbeeld een minimaal effect op de eiwitstabiliteit in gist (11), wat niet strookt met een wijdverbreide rol voor de Ac/N-degron-route.

Eerder hebben we het Global Protein Stability (GPS)-systeem aangepast (12) om een ​​high-throughput-methode te ontwikkelen om degron-motieven in menselijke eiwitten te karakteriseren (13). Deze benadering is gebaseerd op een lentivirale expressievector die codeert voor twee fluorescerende eiwitten: DsRed, dat dient als een interne referentie, en groen fluorescerend eiwit (GFP) gefuseerd met een kort peptide van belang, dat wordt vertaald vanuit een interne ribosoomingangssite (IRES ). Omdat zowel DsRed als het GFP-peptide-fusie-eiwit tot expressie worden gebracht vanuit hetzelfde transcript, kan de GFP/DsRed-verhouding worden gebruikt om het effect van de peptidesequentie op de stabiliteit van GFP te kwantificeren (13). We maakten gebruik van de ubiquitine-fusietechniek (4) om deze "GPS-peptidome" -benadering aan te passen om te zoeken naar N-terminale degron-motieven. We onderzochten daarbij direct de bijdrage van N-terminale sequenties aan eiwitstabiliteit in menselijke cellen.


Operante conditionering

Operante conditionering (of instrumentele conditionering) richt zich op het gebruik van versterking of straf om een ​​gedrag te versterken of te verminderen. Door dit proces wordt een verband gevormd tussen het gedrag en de gevolgen van dat gedrag.

Stel je voor dat een trainer een hond probeert te leren een bal te apporteren. Wanneer de hond de bal met succes achtervolgt en oppakt, krijgt de hond lof als beloning. Wanneer het dier de bal niet terughaalt, onthoudt de trainer de lof. Uiteindelijk vormt de hond een verband tussen het gedrag van het apporteren van de bal en het ontvangen van de gewenste beloning.

Stel je bijvoorbeeld voor dat een onderwijzer een leerling straft omdat hij voor zijn beurt praat door de leerling niet naar buiten te laten gaan voor de pauze. Hierdoor vormt de leerling een verband tussen het gedrag (voor zijn beurt praten) en het gevolg (niet naar buiten kunnen tijdens de pauze). Hierdoor neemt het probleemgedrag af.

Een aantal factoren kan van invloed zijn op hoe snel een reactie wordt geleerd en hoe sterk de reactie is. Hoe vaak de reactie wordt versterkt, ook wel een bekrachtigingsschema genoemd, kan een belangrijke rol spelen in hoe snel het gedrag wordt aangeleerd  en hoe sterk de reactie wordt. Het type bekrachtiger dat wordt gebruikt, kan ook van invloed zijn op de respons.

Terwijl een schema met variabele verhoudingen bijvoorbeeld zal resulteren in een hoge en constante respons, zal een schema met variabele intervallen leiden tot een langzame en constante respons.

Behalve dat het wordt gebruikt om mensen en dieren te trainen in nieuw gedrag, kan operante conditionering ook worden gebruikt om mensen te helpen ongewenste gedragingen te elimineren. Met behulp van een systeem van beloningen en straffen kunnen mensen leren slechte gewoonten te overwinnen die een negatieve invloed kunnen hebben op hun gezondheid, zoals roken of te veel eten.


Invoering

Vaak worden ze afzonderlijk behandeld in verschillende segmenten van een cursus. In feite zijn de principes die de organisatie van de driedimensionale structuur bepalen, voor allemaal hetzelfde, dus we zullen ze samen bekijken.

  1. monosacharide -- voor koolhydraten
  2. nucleotide -- voor nucleïnezuren
  3. aminozuur -- voor eiwitten

We zullen de kenmerken van representatieve monomeren beschrijven en zien hoe de monomeren samenkomen om een ​​polymeer te vormen.

We zullen dan kijken naar de monomeren in elk belangrijk type macromolecuul om te zien welke specifieke structurele bijdragen van elk komen.

De driedimensionale structuur van elk type macromolecuul zal dan op verschillende organisatieniveaus worden bekeken.

We zullen macromoleculaire interacties onderzoeken en hoe structurele complementariteit daarbij een rol speelt.

De verhalen over eiwitten, monosachariden en nucleotiden zijn slechts variaties op hetzelfde thema. Je hoeft dus maar één patroon te leren en dat patroon vervolgens op de andere systemen toe te passen.

We zullen dit gedeelte van de cursus afsluiten met een beschouwing van denaturatie en renaturatie -- de krachten die betrokken zijn bij het verlies van de oorspronkelijke structuur van een macromolecuul (dat wil zeggen, de normale driedimensionale structuur), en hoe die structuur, eenmaal verloren, kan worden herwonnen .

Het belangrijkste punt van het eerste segment van dit materiaal is dit: DE MONOMEREENHEDEN VAN BIOLOGISCHE MACROMOLECULEN HEBBEN KOP EN STAART. WANNEER ZE KOP-TO-TAIL POLYMERISEREN, HEBBEN DE UITKOMENDE POLYMEREN OOK KOP EN STAART.

Deze macromoleculen zijn polair [polair: met verschillende uiteinden] omdat ze worden gevormd door kop-staartcondensatie van polaire monomeren. Laten we eens kijken naar de drie belangrijkste klassen van macromoleculen om te zien hoe dit werkt, en laten we beginnen met koolhydraten.

Monosachariden polymeriseren om polysachariden op te leveren.

Glucose is een typische monosacharide. Het heeft twee belangrijke soorten functionele groepen: een carbonylgroep (een aldehyde in glucose, sommige andere suikers hebben in plaats daarvan een ketongroep). hydroxylgroepen op de andere koolstofatomen. Dit is wat u moet weten over glucose, niet de gedetailleerde structuur ervan.

Glucose bestaat voornamelijk in ringstructuren. (5-OH voegt toe over de dubbele carbonylzuurstofbinding.) Dit is een zogenaamd intern hemiacetaal. De ring kan op twee manieren sluiten, waardoor anomere vormen ontstaan, -OH omlaag (de alfavorm) en -OH omhoog (de bètavorm)

De anomere koolstof (de koolstof waaraan deze -OH is bevestigd) verschilt aanzienlijk van de andere koolstoffen. (Opmerking: het is gemakkelijk te kiezen omdat het de enige koolstof is met TWEE zuurstofatomen - ring en hydroxyl - eraan vastgemaakt.)

Vrije anomere koolstoffen hebben de chemische reactiviteit van carbonylkoolstoffen omdat ze een deel van hun tijd in de open ketenvorm doorbrengen. Ze kunnen alkalische oplossingen van koperzouten verminderen. Suikers met vrije anomere koolstoffen worden daarom reducerende suikers genoemd. De rest van het koolhydraat bestaat uit gewone koolstofatomen en gewone -OH-groepen. Het punt is dat een monosacharide daarom kan worden beschouwd als polariteit, waarbij het ene uiteinde bestaat uit de anomere koolstof en het andere uiteinde bestaat uit de rest van het molecuul.

Monosachariden kunnen polymeriseren door eliminatie van de elementen water

Als twee anomere hydroxylgroepen reageren (head to head condensatie) heeft het product geen reducerend uiteinde (geen vrije anomere koolstof). Dit is het geval met sucrose

Aangezien de meeste monosachariden meer dan één hydroxyl hebben, zijn vertakkingen mogelijk en komen ze vaak voor. Takken resulteren in een compacter molecuul. Als de vertakkingseinden de reactieve plaatsen zijn, zorgen meer vertakkingen voor meer reactieve plaatsen per molecuul.

Laten we nu kijken naar nucleotiden en nucleïnezuren.

Nucleotiden polymeriseren om nucleïnezuren op te leveren.

  1. Fosfaat.
  2. Monosacharide.
    • Ribose (in ribonucleotiden)
    • Deoxyribose, die een 2'-OH mist (in deoxyribonucleotiden)
    De aanwezigheid of afwezigheid van de 2'-OH heeft structurele betekenis die later zal worden besproken.
  3. Een basis.

Houd er rekening mee dat uracil en thymine erg op elkaar lijken, ze verschillen alleen door een methylgroep.

U moet weten welke purines en welke pyrimidines zijn, en of het de purines of de pyrimidinen zijn die één ring hebben. De redenen om deze punten te kennen hebben betrekking op de manier waarop purines en pyrimidines interageren in nucleïnezuren, die we binnenkort zullen bespreken.

Nucleotiden polymeriseren door de elementen water te elimineren

  • Een uiteinde met een vrije 5'-groep (waarschijnlijk met fosfaat eraan vast) dit wordt het 5'-uiteinde genoemd.
  • Een uiteinde met een vrije 3'-groep wordt het 3'-uiteinde genoemd.

Laten we eens kijken naar de conventies voor het schrijven van sequenties van nucleotiden in nucleïnezuren. Basen worden afgekort met hun initialen: A, C, G en U of T. U komt normaal alleen voor in RNA en T wordt normaal alleen in DNA gevonden. Dus de aanwezigheid van U vs. T maakt onderscheid tussen RNA en DNA in een geschreven volgorde.

Sequenties worden geschreven met het 5'-uiteinde naar links en het 3'-uiteinde naar rechts, tenzij specifiek anders aangegeven.

Fosfaatgroepen worden meestal niet weergegeven, tenzij de schrijver er de aandacht op wil vestigen. De volgende voorstellingen zijn allemaal equivalent.

(Merk op dat in de laatste regel de reeks in omgekeerde volgorde is geschreven, maar de uiteinden zijn op de juiste manier aangegeven.)

Vertakkingen zijn mogelijk in RNA, maar niet in DNA. RNA heeft een 2'-OH, waarbij vertakking kan optreden, terwijl DNA dat niet heeft. Vertakking is zeer ongebruikelijk, het is bekend dat het alleen optreedt tijdens RNA-modificatie [de "lariat"], maar niet in een voltooide RNA-soort.

Aminozuren polymeriseren om polypeptiden of eiwitten te vormen.

De van nature voorkomende aminozuren zijn optisch actief, omdat ze vier verschillende groepen aan één koolstofatoom hebben (Glycine is een uitzondering, met twee waterstofatomen) en hebben de L-configuratie.

De R-groepen van de aminozuren vormen een basis voor het classificeren van aminozuren. Er zijn veel manieren om aminozuren te classificeren, maar een zeer bruikbare manier is op basis van hoe goed of slecht de R-groep interageert met water

  1. De eerste klasse zijn de hydrofobe R-groepen die alifatisch kunnen zijn (zoals de methylgroep van alanine) of aromatisch (zoals de fenylgroep van fenylalanine).
  2. De tweede klasse zijn de hydrofiele R-groepen die neutrale polaire (zoals de -OH van serine) of ioniseerbare (zoals de -COOH van aspartaat) functionele groepen kunnen bevatten.

Aminozuren polymeriseren door de elementen water te elimineren

  • Een uiteinde met een vrije aminogroep dit wordt het amino-uiteinde of N-uiteinde genoemd.
  • Een uiteinde met een vrije carboxylgroep dit wordt het carboxyl-uiteinde of C-uiteinde genoemd.

Conventies voor het schrijven van sequenties van aminozuren.

Afkortingen voor de aminozuren worden meestal gebruikt de meeste van de drieletterige afkortingen zijn vanzelfsprekend, zoals gly voor glycine, asp voor aspartaat, etc.

Er is ook een afkortingssysteem van één letter, het wordt steeds gebruikelijker. Veel van de afkortingen van één letter zijn eenvoudig, bijvoorbeeld: G = glycine L = leucine H = histidine

Anderen hebben een beetje fantasie nodig om te rechtvaardigen: F = fenylalanine ("ph" klinkt als "F"). Y = tyrosine (T werd gebruikt voor threonine, dus we nemen genoegen met de tweede letter in de naam). D = aspartaat (D is de vierde letter van het alfabet en aspartaat heeft vier koolstofatomen).

Weer andere zijn nogal moeilijk te rechtvaardigen: W = tryptofaan (de onderste helft van de twee aromatische ringen lijkt een beetje op een "W"). K = lysine (als je hier een goede voor kan bedenken, laat het ons weten!)

Vraag: Wat denk je dat "Q" vertegenwoordigt?

Je moet je ervan bewust zijn dat dit steeds vaker wordt gebruikt, en je moet de mentaliteit hebben om het op te pakken als je eraan wordt blootgesteld, in plaats van weerstand te bieden.

Sequenties worden geschreven met de N-terminal naar links en de C-terminal naar rechts.

Hoewel R-groepen van sommige aminozuren amino- en carboxylgroepen bevatten, komen vertakte polypeptiden of eiwitten niet voor.

De volgorde van monomeereenheden in een macromolecuul wordt de PRIMAIRE STRUCTUUR van dat macromolecuul genoemd. Elk specifiek macromolecuul heeft een unieke primaire structuur.

Dit concludeert onze beschouwing van de relatie tussen de structuren van biologische polymeren en hun monomeersubeenheden. De biosynthese van deze macromoleculen komt aan bod in volgende colleges. Laten we nu beginnen met het onderzoeken van de driedimensionale vormen van deze macromoleculen in oplossing en de krachten die verantwoordelijk zijn voor deze vormen. Het blijkt dat

DE REGELMATIGE HERHALING VAN MONOMEREENHEDEN MET DEZELFDE GROOTTE EN DEZELFDE BONDHOEKEN LEIDT TOT HELISCHE (SPIRAL) POLYMEREN.

INDIEN DEZE HELICA'S KUNNEN WORDEN GESTABILISEERD DOOR GESCHIKTE INTRA- OF INTERMOLECULAIRE INTERACTIES, ZULLEN ZE IN OPLOSSING BLIJVEN BLIJVEN, EN ZULLEN ZE BESCHIKBAAR ZIJN ALS ELEMENTEN VAN MEER GECOMPLICEERDE MACROMOLECULAIRE STRUCTUREN.

Wat is een helix precies? Een spiraalvormige structuur bestaat uit herhalende eenheden die op de wand van een cilinder liggen, zodat de structuur op zichzelf kan worden geplaatst als deze langs de cilinderas wordt bewogen.

Een helix ziet eruit als een spiraal of een schroef. Een zigzag is een gedegenereerde helix.

Helices kunnen rechtshandig of linkshandig zijn. Het verschil tussen de twee is dat:

Rechtshandige helices of schroeven gaan vooruit (weggaan) als ze met de klok mee worden gedraaid. Voorbeelden: standaardschroef, bout, potdeksel. Linkshandige helices of schroeven gaan vooruit (weggaan) als ze tegen de klok in worden gedraaid. Voorbeeld: sommige wielmoeren van auto's.

Spiraalvormige organisatie is een voorbeeld van secundaire structuur. Deze spiraalvormige conformaties van macromoleculen blijven alleen in oplossing als ze gestabiliseerd zijn. Wat zou deze stabilisatie kunnen bewerkstelligen?

Stabiele biologische helices worden meestal in stand gehouden door waterstofbruggen.

Helices in koolhydraten.

Zetmeel (amylose) is een voorbeeld van deze structuur.

De zetmeelhelix is ​​niet erg stabiel bij afwezigheid van andere interacties (jodium, dat een paars complex vormt met zetmeel, stabiliseert de zetmeelhelix), en neemt gewoonlijk een willekeurige spiraalconformatie aan in oplossing.

Daarentegen geven bèta (1 -> 4) sequenties de voorkeur aan lineaire structuren. Cellulose is een voorbeeld van deze structuur.

Cellulose is een gedegenereerde helix bestaande uit glucose-eenheden in afwisselende oriëntatie, gestabiliseerd door waterstofbruggen binnen de keten. Celluloseketens die naast elkaar liggen, kunnen vellen vormen die worden gestabiliseerd door waterstofbruggen tussen de ketens.

Helices in nucleïnezuren.

De purine- en pyrimidinebasen van de nucleïnezuren zijn aromatische ringen. Deze ringen hebben de neiging om te stapelen als pannenkoeken, maar enigszins verschoven om de helix te volgen. De stapels basen worden op hun beurt gestabiliseerd door hydrofobe interacties en door van der Waals-krachten tussen de pi-wolken van elektronen boven en onder de aromatische ringen.

In deze helices zijn de basen naar binnen gericht, in de richting van de helix-as, en de suikerfosfaten zijn naar buiten gericht, weg van de helix-as.

Purines en pyrimidinen kunnen specifiek waterstofgebonden basenparen vormen. Laten we eens kijken hoe deze waterstofbruggen worden gevormd. Guanine en cytosine kunnen een basenpaar vormen met een diameter van 1,08 nm en dat drie waterstofbruggen bevat. Adenine en thymine (of uracil) kunnen een basenpaar vormen dat 1,08 nm breed is en dat twee waterstofbruggen bevat.

Basenparen van deze grootte passen perfect in een dubbele helix.

Dit is het zogenaamde Watson-Crick basenpaarpatroon.

Dubbele helices rijk aan GC-paren zijn stabieler dan die rijk aan AT (of AU) paren omdat GC-paren meer waterstofbruggen hebben

Nu kan Specifieke AT (of AU) en GC basenparing alleen plaatsvinden als de lengtes van nucleïnezuur in de dubbele helix bestaan ​​uit complementaire sequenties van basen. A moet altijd tegenover T (of U) staan. G moet altijd tegenover C staan. Hier is een voorbeeld van twee complementaire reeksen.

Het meeste DNA en sommige sequenties van RNA hebben deze complementariteit en vormen de dubbele helix. Het is echter belangrijk op te merken dat de complementaire sequenties die een dubbele helix vormen, een tegengestelde polariteit hebben. De twee ketens lopen in tegengestelde richting:

Dit wordt beschreven als een antiparallelle regeling. Deze opstelling zorgt ervoor dat de twee kettingen beter op elkaar passen dan wanneer ze in dezelfde richting zouden lopen (parallelle opstelling).

Gevolgen van complementariteit.

In elke dubbele helixstructuur is de hoeveelheid A gelijk aan de hoeveelheid T (of U), en de hoeveelheid G is gelijk aan de hoeveelheid C. -- tel de A's. T's, G's en C's in deze of een willekeurige gepaarde volgorde om dit aan jezelf te bewijzen.

Omdat DNA meestal dubbelstrengs is, terwijl RNA dat niet is, in DNA A=T en G=C, terwijl in RNA A niet gelijk is aan U en G niet gelijk is aan C.

Drie hoofdtypen dubbele helix komen voor in nucleïnezuren. Deze drie structuren zijn opvallend en duidelijk verschillend van uiterlijk. Je zou het verschil kunnen zien als het onscherp was, en je zou de verschillen in het donker kunnen voelen. Dit is van cruciaal belang, want DUS KAN EEN ENZYM! Zoals de enzymen die de expressie van genetische informatie regelen.

DNA bestaat meestal in de vorm van een B-helix. Zijn kenmerken: Rechtshandig en heeft 10 nucleotideresiduen per beurt. Het vlak van de bases staat bijna loodrecht op de as van de helix. Er is een prominente major groove en minor groove. De B-helix kan worden gestabiliseerd door gebonden water dat perfect in de kleine groef past.

Dubbelstrengs RNA- en DNA-RNA-hybriden (ook DNA bij lage luchtvochtigheid) bestaan ​​in de vorm van een A-helix. Zijn kenmerken: Rechtshandig en heeft 11 nucleotideresiduen per beurt. Het vlak van de bases is gekanteld ten opzichte van de helix-as. De kleine groef is groter dan in B-DNA.

RNA is onverenigbaar met een B-helix omdat de 2'-OH van RNA sterisch zou worden gehinderd. (Er is geen 2'-OH in DNA.) Dit is een stabiliserende factor die u moet weten.

DNA-segmenten bestaande uit afwisselende paren van purine en pyrimidine (PuPy) n kunnen een Z-helix vormen. Zijn kenmerken: Linkshandig (dit verraste de ontdekkers) en heeft 12 residuen (6 PuPy-dimeren) per beurt. Slechts één groef. De fosfaatgroepen liggen op een zigzaglijn, waaruit de naam Z-DNA voortvloeit.

De koppeling tussen desoxyribose en purine heeft een andere conformatie in Z-DNA dan in A-DNA of B-DNA. Z-DNA is gestabiliseerd als het gemodificeerde (gemethyleerde) cytosineresten bevat. Deze komen van nature voor.

De gedetailleerde vorm van de helix bepaalt de interacties waarin deze kan aangrijpen. De geometrie van de groeven is belangrijk bij het toestaan ​​of voorkomen van toegang tot de bases. De oppervlaktetopografie van de helix vormt bevestigingsplaatsen voor verschillende enzymen die gevoelig zijn voor de verschillen tussen de helixtypen. We zullen hier later enkele gedetailleerde voorbeelden van zien.

De DNA triplex (drievoudige helix):

Begin met je een B-DNA-helix voor te stellen. Het is onder bepaalde omstandigheden mogelijk om een ​​derde helix toe te voegen die deze in de grote groef past.

Een triplex kan ALLEEN worden gevormd als een streng van de oorspronkelijke B-helix allemaal purines (A en G) is [waarom je purines van pyrimidines moet kennen] en het overeenkomstige gebied van de andere streng allemaal pyrimidinen is. Gebieden van DNA met deze kenmerken worden gevonden in controlegebieden voor genen, en triplexvorming VOORKOMT EXPRESSIE VAN HET GEN.

De triplex wordt gestabiliseerd door H-bindingen in het ongebruikelijke Hoogsteen-basenparingpatroon dat op het plaatje wordt getoond (samen met de standaard Watson-Crick-basenparing).

Het bestaan ​​van deze structuur was 20 jaar bekend, maar niemand wist wat hij ervan moest denken. Nu we erkennen dat het van nature voorkomt in gencontrolegebieden, krijgt het veel aandacht in de onderzoeksliteratuur.

Momenteel worden kunstmatige oligonucleotide-geneesmiddelen gesynthetiseerd die triplexen vormen met specifieke natuurlijke DNA-sequenties. Er worden andere medicijnen ontwikkeld die natuurlijk voorkomende of kunstmatige triplexen stabiliseren. Deze zijn veelbelovend als antitumor- en antibacteriële middelen, evenals potentiële middelen om de enzymactiviteit te wijzigen door de enzymsynthese te beheersen. Het is te nieuw om zelfs in de meest moderne tekst te staan, maar u zult dit in de nabije toekomst steeds meer zien. Wees je bewust van deze structuur, weet waar het in het gen wordt gevonden (in controlegebieden) en het effect ervan op genexpressie, en dat het onderwerp is van veelbelovend klinisch onderzoek.

Helices in eiwitten.

  1. planair
  2. niet vrij om te roteren
  3. stabieler in de trans-configuratie dan in de cis

Deze kenmerken beperken de driedimensionale vormen van eiwitten omdat ze moeten worden ondergebracht in een stabiele structuur.

De tweede belangrijke eigenschap van de peptidebinding is dat de atomen van de peptidebinding waterstofbruggen kunnen vormen.

Laten we nu eens kijken naar enkele van de structuren die ruimte bieden aan de beperkingen die door de peptidebinding worden opgelegd. De eerste is de alfa-helix. De alfa-helix is ​​een belangrijke structurele component van eiwitten. Stabiliserende factoren zijn onder meer: ​​Alle mogelijke waterstofbindingen tussen peptide C=O- en N-H-groepen in de ruggengraat worden gevormd. De waterstofbruggen zijn allemaal intraketen, tussen verschillende delen van dezelfde keten. Hoewel een enkele waterstofbinding zwak is, kan de samenwerking van veel waterstofbruggen sterk stabiliseren. Alfa-helices moeten een minimale lengte hebben om stabiel te zijn (er zullen dus voldoende waterstofbruggen zijn). Alle peptidebindingen zijn trans en planair. Dus als de aminozuur R-groepen elkaar niet afstoten, heeft helixvorming de voorkeur. De netto elektrische lading moet nul of laag zijn (ladingen van hetzelfde teken stoten af). Aangrenzende R-groepen moeten klein zijn om sterische afstoting te voorkomen.

Destabiliserende factoren zijn onder meer: ​​R-groepen die elkaar afstoten, geven de voorkeur aan uitgebreide conformaties in plaats van de helix. Voorbeelden hiervan zijn grote netto elektrische lading en aangrenzende omvangrijke R-groepen. Proline is onverenigbaar met de alfa-helix. De ring gevormd door de R-groep beperkt de rotatie van een binding die anders vrij zou kunnen roteren. De beperkte rotatie voorkomt dat de polypeptideketen zich oprolt in een alfa-helix. Het optreden van proline beëindigt of knikt noodzakelijkerwijs alfa-helixgebieden in eiwitten.

Het optreden van de alfa-helix. Een bestanddeel van typische bolvormige eiwitten. Een bestanddeel van sommige vezelachtige eiwitten, zoals alfa-keratine.

Alfa-keratine heeft een hoge treksterkte, zoals voor het eerst werd waargenomen door Rapunzel. Het wordt gevonden in haar, veren, hoorn, de fysieke kracht en elasticiteit van haar maken het nuttig in ballista's, onagers, enz.

Het beta-geplooide vel is een tweede belangrijke structurele component van eiwitten.

Het beta-geplooide vel lijkt op cellulose in die zin dat beide bestaan ​​uit verlengde ketens - gedegenereerde helices - die naast elkaar liggen en waterstofgebonden aan elkaar.

De polypeptideketens van een beta-geplooid vel kunnen op twee manieren worden gerangschikt: parallel (in dezelfde richting lopen) of antiparallel (in tegengestelde richtingen lopen). Een edge-on view toont de plooien.

Stabiliserende factoren voor de geplooide plaat lijken op die voor de alfa-helix. Alle mogelijke waterstofbruggen tussen peptide C=O en N-H groepen in de ruggengraat worden gevormd. De waterstofbruggen zijn hier allemaal onderling verbonden, in tegenstelling tot die van de alfa-helix. Alle peptidebindingen zijn trans en planair. Kleine R-groepen voorkomen sterische destabilisatie. Grote R-groepen destabiliseren door drukte.

Bladen kunnen op elkaar worden gestapeld, met in elkaar grijpende R-groepen van de aminozuren.

Voorkomen van de beta-geplooide plaat. Een bestanddeel van 80% van alle bolvormige eiwitten. In sommige vezelachtige eiwitten. Eistelen van bepaalde motten. Sommige zijden fibroins.

Collageen heeft een ongebruikelijke structuur. Het bestaat uit drie polypeptideketens in een drievoudige helix. Dit is de structuur: Drie verlengde helices van een type genaamd polyproline II helices (omdat polyproline deze vorm kan aannemen) waterstof aan elkaar gebonden (tussen ketens) geen waterstofbindingen binnen de keten omdat elke helix te lang is, en waterstofbruggen niet kunnen bereiken vanaf één niveau van de helix omhoog of omlaag naar het volgende niveau op de hoeken van een driehoek.

Het hele samenstel is in een superhelix gedraaid.

De stabiliteit van de collageen triple helix is ​​te danken aan de ongebruikelijke aminozuursamenstelling en volgorde. Een derde van de aminozuurresten is glycine en de glycylresten zijn gelijkmatig verdeeld: (Gly X Y) n, waarbij X en Y andere aminozuren zijn, is de aminozuursequentie van collageen. Dit plaatst een glycylrest op elke positie waar de keten zich in het inwendige van de drievoudige helix bevindt. Er zou op deze positie geen ruimte zijn voor een omvangrijke R-groep (de R-groep van glycine is H). Het hoge glycinegehalte (met zijn kleine R-groep) zou anders te veel conformationele vrijheid toestaan ​​en een willekeurige spoel begunstigen.

Proline en hydroxyproline omvatten samen ongeveer een derde van de totale aminozuurresiduen en Gly Pro Hypro is een veel voorkomende sequentie. De relatieve inflexibiliteit van de prolyl- en hydroxyprolylresiduen verstijft de ketens. Het hoge (proline & hydroxyproline) gehalte voorkomt de vorming van een alfa-helix.

Collageen komt voor in taaie, niet-elastische weefsels, zoals pezen. De collageenhelix is ​​al volledig uitgeschoven. In tegenstelling tot de alfa-helix, kan het de pees niet uitrekken en mag het niet worden uitgerekt onder zware belasting.

Collageen is het meest voorkomende eiwit in het lichaam, gelukkig zijn collageendefecten zeldzaam.

Het volgende niveau van macromoleculaire organisatie is:

Tertiaire structuur is de driedimensionale rangschikking van spiraalvormige en niet-helische gebieden van macromoleculen. Laten we eerst kijken naar de

Tertiaire structuur van nucleïnezuren.

Superhelicity introduceert spanning in het molecuul. (Denk aan een spiraalveer aan de twee uiteinden vast te houden en hem te draaien om hem af te wikkelen, het kost moeite om deze spanning te introduceren) De spanning van superhelicity kan worden verlicht door een supercoil te vormen. Hetzelfde fenomeen doet zich voor bij intrekbare hoofdtelefoonsnoeren als ze verdraaid raken. Van het gedraaide circulaire DNA wordt gezegd dat het supercoiled is. De supercoil is compacter. Het staat op het punt te worden afgewikkeld, een noodzakelijke stap in de DNA- en RNA-synthese.

RNA -- het meeste RNA is enkelstrengs, maar bevat gebieden van zelfcomplementariteit.

Dit wordt geïllustreerd door gist-tRNA. Er zijn vier regio's waarin de streng complementair is aan een andere sequentie in zichzelf. Deze regio's zijn antiparallel en voldoen aan de voorwaarden voor stabiele dubbele helixvorming. Röntgenkristallografie laat zien dat de driedimensionale structuur van tRNA de verwachte dubbele helixgebieden bevat.

Grote RNA-moleculen hebben uitgebreide gebieden van zelfcomplementariteit en er wordt aangenomen dat ze spontaan complexe driedimensionale structuren vormen.

Tertiaire structuur in eiwitten

Hydrofobe R-groepen, zoals in leucine en fenylalanine, oriënteren zich normaal gesproken naar binnen, weg van water of polaire opgeloste stoffen.

Polaire of geïoniseerde R-groepen, zoals in glutamine of arginine, oriënteren zich naar buiten om in contact te komen met de waterige omgeving.

Sommige aminozuren, zoals glycine, kunnen worden opgenomen in waterige of niet-waterige omgevingen.

De regels van oplosbaarheid en de neiging tot secundaire structuurvorming bepalen hoe de keten spontaan in zijn uiteindelijke structuur vouwt.

Krachten die de tertiaire structuur van het eiwit stabiliseren. Hydrofobe interacties - de neiging van niet-polaire groepen om samen te clusteren om water uit te sluiten. Waterstofbinding, als onderdeel van een secundaire structuur, evenals andere waterstofbruggen. Ionische interacties -- aantrekkingskracht tussen ongelijke elektrische ladingen van geïoniseerde R-groepen. Disulfidebruggen tussen cysteïnylresten. De R-groep van cysteïne is -CH2-SH. -SH (sulfhydryl) groepen kunnen spontaan oxideren om disulfiden (-S-S-) te vormen.

R-CH 2-SH + R'-CH 2-SH + O 2 = R-CH 2-S-S-CH2-R' + H 2 O 2

(Onder reducerende omstandigheden kan een disulfidebrug worden gesplitst om de -SH-groepen te regenereren.)

De disulfidebrug is een covalente binding. Het verbindt sterk regio's van de polypeptideketen die ver in de primaire sequentie zouden kunnen liggen. Het vormt zich nadat tertiaire vouwing heeft plaatsgevonden, dus het stabiliseert, maar bepaalt niet de tertiaire structuur.

Bolvormige eiwitten zijn meestal georganiseerd in een of meer compacte patronen die domeinen worden genoemd.

Dit concept van domeinen is belangrijk. In het algemeen verwijst het naar een gebied van een eiwit. Maar het blijkt dat bij het bekijken van eiwit na eiwit, bepaalde structurele thema's zich herhalen, vaak, maar niet altijd in eiwitten met vergelijkbare biologische functies. Dit fenomeen van zich herhalende structuren komt overeen met het idee dat de eiwitten genetisch verwant zijn, en dat ze uit elkaar of uit een gemeenschappelijke voorouder zijn voortgekomen. Als je naar de aminozuursequenties kijkt, zijn er soms duidelijke homologieën, en je zou kunnen voorspellen dat de driedimensionale structuren vergelijkbaar zouden zijn. Maar soms hebben vrijwel identieke driedimensionale structuren helemaal geen sequentieovereenkomsten!

Het bundeldomein met vier helixen is een veelvoorkomend patroon in bolvormige eiwitten. Helices lying side by side can interact favorably if the properties of the contact points are complementary. Hydrophobic amino acids (like leucine) at the contact points and oppositely charged amino acids along the edges will favor interaction. If the helix axes are inclined slightly (18 degrees), the R-groups will interdigitate perfectly along 6 turns of the helix. Sets of four helices yield stable structures with symmetrical, equivalent interactions. Interestingly, four-helix bundles diverge at one end, providing a cavity in which ions may bind.

All-beta structures comprise domains in many globular proteins. Beta-pleated sheets fold back on themselves to form barrel-like structures. Part of the immunoglobulin molecule exemplifies this. The interiors of beta-barrels serve in some proteins as binding sites for hydrophobic molecules such as retinol, a vitamin A derivative. What keeps these proteins from forming infinitely large beta-sheets is not clear.

Now let's look at combined alpha/beta structures. Beta/alpha 8 domains are found in a variety of proteins which have no obvious functional relationship. They consist of a beta-barrel surrounded by a wheel of alpha-helices. Examples Triose phosphate isomerase. Domain 1 of pyruvate kinase.

Beta-sheet surrounded by alpha-helices also occur. This is a variation on the theme of beta-structure inside and alpha-helix outside. Examples Lactate dehydrogenase domain 1 Phosphoglycerate kinase domain 2

Now that we are familiar with the structures of single chain macromolecules, we are in a position to look at some of the interactions of macromolecules with other macromolecules and with smaller molecules.

Macromolecular interactions involving proteins.

    The association is specific.
  1. A limited number of subunits is involved.
    • Oligo = several mer = body, or subunit.
    • 2 (dimer) and 4 (tetramer) are most common, but other aggregates occur, such as trimers, pentamers, etc.
  2. The subunits may be identical or they may be different.
  3. Subunit interaction is entirely noncovalent between complementary regions on the subunit surface.
    • Hydrophobic regions can interact.
    • Hydrogen bonding may occur.
    • Electrostatic (ionic) attraction may be involved.

If covalent links exist (such as disulfide bridges) then the structure is not considered quaternary. In proteins with quaternary structure the deaggregated subunits alone are generally biologically inactive.

  • Hemoglobin is composed of four subunits of two types, alpha and beta. It is represented as alpha 2 beta 2 .
  • Triose phosphate isomerase is a dimer of identical subunits.

Quaternary structure in proteins is the most intricate degree of organization considered to be a single molecule. Higher levels of organization are multimolecular complexes.

Incorporation of nonprotein components into proteins

  1. Simple proteins consist of polypeptide only.
  2. Conjugated proteins also contain a nonprotein moiety which frequently plays a role in biological function.
    • It may participate in function directly.
    • It may influence the shape of the protein.

Many different kinds of compound are found in conjugated proteins. A few examples are: Heme Lipid Carbohydrate Metal ions Phosphate

Nomenclature: the word "conjugated" is from the Latin, cum = with and jugum = yoke. The protein and nonprotein moieties are yoked with one another (like oxen) to work together. The apoprotein = the protein without its nonprotein component. The prosthetic group = the nonprotein portion alone. The conjugated protein = the apoprotein + prosthetic group.

Metalloproteins

Sometimes other organic or inorganic compounds share metals with proteins.

Sulfide ions participate in formation of the iron-sulfur centers of redoxins.

  1. partly through one of the remaining coordination links.
  2. partly through the organic moiety.

Lipoproteins

Lipoproteins resemble micelles in some respects. The structure of lipoproteins typically includes the following features. Their outer surface is coated with polar lipids, with protein intermingled. Their interior is a region of randomly oriented neutral lipid.

Lipoproteins are usually much larger than two molecules across. The role of the polar lipid and protein on the surface is to solubilize the neutral lipid interior. Protein interacts with the lipid of lipoproteins through amphipathic helices. Alpha-helical regions of apolipoproteins have polar amino acids on one surface, and nonpolar ones on the opposite surface. The helix lies on the surface of the structure, with the polar groups oriented outward toward the water, and the nonpolar groups buried in the lipid. (Recall the four-helix bundle domains of proteins, in which contacts between helices involved hydrophobic residues at the contact points.)

  1. Lipoprotein concentrations go up in infection. This has a protective effect. (NEJM 6/30/92)
    • They bind bacterial endotoxins.
    • They bind and neutralize a wide variety of viruses.
  2. Copper, transferrin and other proteins bind to HDL, making it more effective in preventing oxidation of LDL, thereby protecting against atherosclerosis. (PNAS 1992, p. 6993)

Membrane proteins are lipoprotein-like in that they have nonpolar amino acids in strategic locations to permit interaction with the membrane lipid. Proteins of the membrane surface may be structured like the apoproteins of lipoproteins, with amphipathic helices.

Some membrane proteins transverse the membrane. The region of the protein that is completely immersed in membrane should consist entirely of hydrophobic amino acids. A common structural motif to accomplish this is an alpha-helix consisting of at least 22 hydrophobic amino acyl groups. This makes an alpha-helix long enough to span a membrane. In arrays of membrane-spanning helices, helices in the interior of the array could be shorter.

The problem of proline in transmembrane "helices:" Mostly you find hydrophobic residues in transmembrane helices, and their length is about right, around 24 residues. You also find PROLINE. This is very common. Does it violate the prohibition against proline in the helix? Probably not. The current opinion of qualified protein chemists is that when we eventually determine the exact structures of these molecules, we will find the expected kink in the helix at each P residue, and that it will prove to be important in the biological function of the protein.

Glycoproteins are proteins with carbohydrate prosthetic groups.

  1. It may be N-linked (Type I) N-acetylglucosamine (a sugar with an acetylated amino group in place of a hydroxyl group) at the reducing end of a carbohydrate chain is linked to the amide nitrogen of asparagine residue. The asparagine residue must be in the sequence, Asn X Thr (or Ser), where X is any amino acid residue. This specific sequence is called a sequon. No other asparagine will do.
  2. It may be O-linked (Type II): Here the reducing end of a carbohydrate chain (usually N-acetylglucosamine residue) is linked to the hydroxyl of a seryl or threonyl residue.
  3. It may be O-linked (Type III): In this case The reducing end of a carbohydrate chain (usually N-acetylgalactosamine) is linked to the hydroxyl of a hydroxylysyl residue in collagen. (Hydroxylysine is made from lysine in collagen after the collagen has been synthesized.)

Glycoproteins have two major types of functions.

The first is recognition: carbohydrate prosthetic groups serve as antigenic sites (e.g., blood group substances are carbohydrate prosthetic groups), intracellular sorting signals (mannose 6-phosphate bound to a newly synthesized protein sends it to the lysosomes), etc.

Or they may be structural components of the organism: E.g., the proteoglycans of cartilage. The central core is a polysaccharide called hyaluronic acid. Many glycoprotein branches are attached to the hyaluronic acid noncovalently. Each branch is a glycoprotein (core protein) with many carbohydrate chains (chondroitin sulfate -- alternating galactosamine and galactose -- and keratan sulfate -- alternating glucosamine and galactose) attached covalently (xylose beta-> O-ser). The attachment of the core protein to the hyaluronic acid is mediated by a protein called link protein.

We've now seen interactions between protein and metal ions, lipid and carbohydrate. Let's now turn to

Interactions between proteins and nucleic acids.

The zinc finger motif

Zn complexed to His and/or Cys maintains the structure of the domain. Unlike a -S-S- bridge, the Zn complex will not be broken by reducing conditions within the cell. Unlike Cu or Fe, Zn does not participate in oxidation-reduction reactions that could generate free radicals which might damage nucleic acids.

Other amino acyl residues in the loop are involved in binding to specific nucleotides of the nucleic acid or helping to maintain the folded structure of the domain.

Zinc fingers occur in proteins occur in tandem arrays. They are joined to nearby zinc fingers by short linking regions of peptide. They are spaced to fit into the major groove of DNA, with the bases of the alpha-helices down in the grooves, and the beta-loops touching the double helix.

The leucine zipper

A protein designed to bind at such a site might also be symmetric this could be accomplished if the protein were a head-to-head dimer.

A class of DNA binding proteins appears to form such dimers through alpha-helices having regularly spaced leucyl residues along one edge. Interaction between the protein monomer units is thought to be through leucyl residues along the edges of the amphipathic helices, sort of like the 4-helix bundle, but with just two helices.

Originally it was thought that the leucyl residues interdigitated (hence the name, "leucine zipper"), but it is now believed that they face each other (reality in the form of x-ray crystallography strikes again). In any case, the symmetric dimer binds to the symmetric region of the DNA through special binding domains.

The helix-turn-helix motif

A dimeric protein can have a helix-turn-helix motif in each subunit, and if the monomer units are identical it can thereby recognize and bind to symmetric DNA structures.

Denaturation is the loss of a protein's or DNA's three dimensional structure. The "normal" three dimensional structure is called the native state.

  1. Double stranded DNA must come apart to replicate and for RNA synthesis.
  2. Proteins must be degraded under certain circumstances.
    • To terminate their biological action (e.g., enzymes).
    • To release amino acids (e.g., for gluconeogenesis in starvation).
  1. Hydrogen bonding
  2. Hydrophobic interaction
  3. Electrostatic interaction
  4. Disulfide bridging (in proteins)

Note that no break in the polymer chain (disruption of primary structure) is involved in denaturation.

Denaturing agents disrupt stabilizing factors.

    Agents that disrupt hydrogen bonding:

Heat -- thermal agitation (vibration, etc.) -- will denature proteins or nucleic acids. Heat denaturation of DNA is called melting because the transition from native to denatured state occurs over a narrow temperature range. As the purine and pyrimidine bases become unstacked during denaturation they absorb light of 260 nanometers wavelength more strongly. The abnormally low absorption in the stacked state is called the hypochromic effect.

Urea and guanidinium chloride -- work by competition These compounds contain functional groups that can accept or donate hydrogen atoms in hydrogen bonding. [picture of structures] At high concentration (8 to 10 M for urea, and 6 to 8 M for guanidinium chloride) they compete favorably for the hydrogen bonds of the native structure. Hydrogen bonds of the alpha-helix will be replaced by hydrogen bonds to urea, for example, and the helix will unwind.

Organic solvents, such as acetone or ethanol -- dissolve nonpolar groups.

Detergents -- dissolve nonpolar groups.

Cold -- increases solubility of nonpolar groups in water. When a hydrophobic group contacts water, the water dipoles must solvate it by forming an orderly array around it. The array is called an "iceberg," because it is an ordered water structure, but not true ice. The ordering of water in an "iceberg" decreases the randomness (entropy) of the system, and is energetically unfavorable. If hydrophobic groups cluster together, contact with water is minimized, and less water must become ordered. This is the driving force behind hydrophobic interaction. (The clustering together of hydrophobic groups is also entropically unfavorable, but not as much so as "iceberg" formation.) At low temperatures, solvation of hydrophobic groups by water dipoles is more favorable. The water molecules have less thermal energy. They can "sit still" to form a solvation "iceberg" more easily. The significance of cold denaturation is that cold is not a stabilizing factor for all proteins. Cold denaturation is important in proteins that are highly dependent on hydrophobic interaction to maintain their native structure.

pH extremes -- Most macromolecules are electrically charged. Ionizable groups of the macromolecule contribute to its net charge (sum of positive and negative charges). Bound ions also contribute to its net charge. Electric charges of the same sign repel one another. If the net charge of a macromolecule is zero or near zero, electrostatic repulsion will be minimized. The substance will be minimally soluble, because intermolecular repulsion will be minimal. A compact three-dimensional structure will be favored, because repulsion between parts of the same molecule will be minimal. The pH at which the net charge of a molecule is zero is called the isoelectric pH (or isoelectric point).

pH extremes result in large net charges on most macromolecules. Most macromolecules contain many weakly acidic groups. At low pH all the acidic groups will be in the associated state (with a zero or positive charge). So the net charge on the protein will be positive. At high pH all the acidic groups will be dissociated (with a zero or negative charge). So the net charge on the protein will be negative. Intramolecular electrostatic repulsion from a large net charge will favor an extended conformation rather than a compact one.

Agents with free sulfhydryl groups will reduce (and thereby cleave) disulfide bridges.

Some proteins are stabilized by numerous disulfide bridges cleaving them renders these proteins more susceptible to denaturation by other forces.

  • Solubilization of the substance if it is not already in solution.
  • Adjustment of the temperature.
  • Removal of denaturing agents by dialysis or similar means.
  • In proteins, re-formation of any disulfide bridges.

Usually considerable skill and art are required to accomplish renaturation. The fact that renaturation is feasible demonstrates that the information necessary for forming the correct three-dimensional structure of a protein or nucleic acid is encoded in its primary structure, the sequence of monomer units. But.

This folding may be slow what happens in the cell during protein synthesis? Guidance may be needed for it to occur correctly and rapidly.


Glycine metabolomic changes induced by anticancer agents in A549 cells

Glycine plays a key role in rapidly proliferating cancer cells such as A549 cells. Targeting glycine metabolism is considered as a potential means for cancer treatment. However, the drug-induced alterations in glycine metabolism have not yet been investigated. Herein, a total of 34 glycine metabolites were examined in A549 cells with or without anticancer drug treatment. This work showed all tested anticancer agents could alter glycine metabolism in A549 cells including inhibition of pyruvate metabolism and down-regulation of betaine aldehyde and 5′-phosphoribosylglycinamide. Principal component analysis and orthogonal partial least-squares discrimination analysis exhibited the difference between control and each drug-treated group. In general, cisplatin, camptothecin, and SAHA could induce the significant down-regulation of more metabolites, compared with afatinib, gefitinib, and targretin. Both glycine, serine and threonine metabolism, and purine metabolism were significantly disturbed by the treatment with afatinib, gefitinib, and targretin. However, the treatment using cisplatin, camptothecin, and SAHA was considered to be highly responsible for the perturbation of glycine, serine and threonine metabolism, and cysteine and methionine metabolism. Finally, multivariate analysis for control and all drug-treated groups revealed 11 altered metabolites with a significant difference. It implies anti-cancer agents with different mechanisms of action might induce different comprehensive changes of glycine metabolomics. The current study provides fundamental insights into the acquisition of the role of anti-cancer agents in glycine metabolism while suppressing cancer cell proliferation, and may aid the development of cancer treatment targeting glycine metabolism.

Dit is een voorbeeld van abonnementsinhoud, toegang via uw instelling.


Referenties

Ramachandran GN, Ramakrishnan C, Sasisekharan V: Stereochemistry of polypeptide chain configurations. J Mol Biol 1963, 7: 95–99.

MacArthur MW, Thornton JM: Influence of proline residues on protein conformation. Journal of Molecular Biology 1991, 218: 397–412. 10.1016/0022-2836(91)90721-H

Ho BK, Thomas A, Brasseur R: Revisiting the Ramachandran plot: hard-sphere repulsion, electrostatics, and H-bonding in the alpha-helix. Protein Sci 2003, 12: 2508–2522. 10.1110/ps.03235203

Mandel N, Mandel G, Trus BL, Rosenberg J, Carlson G, Dickerson RE: Tuna cytochrome c at 2.0 A resolution. III. Coordinate optimization and comparison of structures. J Biol Chem 1977, 252: 4619–4636.

Richardson JS: The anatomy and taxonomy of protein structure. Adv Protein Chem 1981, 34: 167–339.

Kleywegt GJ, Jones TA: Phi/psi-chology: Ramachandran revisited. Structure 1996, 4: 1395–1400. 10.1016/S0969-2126(96)00147-5

Chakrabarti P, Pal D: The interrelationships of side-chain and main-chain conformations in proteins. Prog Biophys Mol Biol 2001, 76: 1–102. 10.1016/S0079-6107(01)00005-0

Hovmöller S, Zhou T, Ohlson T: Conformations of amino acids in proteins. Acta Crystallogr D Biol Crystallogr 2002, 58: 768–776. 10.1107/S0907444902003359

Lovell SC, Davis IW, Arendall WB, de Bakker PI, Word JM, Prisant MG, Richardson JS, Richardson DC: Structure validation by Calpha geometry: phi,psi and Cbeta deviation. Proteins 2003, 50: 437–450. 10.1002/prot.10286

Karplus PA: Experimentally observed conformation-dependent geometry and hidden strain in proteins. Protein Sci 1996, 5: 1406–1420.

Maccallum PH, Poet R, Milner-White EJ: Coulombic interactions between partially charged main-chain atoms not hydrogen-bonded to each other influence the conformations of alpha-helices and antiparallel beta-sheet. A new method for analysing the forces between hydrogen bonding groups in proteins includes all the Coulombic interactions. J Mol Biol 1995, 248: 361–373.

Milner-White EJ: Situations of gamma-turns in proteins. Their relation to alpha-helices, beta-sheets and ligand binding sites. Journal of Molecular Biology 1990, 216: 386–397.

Summers LN, M. K: Modeling of globular proteins. A distance-based data search procedure for the construction of insertion/deletion regions and Pro-non-Pro mutations. Journal of Molecular Biology 1990, 216: 991–1016.

Ho BK, Coutsias EA, Seok C, Dill KA: The flexibility in the proline ring couples to the protein backbone. Protein Sci 2005, 14: 1011–1018. 10.1110/ps.041156905

Ramakrishnan C, Ramachandran GN: Stereochemical criteria for polypeptide and protein chain conformations. II. Allowed conformations for a pair of peptide units. Biophys J 1965, 5: 909–933.

Hu H, Elstner M, Hermans J: Comparison of a QM/MM force field and molecular mechanics force fields in simulations of alanine and glycine "dipeptides" (Ace-Ala-Nme and Ace-Gly-Nme) in water in relation to the problem of modeling the unfolded peptide backbone in solution. Proteins 2003, 50: 451–463. 10.1002/prot.10279

Schimmel PR, Flory PJ: Conformational energies and configurational statistics of copolypeptides containing L-proline. J Mol Biol 1968, 34: 105–120. 10.1016/0022-2836(68)90237-4

Hurley JH, Mason DA, Matthews BW: Flexible-geometry conformational energy maps for the amino acid residue preceding a proline. Biopolymers 1992, 32: 1443–1446. 10.1002/bip.360321104

Berman HM, Westbrook J, Feng Z, Gilliland G, Bhat TN, Weissig H, Shindyalov IN, Bourne PE: The Protein Data Bank. Nucleic Acids Research 2000, 28: 235–242. 10.1093/nar/28.1.235

Stapley BJ, Creamer TP: A survey of left-handed polyproline II helices. Protein Sci 1999, 8: 587–595.

Eswar N, Nagarajaram HA, Ramakrishnan C, Srinivasan N: Influence of solvent molecules on the stereochemical code of glycyl residues in proteins. Proteins 2002, 49: 326–334. 10.1002/prot.10226

Mackerell ADJ, Bashford D, Bellott M, Dunbrack Jr. RL, Evanseck JD, Field MJ, Fischer S, Gao J, Guo H, Ha S, Joseph-McCarthy D, Kuchnir LKK, Lau FTK, Mattos C, Michnick S, Ngo T, Nguyen DT, Prodhom B, Reiher WEIII, Roux B, Schlenkrich M, Smith JC, Stote R, Straub J, Watanabe M, Wiorkiewicz-Kuczera J, Yin D, Karplus M: All-atom empirical potential for molecular modeling and dynamics Studies of proteins. Journal of Physical Chemistry 1998, B102: 3586–3616.

Roterman IK, Lambert MH, Gibson KD, Scheraga HA: A comparison of the CHARMM, AMBER and ECEPP potentials for peptides. II. Phi-psi maps for N-acetyl alanine N'-methyl amide: comparisons, contrasts and simple experimental tests. J Biomol Struct Dyn 1989, 7: 421–453.

Derewenda ZS, Lee L, Derewenda U: The occurrence of C-H. O hydrogen bonds in proteins. J Mol Biol 1995, 252: 248–262. 10.1006/jmbi.1995.0492

Taylor R, Kennard O: Crystallographic evidence for the existence of C-H. O, C-H. N, and C-H. Cl hydrogen bonds. J Am Chem Soc 1982, 104: 5063–5070. 10.1021/ja00383a012

Steiner T, Saenger W: Role of C-H. O hydrogen bonds in the coordination of water molecules. Analysis of Neutron Diffraction Data. J Am Chem Soc 1993, 115: 4540–4547. 10.1021/ja00064a016

Vargas R, Garza J, Dixon DA, Hay BP: How strong is the C-H. O=C hydrogen bond? J Am Chem Soc 2000, 122: 4750–4755. 10.1021/ja993600a

Bhattacharyya R, Chakrabarti P: Stereospecific interactions of proline residues in protein structures and complexes. J Mole Biol 2003, 331(4):925–940. 10.1016/S0022-2836(03)00759-9

Word JM, Lovell SC, LaBean TH, Taylor HC, Zalis ME, Presley BK, Richardson JS, Richardson DC: Visualizing and quantifying molecular goodness-of-fit: small-probe contact dots with explicit hydrogen atoms. J Mol Biol 1999, 285: 1711–1733. 10.1006/jmbi.1998.2400


Samenvatting

Bond polarity and ionic character increase with an increasing difference in electronegativity. De electronegativity (&chi) of an element is the relative ability of an atom to attract electrons to itself in a chemical compound and increases diagonally from the lower left of the periodic table to the upper right. The Pauling electronegativity scale is based on measurements of the strengths of covalent bonds between different atoms, whereas the Mulliken electronegativity of an element is the average of its first ionization energy and the absolute value of its electron affinity. Elements with a high electronegativity are generally nonmetals and electrical insulators and tend to behave as oxidants in chemical reactions. Conversely, elements with a low electronegativity are generally metals and good electrical conductors and tend to behave as reductants in chemical reactions.

Compounds with polar covalent bonds have electrons that are shared unequally between the bonded atoms. The polarity of such a bond is determined largely by the relative electronegativites of the bonded atoms. The asymmetrical charge distribution in a polar substance produces a dipole moment, which is the product of the partial charges on the bonded atoms and the distance between them.


Explain the similarities and differences between aerobic and anaerobic respiration

The similarities between aerobic and anaerobic respiration, is that they both use glucose as the starting molecule. This is called the substrate. In addition, both aerobic and anaerobic respiration produce ATP, however, aerobic respiration produces a lot more ATP compared to anaerobic respiration. (ATP is the energy source that cells use, to drive all the different processes that we need to survive). This means that glucose goes through different processes in anaerobic and aerobic respiration, thus producing a difference in the amount of ATP.

Aerobic respiration uses oxygen and is only completed when there is a plentifly supply of oxygen. Anaerobic respiration does not use oxygen, and so can be used when there is a small oxygen supply, so we can still produce some ATP, for example when completing vigourous exercise. In addition, the products of both reactions are different. Aerobic respiration produces carbon dioxide and water from the reaction (as well as the ATP). The word equation for this reaction is: Glucose + Oxygen --> Carbon Dioxide + Water (+ATP). On the other hand, anaerobic repiration only produces lactic acid, which can be harmful in large quantities and so has to be transported to the liver once it has been produced in order to be broken down. This means that after anaerobic respiration you have an oxygen debt, so need to keep breathing heavily, in order to allow aerobic respiration to begin again. Lactic acid also causes muscle fatigue, hence why after vigourous exercide you can experience pain or cramp. Therefore, the word equation for anaerobic respiration is: Glucose --> Lactic Acid


Not Just in Your Body

Glutamate forms the basis for the food additive called monosodium glutamate (MSG), which is used to enhance flavor of various foods, including Chinese food, soups and various processed meats. While MSG is considered a safe food additive, many people experience symptoms when they eat it, such as headaches, flushing or sweating.

In supplemental form, glutamine has potential uses that include helping wound recovery, reducing infection risks in endurance athletes, promoting weight gain in people with HIV/AIDS and addressing malnutrition in people undergoing chemotherapy. People with cancer frequently lack normal levels of glutamine.

In addition to your internal supplies, you can get this amino acid from foods such as dairy products, red meat, poultry, cabbage and spinach. Consult your doctor before using any type of glutamine supplement. Also consult your doctor for more information on glutamate, glutamine and glutathione.


Bekijk de video: Representasi Data #RepresentasiData (Januari- 2022).