Проверка соответствия

редактировать

Конформационная корректура или конформационный отбор - это общий механизм систем молекулярного распознавания, в которых введение структурного несоответствия между молекулярным распознавателем и его целью, или энергетический барьер, повышает специфичность и качество распознавания. Проверка соответствия не требует энергозатрат и поэтому может использоваться в любой молекулярной системе распознавания. Конформационная корректура особенно полезна в сценариях, где распознаватель должен выбрать подходящую цель среди множества похожих конкурентов.

Содержание

  • 1 Уравновешивание правильного и неправильного связывания
  • 2 Использование путем гомологичной рекомбинации для поиска гомологии
    • 2.1 Экспериментальные данные для проверки конформации путем гомологичной рекомбинации
  • 3 Использование рибосомами для декодирования тРНК
  • 4 В других биологических системах
    • 4.1 Восстановление УФ-повреждений человека
  • 5 Другие схемы распознавания
    • 5.1 Связь с кинетической корректурой
  • 6 Ссылки
  • 7 Внешние ссылки

Баланс правильного и неправильного связывания

Молекулярное распознавание происходит в шумной, переполненной биологической среде, и распознавателю часто приходится решать задачу выбора своей цели среди множества похожих конкурентов. Например, рибосома должна выбрать правильную тРНК, которая соответствует кодону мРНК среди множества структурно подобных тРНК. Если распознаватель и его правильная цель полностью совпадают, как замок и ключ, то вероятность связывания будет высокой, поскольку при связывании не требуется деформации. В то же время распознаватель может с большой вероятностью связываться с конкурентом с аналогичной структурой. Введение структурного несоответствия между распознавателем (блокировкой) и ключом снижает вероятность связывания с правильной целью, но еще больше снижает вероятность связывания с аналогичной неправильной целью и, таким образом, улучшает специфичность. Тем не менее, слишком большая деформация резко снижает вероятность привязки к правильной цели. Следовательно, оптимальный баланс между максимизацией вероятности правильного связывания и минимизацией вероятности неправильного связывания достигается, когда распознаватель немного отклоняется от цели. Это предполагает, что конформационные изменения во время процессов молекулярного распознавания, такие как механизм индуцированной подгонки, полезны для повышения специфичности распознавания.

В конформационной корректуре введение структурного несоответствия или энергетического барьера между молекулярным распознавателем и его целью или энергетического барьера повышает специфичность и качество распознавания. Улучшение может достигать нескольких порядков. Конформационная корректура при гомологичной рекомбинации . Вверху: вероятность связывания с гомологичными (правильными) и негомологичными (неправильными) последовательностями ДНК уменьшается с увеличением энергетического барьера деформации. Вероятность неправильного связывания уменьшается перед правильным. Внизу: В результате Фитнес, который представляет собой разницу, Фитнес = Вероятность (Правильно) - Вероятность (Неправильно), является максимальным при ненулевой энергии деформации. Этот барьер является оптимальным в том смысле, что он значительно снижает вероятность связывания, сохраняя при этом примерно одинаковую вероятность правильного связывания. Биохимические измерения рекомбинации, индуцированной RecA, позволяют предположить, что наблюдаемая деформация почти оптимальна.

Использование гомологичной рекомбинации для поиска гомологии

Механизм конформационной проверки используется в системе гомологичной рекомбинации для различения сходных ДНК Гомологичная рекомбинация облегчает обмен генетическим материалом между гомологичными молекулами ДНК. Этот важный процесс требует обнаружения конкретной гомологичной последовательности ДНК в огромном разнообразии гетерологичных последовательностей. Обнаружение опосредуется RecA в E. coli или членами его суперсемейства в других организмах. RecA сначала полимеризуется вдоль отрезка одноцепочечной ДНК, а затем эта нить белок-ДНК ищет гомологию вдоль двухцепочечной ДНК. В филаменте RecA-ДНК расстояние между основаниями значительно увеличивается по сравнению с голыми 3,4 Å в двуните (в среднем на 50%). Это создает значительный энергетический барьер для поиска, поскольку двухцепочечная ДНК должна растягиваться на такую ​​же величину, чтобы проверить гомологию. Сформулировав процесс распознавания ДНК как проблему обнаружения сигнала, было показано, что экспериментально наблюдаемая деформация ДНК, вызванная RecA, и энергия связывания точно настроены для обеспечения оптимального обнаружения последовательности. Степень деформации такова, что связывание с гомологичными последовательностями ДНК уменьшается лишь незначительно, а связывание с неправильными последовательностями значительно уменьшается. Это как раз и есть механизм конформационной корректуры.

Экспериментальные доказательства конформационной коррекции путем гомологичной рекомбинации

Группа К. Деккера (Делфтский университет) непосредственно исследовала взаимодействия, участвующие в поиске гомологии, сочетая магнитный и оптический пинцет. Они обнаружили, что поиск и распознавание гомологии требует открытия спирали и, следовательно, может быть ускорен за счет раскручивания ДНК. Это как раз тот энергетический барьер, который предсказывает модель конформационной корректуры. Эти данные указывают на физическую картину распознавания гомологии, в которой точность процесса поиска определяется расстоянием между сайтами связывания ДНК. Авторы приходят к выводу, что их интерпретация измерений «сродни схеме конформационного вычитывания... где дцДНК, а не нить RecA, является активным, распознающим поисковым объектом. Существует большое конформационное несоответствие между привязанным к цели и несвязанным. состояний дцДНК. Связанное с мишенью состояние доступно через энергетически неблагоприятные промежуточные состояния, как обсуждалось выше. Конформационное несоответствие улучшает селективность реакции распознавания ». Другими словами, они идентифицировали энергетический барьер и показали, что действительно двухцепочечная ДНК является активным участником, поскольку она должна пройти этот барьер.

Использование рибосомой для декодирования тРНК

рибосома представляет собой сложную молекулярную машину, которая для синтеза белков в процессе трансляции имеет для декодирования мРНК путем объединения их кодонов с соответствующими тРНК. Декодирование является основным определяющим фактором приспособленности и требует точного и быстрого выбора правильных тРНК среди множества аналогичных конкурентов. Следует иметь в виду, что большинство событий связывания происходят из-за несовпадающих («несоответствующих») тРНК, и рибосома должна отвергать их как можно быстрее, чтобы освободить сайт связывания. В то же время рибосома должна удерживать соответствующие тРНК связанными достаточно времени, чтобы позволить процессу синтеза белка последовать. Несмотря на важность декодирования тРНК, до недавнего времени было неясно, являются ли современные рибосомы и, в частности, ее большие конформационные изменения во время декодирования результатом адаптации к задаче декодирования или результатом других ограничений. Недавнее исследование выявило энергетический ландшафт, который обеспечивает оптимальное различение конкурирующих субстратов тРНК и, таким образом, оптимальное декодирование тРНК. Оптимальный ландшафт - симметричный (см. Изображение). Исследование показывает, что измеренный ландшафт прокариотической рибосомы действительно симметричен. Эта модель предполагает, что конформационные изменения рибосомы и тРНК во время декодирования являются средством для получения такого оптимального декодера тРНК. Тот факт, что и гомологичная рекомбинация, и декодирование тРНК используют конформационное вычитывание, предполагает, что это общий механизм, который может широко использоваться системами молекулярного распознавания.

Рибосома использует конформационную корректуру для декодирования тРНК . main: кривые показывают ландшафт свободной энергии распознавания кодонов, как предполагают эксперименты. На стадиях, которые чувствительны к идентичности кодонов, пути правильной (зеленый) и неправильной (красный) тРНК расщепляются. Многоступенчатая кинетика включает: Начальное связывание и распознавание кодонов: комплекс фактора элонгации (EF-Tu) и аминоацил-тРНК связывается с рибосомой. Кодон распознается путем спаривания с антикодоном и дополнительного взаимодействия с «центром декодирования» рибосомы. В результате правильные (родственные) тРНК более стабильны, чем неродственные. Активация и гидролиз GTP: распознавание кодонов приводит к глобальным конформационным изменениям рибосомы и тРНК, которые различаются для родственных и некоренных тРНК и влияют на активацию и гидролиз GTP с помощью EF-Tu. Модель конформационной корректуры объясняет эти конформационные изменения как средство улучшения распознавания тРНК. вставка: симметричный адаптированный ландшафт подразумевает, что соотношение прямых и обратных скоростей инвертируется между правильным и неправильным энергетическим ландшафтом.

В других биологических системах

Восстановление УФ-повреждений человека

A Недавнее исследование показывает, что конформационная корректура используется механизмами репарации ДНК человека. Исследование было сосредоточено на вопросе о том, как белки репарации ДНК сканируют геном человека на предмет УФ -индуцированных повреждений во время начальной стадии эксцизионной репарации нуклеотидов (NER). Подробные измерения одной молекулы показали, как человеческий ДНК-связывающий белок (UV-DDB), поврежденный УФ-излучением, выполняет трехмерный поиск. Авторы обнаруживают, что «UV-DDB исследует участки ДНК дискретными шагами перед формированием долгоживущих, неподвижных димеров UV-DDB (DDB1 - DDB2 )2на участках повреждения. Анализ скорости диссоциации переходных связывающих молекул как на неповрежденной, так и на поврежденной ДНК показывают многократное время пребывания в течение трех порядков величины... Считается, что эти промежуточные состояния представляют собой дискретные УФ-DDB конформеры на траектории к стабильному обнаружению повреждений ». по их подробным кинетическим измерениям, UV-DDB распознает поражения с использованием механизма конформационной корректуры через несколько промежуточных соединений.

Другие схемы распознавания

Отношение к кинетической корректуре

В В схеме кинетической корректуры вводится временная задержка (эквивалентная необратимая промежуточная стадия) во время образования правильных или неправильных комплексов. Эта временная задержка снижает производительность обоих комплексов, но повышает точность воспроизведения сверх равновесной лимит риума. Необратимость схемы требует источника энергии. Задержка при кинетической корректуре аналогична пространственной разнице при конформационной корректуре. Однако конформационная корректура может быть равновесной схемой, не потребляющей энергии.

Ссылки

Внешние ссылки

Последняя правка сделана 2021-05-15 09:21:46
Содержание доступно по лицензии CC BY-SA 3.0 (если не указано иное).
Обратная связь: support@alphapedia.ru
Соглашение
О проекте