Войти
Структура нуклеопротеина MA: рибосомная субъединица 50S из рентгеновской кристаллографической модели 29 из 33 нативных компонентов H. marismortui из лаборатории Томаса Стейтца. Из 31 компонента белка показаны 27 (синий) вместе с 2 цепями РНК (оранжевый / желтый). Масштаб: сборка ок. 24 нм в диаметре. Термин макромолекулярные сборки (МА) относятся к массовым химическим структурам, таким как вирусы и не-биологические наночастицы, клеточные органеллы и мембраны и рибосомы и т.д., которые представляют собой сложные смеси полипептида, полинуклеотид, полисахарид или других полимерных макромолекул. Как правило, они относятся к более чем одному из этих типов, и смеси определяются пространственно (то есть в отношении их химической формы), а также в отношении их основного химического состава и структуры. Макромолекулы встречаются в живых и неживых вещах и состоят из многих сотен или тысяч атомов, скрепленных ковалентными связями ; они часто характеризуются повторяющимися звеньями (т. е. являются полимерами ). Их сборки также могут быть биологическими или небиологическими, хотя термин МА чаще применяется в биологии, а термин супрамолекулярная сборка чаще применяется в небиологических контекстах (например, в супрамолекулярной химии и нанотехнологии ). МА макромолекул удерживаются в своих определенных формах за счет нековалентных межмолекулярных взаимодействий (а не ковалентных связей) и могут находиться либо в неповторяющихся структурах (например, как в архитектуре рибосомы (изображение) и клеточной мембраны ), либо в повторяющихся структурах. линейные, круговые, спиральные или другие паттерны (например, как в актиновых филаментах и жгутиковых моторах, образ). Процесс, с помощью которого образуются МА, получил название самосборки молекул, термин, особенно применяемый в небиологических контекстах. Для изучения МА существует широкий спектр физических / биофизических, химических / биохимических и вычислительных методов; Учитывая масштаб (молекулярные размеры) МА, попытки разработать их состав и структуру и выявить механизмы, лежащие в основе их функций, находятся на переднем крае современной структурной науки.
Эукариотические рибосомы, которые каталитически переводят информацию, содержащуюся в молекулах мРНК, в белки. На анимации представлены этапы элонгации и нацеливания на мембрану эукариотической трансляции, мРНК показана черной дугой, субъединицы рибосомы - зеленым и желтым, тРНК - темно-синим, белки, такие как удлинение, и другие факторы, участвующие в светло-синем, растущая полипептидная цепь. как черная нить, растущая вертикально от кривой мРНК. В конце анимации произведенный полипептид экструдируется через голубую пору SecY в серое внутреннее пространство ER. 
Трехмерная печатная модель структуры «мотора» жгутика бактерий и частичной стержневой структуры вида Salmonella. Снизу вверх: темно-синий, повторяющиеся FliM и FliN, моторные / переключающие белки; красный - моторные / переключающие белки FliG; желтый - трансмембранные связывающие белки FliF; светло-голубой, белки L- и P-кольца; и (вверху) темно-синий: колпачок, соединение крючок-нить, крючок и белки стержня. Биомолекулярная комплекс, называемая также biomacromolecular комплекс, является любым биологическим комплексом, состоящий из более чем одного биополимера ( белок, РНК, ДНК, углеводы ) или больших неполимерных биомолекул ( липиды ). Взаимодействия между этими биомолекулами нековалентны. Примеры:
Биомакромолекулярные комплексы изучаются структурно с помощью рентгеновской кристаллографии, ЯМР-спектроскопии белков, криоэлектронной микроскопии и последовательного анализа отдельных частиц и электронной томографии. Модели атомной структуры, полученные с помощью рентгеновской кристаллографии и биомолекулярной ЯМР-спектроскопии, могут быть стыкованы с гораздо более крупными структурами биомолекулярных комплексов, полученных с помощью методов с более низким разрешением, таких как электронная микроскопия, электронная томография и малоугловое рассеяние рентгеновских лучей.
Комплексы макромолекул повсеместно встречаются в природе, где они участвуют в создании вирусов и всех живых клеток. Кроме того, они играют фундаментальную роль во всех основных жизненных процессах ( трансляция белков, деление клеток, перенос пузырьков, внутри- и межклеточный обмен материалом между компартментами и т. Д.). В каждой из этих ролей сложные смеси организуются определенным структурным и пространственным образом. В то время как отдельные макромолекулы удерживаются вместе с помощью комбинации ковалентных связей и внутри- молекулярных нековалентных сил (то есть, ассоциации между частями внутри каждой молекулы, через заряд-заряда взаимодействий, ван - дер - ваальсовых сил, и диполь-дипольное взаимодействие, такие как водородные связи ), по определению сами МА удерживаются вместе исключительно за счет нековалентных сил, за исключением теперь действующих между молекулами (то есть межмолекулярных взаимодействий ).
Изображения выше дают представление о составах и масштабе (размерах), связанных с МА, хотя они только начинают касаться сложности структур; в принципе, каждая живая клетка состоит из МА, но сама также является МА. В примерах и других подобных комплексах и сборках каждый МА часто имеет молекулярную массу в миллионы дальтон (мегадальтон, т. Е. В миллионы раз больше веса одного простого атома), хотя все еще имеет измеримые соотношения компонентов ( стехиометрии ) на некотором уровне. точности. Как указано в условных обозначениях изображений, при надлежащей подготовке МА или составляющие подкомплексы МА часто можно кристаллизовать для изучения с помощью кристаллографии белков и родственных методов или изучать другими физическими методами (например, спектроскопией, микроскопией ).
Поперечные сечения фосфолипидов (PL), относящиеся к биомембранным МА. Желто-оранжевый указывает на гидрофобные липидные хвосты; черные и белые сферы представляют полярные области ФЛ ( vi). Размеры бислоя / липосомы (не видны на графике): гидрофобные и полярные области, каждая «толщиной» ~ 30 Å (3,0 нм) - полярность от ~ 15 Å (1,5 нм) с каждой стороны. 
Графическое изображение структуры вирусного МА, вируса мозаики вигны, с 30 копиями каждого из его белков оболочки, малого белка оболочки (S, желтый) и большого белка оболочки (L, зеленый), которые вместе с 2 молекулы позитивно-смысловой РНК (РНК-1 и РНК-2, не видны) составляют вирион. Сборка высокосимметрична и имеет диаметр ~ 280 Å (28 нм) в самом широком месте. Вирусные структуры были одними из первых изученных МА; другие биологические примеры включают рибосомы (частичное изображение выше), протеасомы и комплексы трансляции (с компонентами белка и нуклеиновой кислоты ), прокариотические и эукариотические транскрипционные комплексы, а также ядерные и другие биологические поры, которые позволяют материалу проходить между клетками и клеточными компартментами. Биомембраны также обычно считаются МА, хотя требования к структурному и пространственному определению изменены, чтобы приспособиться к внутренней молекулярной динамике липидов мембран и белков внутри липидных бислоев.
Во время сборки вириона бактериофага (фага) Т4 морфогенетические белки, кодируемые генами фага, взаимодействуют друг с другом в характерной последовательности. Поддержание соответствующего баланса в количествах каждого из этих белков, продуцируемых во время вирусной инфекции, по-видимому, имеет решающее значение для нормального морфогенеза фага Т4. Белки, кодируемые фагом Т4, которые определяют структуру вириона, включают основные структурные компоненты, второстепенные структурные компоненты и неструктурные белки, которые катализируют определенные стадии в последовательности морфогенеза.
Изучение структуры и функции МА является сложной задачей, в частности, из-за их мегадальтонных размеров, но также из-за их сложного состава и различной динамической природы. В большинстве из них применялись стандартные химические и биохимические методы (методы очистки и центрифугирования белков, химическая и электрохимическая характеристика и т. Д.). Кроме того, их методы исследования включают современные протеомные подходы, вычислительные методы и структурные методы с атомным разрешением (например, рентгеновскую кристаллографию ), малоугловое рассеяние рентгеновских лучей (SAXS) и малоугловое рассеяние нейтронов (SANS), силовую спектроскопию., просвечивающая электронная микроскопия и криоэлектронная микроскопия. Аарон Клаг был удостоен Нобелевской премии по химии 1982 года за его работу по выяснению структуры с помощью электронной микроскопии, в частности, для МА белок-нуклеиновая кислота, включая вирус табачной мозаики (структура, содержащая 6400 оснований молекулы ssRNA иgt; 2000 молекул белка оболочки).. Решение для кристаллизации и структурирования рибосомы с молекулярной массой ~ 2,5 МДа, являющееся примером части белкового синтетического «механизма» живых клеток, было предметом Нобелевской премии по химии 2009 года, присужденной Венкатраману Рамакришнану, Томасу А. Стейтцу и Аде. Э. Йонатх.
Наконец, биология - не единственная область магистратуры. У каждой области супрамолекулярной химии и нанотехнологии есть области, которые были разработаны для разработки и расширения принципов, впервые продемонстрированных в биологических МА. Особый интерес в этих областях вызывает разработка фундаментальных процессов молекулярных машин и расширение известных конструкций машин на новые типы и процессы.
