3/20/2019 0 Comments プロテイン たんぱく質 含有 量 多い テンプレート
ヒトアクアポリン、PDB 1FQYタンパク質の折り畳みは水性環境によって促進される. タンパク質の水和タンパク質の折りたたみタンパク質の結晶化タンパク質の変性プリオン '我々が独自に定義した立体配置の不在によって特徴付けられると考えられる変性タンパク質分子. ' Linus PaulingとAlfred Mirsky 1936タンパク質の折りたたみタンパク質の折りたたみは、リボソーム合成から細胞質の大部分の水相に現れる際の水との相互作用によって促進されます。. 可能性のある立体配座の数がLevinthalパラドックスに記載されている数よりはるかに少ないため、そして主に水性相互作用によって急速に見いだされる誘導立体配座のために、折りたたみは非常に速い。. 完全に折り畳まれていないタンパク質鎖の周りの水の再配列は折り畳みプロセスを開始するためのエネルギーを放出する . これは特に疎水性相互作用を含むので、そうでなければ不利なエントロピー減少を引き起こすであろう水でそれらの大きな表面積を減少させる(大部分は並進的). このような表面上に形成する低密度の水とこの表面との不適合性は、タンパク質を駆動する表面の最小化を促進する。三次構造形成(例えば、参照). このプロセスの別の見方は、タンパク質の立体配座が水マトリックスの破壊を最小にする傾向があるということです。 . そのような連続的な疎水性崩壊は、それらの脱溶媒和および強いイオン対塩結合の形成と平行して、好ましいペプチド結合間の(二次)構造的水素結合形成を必然的に伴いそして誘導される。 . これを推進する力は、混雑した細胞内環境において、他の溶質の水和とそのエントロピーの最大化に利用可能な水の放出です。 .
プロテイン たんぱく質 含有 量 多い テンプレート ノート細胞内の分子密集による電荷 - 電荷相互作用はタンパク質のフォールディングを遅らせる可能性がある. タンパク質は必ずしも細胞内で安定化されているわけではありません(in vitro試験と比較して)が、これらの電荷 - 電荷相互作用を減らすとタンパク質の安定性が増す可能性があります。 . 折り畳み経路は、脱溶媒和障壁と電荷 - 電荷相互作用によって制御され、隣接残基を跳ね上がる水を介した接触によって補助および誘導される . さらなる要因は、成長するポリペプチド鎖が二次構造に折り畳まれることによって、成長するポリペプチド鎖を囲む水性鞘が減少することである。 . 同様の因子が、四次および平衡クラスター形成に関与するタンパク質を組織化するのを助け、そこでは各水媒介相互作用が平均4の寄与に寄与すると推定されている。. タンパク質が合成され、タンパク質の構造予測に含める必要があるため、水はタンパク質折りたたみの誘導に密接に関係しています。 . 微妙な水和力の重要性は、ポリリジンのラセミ自己組織化を伴う - ヘリックスから - シートへの立体配座転移に示されている . 折り畳み式エネルギーランドスケープ、乾燥機(上)および湿式(下)反対側は、十分な水分がない状態でタンパク質を折り畳むための概略的なポテンシャルエネルギー漏斗です. それは折り畳み経路上の好ましい最小エネルギー構造に対する多くの障壁を強調している. 不活性三次元分子立体配座でタンパク質を捕捉する可能性がある極小値が多数あります. 上部の縁は折り畳まれていないタンパク質の高エネルギーを表し、折り畳みは漏斗の底部にある最小エネルギー構造に向かってエネルギーを低下させる. 実際のエネルギーランドスケープは多次元ですが、これらのファンネルは3次元ランドスケープを表していることに注意してください。. たとえそれらが非常に疎水性であっても、最も折り畳み可能な配列の折り畳まれていない状態は水中で拡張される。 . したがって、タンパク質が完全に水和されると、ポテンシャルエネルギーランドスケープはかなりスムーズになります。.プロテイン たんぱく質 含有 量 多い テンプレート 設定十分な水分補給の条件下で、これはタンパク質が直接的かつ迅速な方法でそれらの活性な最小エネルギー立体配座を達成することを可能にする。. 水分子が水素結合の迅速な形成および交換によってアミノ酸主鎖および側鎖基の動きを滑らかにすることができるため、潜在的なエネルギー障壁は低下し、滑らかになる。. アミノ酸側鎖はまた、タンパク質の折り畳みを促進するペプチド基の水和を減少させること(遮蔽効果)によってこのプロセスを容易にする。 . 完全な水和は明白であるためにある活動のために不必要であるが水和を用いる酵素の活動に同じような効果が見られるかもしれません. 細胞内の生理的条件下では、水はより規則的になることが知られています(細胞内の水を参照)。. 漫画にはそのように示されているが、「最小」というものは存在しない。構造的ですが、エネルギー的な違いが少ないサブステートの集合. 水分補給によって緩和されるこれらのサブステート間のジャンプは、タンパク質がその生物学的作用に必要とする柔軟性を可能にし、決定します. 折り畳み過程における水媒介相互作用の組み込みは配列データからの蛋白質構造予測を可能にした . アミドI振動、アミドI伸縮振動(1680cm −1)は液体の水の曲げ振動(v 2、1645cm −1)に類似しているので、タンパク質アスパラギンおよびグルタミン基に水素結合した水からのエネルギーの伝達が促進される。 . これは、より多数の表面アスパラギンおよびグルタミン残基を含有するタンパク質の構造不安定性の増大を説明し、そして特にプリオンにおける - ヘリックス - シート構造不安定性に関連する。 . タンパク質の本来の状態はポテンシャルエネルギー面上で最小に存在するが、その折り畳み経路はランダムではなく誘導されたプロセスであるため、この構造がグローバル最小自由エネルギー構造であると推定する理由はない。. 変性時、例えば加熱後に冷却時に不可逆的に生成されるものなど、他のより低い最小値を有する他の構造が存在することは明らかであり、これは他の分子間相互作用を利用する。 . 表面の低密度水を安定化させ、表面張力を増加させる適合性のある溶質(オスモライト、例えば、ベタイン、トリメチルアミンN−オキシド、プロリン、グリセロール、およびトレハロース)もまた、タンパク質の構造を維持するであろう(Hofmeisterも参照)。無極性ガスの効果と溶解度). タンパク質変性剤(アルコール、尿素、塩化グアニジニウムなど)とは対照的に、オスモライトはタンパク質表面から離れています。 . オスモライトは、その濃度、他のオスモライトと変性剤の存在、pH、温度、圧力、そしてタンパク質の性質によって、効果が異なります。. この溶解度の増大は、グリカン基が水との相互作用を増大させるのではなく、主に表面グリカン間の低い分子間相互作用が凝集(および結晶化)の傾向を減少させるためであると思われる。 .プロテイン たんぱく質 含有 量 多い テンプレート 設定やや意外なことに、脱グリコシル化タンパク質は、それらの糖タンパク質よりも(重量による)水とのより強い相互作用および(分子による)より広範な水結合を有するように思われる。おそらく、いくつかの炭水化物ヒドロキシル基が、いくつかのポリペプチド表面水相互作用を置き換えるからである。. [トップに戻る]タンパク質の結晶化タンパク質は、水溶液からゆっくり沈殿させると結晶を形成することがあります。. 非常に多数の小さい結晶ではなく少数の大きい結晶を製造するためには、遅い沈殿が必要とされる。. 構造解析のための未変性タンパク質の結晶は、結晶格子内に保持された水分子で最もよく形成されます。. 天然タンパク質の結晶化は、核形成を含む三段階機構を有するように思われる。そこでは、高密度液体のメソスコピック準安定タンパク質クラスターは、秩序ある結晶核の前駆体として機能し、続いて結晶成長する。 . このプロセスは水性二相分離を含むように思われ、そして結晶化が濃厚相内で行われる液体水における二状態構造化とうまく適合する。. タンパク質変性からの大腸菌増殖速度およびタンパク質変性は、活性の喪失を伴うタンパク質構造の変化(一般的には折りたたみ)を含む。. 熱変性および生物学的活性の喪失は、タンパク質周囲の2-Dスパニング水ネットワーク(上記参照)の崩壊(温度に伴う水素結合の増大した破壊による)に関連しており、さもなければタンパク質振動動態に制限的に作用する。 . タンパク質が変性すると、それらの構造は最初はよりゆるくなり、タンパク質の折りたたみを逆転させることから予想されるように、水にさらされる表面が最大50%増加するので、より多くの水を取り込むことができます。. 折り畳みまたは展開における自由エネルギー変化は、タンパク質の折り畳み/展開および水和変化の両方の複合効果による. これらは、典型的なタンパク質の安定性の自由エネルギーがたった40〜90 kJ mol -1(非常に少ない水素結合に相当する)であるほど大幅に補償するのに対して、エンタルピー変化(および温度×エントロピー変化)はより大きくなり得る。 500 kJ mol-1より異なる. この自由エネルギーへのエンタルピー的寄与とエントロピー的寄与の両方があり、それは温度と共に変化し、そしてそれ故に熱変性そして場合によっては冷変性を引き起こす。.高温でのタンパク質アンフォールディング(熱変性)は容易に理解されるが、低温でのタンパク質アンフォールディングの広範な存在は、特にそれが予想外にエントロピーの減少を伴うので、驚くべきことである。. プロテイン たんぱく質 含有 量 多い テンプレート フリー冷変性は、水の異常密度挙動および小さいサイズのH 2 O分子のために水溶液中でのみ起こる。 . 自由エネルギー、エンタルピー、および極性および非極性アミノ酸の暴露によるエントロピーの温度による変化 - 自由エネルギーは、ネイティブ(N)状態から変性(D)状態に変わるとき、次の式で与えられます。エネルギー変化()は、内部極性基と非極性基の曝露およびそれらと水との相互作用の影響とそれに伴う水 - 水相互作用の結果としての変化に依存する . 変性は負の場合にのみ認められる。そのレートは従属状況であり、速いか計り知れないほど遅いかもしれません. 熱変性に関しては、そして一般的に両方とも正であるが、冷変性に関しては、それらは両方とも負である。. 中温性微生物由来のタンパク質と比較した、好熱性微生物由来の球状タンパク質の余分な熱安定性は、タンパク質構造が変性に関連する立体配座エントロピー増加を減少させるようなものであることによる可能性が高い。 . Protein DataBankの酵母のフラタキシン(鉄 - 硫黄クラスターの集合に関与するタンパク質)は、それぞれ272Kと323Kで低温と高温の両方の変性状態で観察されています。 . 54kJ mol -1 K -1エントロピー損失、タンパク質 - 水界面は-2900kJ mol -1のエネルギーを得るが、347水分子mol -1のタンパク質正味の回転エネルギーを失い、タンパク質は+ 919kJ mol -1を失うが8つの主要マイクロステートのエントロピーを得る. 67 kJ mol -1 K -1エントロピー利得、タンパク質 - 水界面は+ 137 kJ mol -1のエネルギーを失うが、233水分子mol -1のタンパク質正味の回転エネルギーを失い、タンパク質は+ 481 kJ mol -1を失う。しかし、15の主なマイクロステートのエントロピーを得ます . これらの結果は、タンパク質はバルク水に関して水素結合を失うことはないが、より大きな露出表面のためにそれらの回転エントロピーをほとんど失うことを示唆している。. 熱容量と変性の温度依存性熱と冷変性の両方の中点温度は、中間構造が追加の熱を吸収している熱容量の温度依存性のピークから決定することができます。. タンパク質の温度範囲は融解温度(Tm)に対して比較的狭く(15℃)、ここで、フォールディングのギブス自由エネルギー、Gu = 0である、フォールディング転移の中間点として定義される。. 展開はアミノ酸残基間の水素結合のエンタルピーとアミノ酸残基の水和の間の競合による. タンパク質安定性に対するコスモトロピックおよびカオトロピック溶質の影響の程度は水分活性に依存することがわかっています(aw). 5(60℃)は、コスモトロピックトレハロース含有量の増加(および結果としてのawの減少)とともに増加するが、カオトロピック分子尿素では、融点は尿素含有量の増加とともに(および結果としてのawの減少)減少する。 . タンパク質内部から水中への極性基の移動エンタルピーは、低温では正であり、高温では負である .プロテイン たんぱく質 含有 量 多い テンプレート ワードこれは、極性基が独自の規則正しい水を作り出すためで、分子相互作用の増加により負のエンタルピー変化が生じます。. これに対してバランスが取れているのは、既存の水分構造とタンパク質内の極性相互作用の両方が破壊されなければならないため、正のエンタルピー変化です。. 水は自然に低温でより多くの構造を持っているので、水の構造の崩壊は低温での全体的なエンタルピーにより大きな正の貢献をする. 対照的に、タンパク質内部から水中への非極性基の移動のエンタルピーは、約25℃より下では負であり、それより上では正である。 . より低い温度では、非極性基は、他で議論されているクラスレート関連のES構造のような既存の秩序を高めてエンタルピーを生成するが、既存の秩序もまた失われるので、この効果は温度の上昇と共に失われる。. この方法を説明するための同等であるが代替的な方法は、より低い温度ではクラスレート型構造がその複数のファンデルワールス分子相互作用を最適化するのに対して、より高い温度ではそのような好ましい構造化はもはや利用できないことである。. 周囲温度では、非極性基と極性基の両方の水和エントロピーは負であり、両方が水性環境中で秩序を作り出すことを示している. しかしながら、これらのエントロピーはそれらが温度の上昇と共にどのように変化するかに関して異なる。. 非極性基の水和のエントロピーは、温度の上昇と共にゼロまで増加し、それらはより高い温度では水を秩序化することができず、そして実際に、水素結合ネットワークの範囲を妨害することによってその乱れに寄与し得る。水のより容易な分子回転を可能にする. また、タンパク質が折り畳まれていない場合、非極性基のより大きな自由度からエントロピーの増加があります。. 対照的に、極性基の水和のエントロピーは減少し、それらはより高い温度で存在するより無秩序な水からでさえも規則正しい水和殻を作り出すことができるので、温度が上昇するにつれてより負になる。. その結果、温度が上昇するにつれて、水は単なる水と比較して親水性基の周りにより規則的になり、そしてこの親水性水和は負の熱容量を有する。 . 全体として、タンパク質の安定性はこれらのエンタルピー変化とエントロピー変化のバランスに依存します. 球状タンパク質の場合、アンフォールディングのGは最大10〜30℃であり、冷変性と熱変性の両方の熱力学的影響を伴い、より低温と高温の両方をゼロまで低下させる。. 内部非極性基の水和は、それらの水和エネルギーが冷たいときに最大であるので、主に冷変性の原因である。.プロテイン たんぱく質 含有 量 多い テンプレート こどもしたがって、溶液中のタンパク質の低温不安定化を引き起こすのは、低温での水の自然な構造化の増加である(すなわち、露出した基の周囲の水分子の構造化による変性のエントロピーコストが減少する)。 . 同等の別の見方は、温度が低い値から上昇するにつれて疎水性相互作用が増加し、非常に低い温度で存在する伸長したポリペプチド鎖が折り畳まれて活性な球状タンパク質を生成し、水分子をバルク環境に放出することである。. 熱変性は、主に非極性残基のエントロピー効果の増加によるものです(つまり、展開した鎖のエントロピー増加量は、溶質に起因する少量のエントロピー損失によってあまり減少しません)。. 両方の過程がしばしば協同的に起こる不可逆的変化をもたらすことが報告されているが、過冷却水中での低温不活性化は通常可逆的である可能性が高く、観察された不可逆的効果をもたらすのは氷晶形成である。. 興味深いことに、好熱性微生物由来のタンパク質は、中温性生物由来の同等のタンパク質と比較して、より多量の非極性残基およびより少量の極性残基を有する傾向がある。 . これは、安定性のための戦略の一環として、結晶および溶液中の好熱性酵素周辺の結合水の減少に関連しています(その他の要因は、塩橋および主鎖水素結合の増加です)。 . しかしながら、そのような好熱性酵素は内部に埋め込まれた構造水分子によって安定化され得る。 . タンパク質安定性の楕円、から。熱力学のためのマウスオーバータンパク質の安定性は、低密度型と高密度型の間の水の平衡構造化に直接結びついています[210、416、1481]。. 反対側は、熱、冷、および圧力変性を示すタンパク質の圧力 - 温度(P / T)相図を表しています . シミュレーションを使用して、タンパク質の表面における水性密度変動がタンパク質安定性のためにこれらの楕円形状を生じさせるのを助けることが実証されている。 . それらは、中温性タンパク質よりわずかに大きい親水性表面および氷結合性タンパク質よりはるかに大きい親水性表面を有する。. 好熱性タンパク質構造と中温性タンパク質構造との間のこれらの違いは、親水性表面が広すぎると、水とのバランスの悪い相互作用のために、温度と圧力の両方で安定性範囲が狭くなるため、わずかである。 . 図(右上、熱力学についてはマウスオーバー)も、デンプンや無極性溶質の凝集など、他のポリマーの溶解度を表しています。 . 変性は、非極性ガスの異常な溶解度挙動の処理において与えられるもののように、折り畳まれていない形態の増加した溶解度として効果的に処理され得る。. したがって、タンパク質凝集体およびアミロイドフィブリル(プリオンおよびアルツハイマー病に見られるようなもの)は、冷却時または高圧下で溶解する可能性がある。 . 変性に対するpHの影響(例えば、低いpHはより容易な熱変性を引き起こす)は、極端なpHが非イオン性コスモトロープの存在によって部分的に逆転され得る高密度クラスタリングの増加を引き起こすことを認識することによって理解され得る。 .プロテイン たんぱく質 含有 量 多い テンプレート ノート関係するタンパク質によって変化するが、典型的には陰性からの変性()を伴う体積の変化がある(i)。. すなわち、水とタンパク質の総量は、低温では変性時の方が小さいが、高温ではわずかに正となる。. これは、放出された非極性残留物が低温で密度の低い水(例えばES)を生成するが、高温でこれを行うことができないためです。. 一方、放出された極性基は、低密度水の破壊により、破壊可能性の低い低密度水が存在しない高温よりも、低温で密度が大幅に増加する。. わずかな圧力上昇は水素結合長の減少によりタンパク質のサイズを減少させるかもしれないが、低温および熱変性の両方に対してタンパク質を安定化させる. 低温では、わずかな圧力上昇は、水性構造化の減少のために、非極性基水和のエンタルピー寄与のサイズを減少させる。. 高温では、これらの非極性基を水和するためのエンタルピーコストは、わずかな圧力増加の下では増加します。そしてこれは混雑した環境で見られるタンパク質の熱安定性の増加を助けるかもしれません . キャビティ充填による高圧での負の体積変化は、温度範囲にわたって変性に有利になるようにエンタルピー変化をシフトさせるのを助けるが、上の図と一致して、低温で特に注目されてきた(さらなる考察については参照)。. 高圧下でのタンパク質の不安定化(上記のように水の浸入による)にもかかわらず、個々のヘリックスは、それらの変性構造と比較してそれらのより小さな総体積(水+ヘリックス)のために安定化され得る。 . 高圧は、エネルギー状態の大きさに大きな影響を与えずに構造を圧縮するので、システムの自由エネルギーランドスケープの粗さを大きく増加させます(上記参照)。 . それは、規則的なヘリックスまたはシートを形成することはできないが、主に疎水性相互作用によって誘発される拡張構造を形成する、高プロリン高グリシン疎水性鎖(例えば、典型的なセクションPGVGV)からなる。水に水素結合したペプチド結合 . 加温すると、その疎水性基の周りに低密度クラスレート構造を維持するのが困難になるため、構造は構造的崩壊を受ける。. [トップに戻る]プリオンズプリオンズという言葉。 (Pree-Onsと発音)はタンパク質性感染粒子の略語で、動物の狂牛病やスクレイピーなどの感染症に関連した小さな突然変異タンパク質分子で、ヒトのクル病やクロイツフェルト - ヤコブ病などが発見されています。. プリオンという用語自体は、1982年にスタンレーBによって最初に造られました。. Prusiner cアメリカ人の科学者で、20年の間、ある種のタンパク質が様々な異常な脳疾患の原因となっている可能性があることを同僚に納得させるために苦労しました。.プロテイン たんぱく質 含有 量 多い テンプレート しおりプリオンタンパク質は、その名前のタンパク質分子に述べられている通りであり、それ自体は核酸の遺伝情報を持たない。. その代わりに、タンパク質はアミノ酸で構成されており、欠陥のためにプリオンタンパク質はその後機能不全な様式で原線維に折り畳まれるように方向付けられ、その後凝集する。. この異常な折り畳みは、正常な主にらせん状のPrPcタンパク質が実質的なシート構造を有する異常なPrPscタンパク質を形成するようにリフォールディングするときに起こる(右下参照)。. プリオンの構造変化活性化されたときの各タンパク質は特定の方法で折り畳まれます。プリオンタンパク質に違いはありません. 異常なPrPscタンパク質が折り畳まれると、異常な方法で折り畳まれて神経細胞に悪影響を及ぼす. その後、PrPscタンパク質は他の健康なPrPcタンパク質に結合し、健康なプリオンタンパク質の正常な立体配座を疾患を引き起こす非常に安定なタンパク質のものに変えるテンプレートを構築する . この継続的なサイクルは、神経細胞が死滅し、感染性プリオンタンパク質を周囲の脳細胞に分散させるまで発生します。. プリオンフィブリル形成は、溶液中の水三量体の増加および(通常のCu結合とは対照的に)Mn結合タンパク質の疎水性によるものと説明されている。. 親水性アミド側鎖から放出される速度が遅いため、水分放出は初期フィブリル形成速度に重要な影響を及ぼす。 . シミュレーションが原線維集合が単量体から原線維への移行を促進する集合的な水の運動を含むことを示唆するアルツハイマー病の病理学には類似の繊維状 - アミロイド凝集体が極めて重要である. これらは最初に、この水が除去される前に約3nmの距離にわたって原線維断片を効率的に結合する水プールを含み、乾燥結合界面の形成を導く。 . 逃げる水分子のエントロピーの増加は、新しい乾いた表面でのエントロピーの増加を補正します。. 脚注a正しい折りたたみは、分子シャペロン(シャペロニン)によっても助けられます。シャペロンは、誤って折りたたまれたタンパク質を囲む水の密度と水和を増加させ、正しい折りたたみを促進し、溶媒を排除します。限られた量の水分子がシャペロンの空洞に入り、タンパク質内部の脱水を引き起こす . b 1969年、Cyrus Levinthalは、N個のアミノ酸を持つタンパク質は102Nの自由度を持つべきであると述べた講演を行いました。.プロテイン たんぱく質 含有 量 多い テンプレート 計算宇宙では、これらの組み合わせのそれぞれを試すのに十分な時間はありませんが、それでもタンパク質は1秒以内に折り畳まれます. Prusiner、新規タンパク質性感染性粒子はスクレイピーを引き起こす、Science、216(1982)136-144.
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