Konformationsændring

I biokemi er en konformationsændring en ændring i formen af et makromolekyle , ofte forårsaget af miljøfaktorer.

Et makromolekyle er normalt fleksibelt og dynamisk. Dens form kan ændre sig som reaktion på ændringer i miljøet eller andre faktorer; hver mulig form kaldes en konformation, og overgangen mellem dem kaldes en konformationel ændring . Faktorer, der kan forårsage sådanne ændringer, omfatter temperatur , pH , spænding , lys i kromoforer , ionkoncentration , phosphorylering eller ligandbinding . Overgange mellem disse tilstande sker på forskellige længdeskalaer (fra tiendedele af Å til nm) og i tid (fra ns til s) og er forbundet med funktionelt signifikante fænomener såsom allosterisk signalering [1] og enzymatisk katalyse [2] .

Laboratorieanalyse

Mange biofysiske teknikker, såsom krystallografi , NMR , elektron paramagnetisk resonans (EPR) ved brug af spin-mærketeknikker , cirkulær dikroisme (CD) , hydrogenudveksling og FRET , kan bruges til at studere konformationelle ændringer i makromolekyler. Dobbeltpolarisationsinterferometri er en laboratorieteknik, der er i stand til at give information om konformationelle ændringer i biomolekyler [3] .

For nylig er en særlig ikke-lineær optisk metode kaldet second harmonic generation (SHG) [4] blevet anvendt til at studere konformationelle ændringer i proteiner . I denne metode anbringes en anden harmonisk aktiv probe på et sted, der undergår bevægelse i proteinet ved mutagenese eller ikke-specifik vedhæftning, og proteinet adsorberes eller immobiliseres specifikt på overfladen. En ændring i proteinkonformation fører til en ændring i farvestoffets nettoorientering i forhold til overfladeplanet og følgelig til en ændring i intensiteten af den anden harmoniske stråle. I en proteinprøve med en veldefineret orientering kan probens hældningsvinkel kvantificeres i virkeligt rum og i realtid. Ikke-naturlige aminosyrer med anden harmonisk aktivitet kan også anvendes som prober.

En anden metode bruger elektroomskiftelige biooverflader , hvor proteiner placeres oven på korte DNA-molekyler, som derefter trækkes gennem en bufferopløsning ved hjælp af et vekslende elektrisk potentiale. Ved at måle deres hastighed, som i sidste ende afhænger af deres hydrodynamiske friktion, kan konformationelle ændringer visualiseres.

"Nanoantenner" lavet af DNA - en ny type optisk antenne i nanoskala - kan knyttes til proteiner og generere et signal via fluorescens om deres distinkte konformationelle ændringer [5] [6] .

Beregningsanalyse

Røntgenkrystallografi kan give information om konformationelle ændringer på atomniveau, men omkostningerne og kompleksiteten af sådanne eksperimenter gør beregningsmetoder til et attraktivt alternativ [7] . Normal tilstandsanalyse med elastiske netværksmodeller såsom den Gaussiske netværksmodel kan bruges til at undersøge molekylære dynamikbaner såvel som kendte strukturer [8] [9] . ProDy er et populært værktøj til en sådan analyse [10] .

Eksempler

Konformationelle ændringer er vigtige for følgende processer:

ABC-transportører [11]
katalyse [12]
cellulær bevægelse og motoriske proteiner [13]
dannelse af proteinkomplekser [14]
ionkanaler [15]
mekanoreceptorer og mekanotransduktion [16]
regulatorisk aktivitet [17]
transport af metabolitter over cellemembraner [18] [19]

Se også

Protein Conformational Diversity Database
Proteindynamik
Makromolekylær bevægelsesdatabase (molmovdb)

Noter