Lista ważnych biofizycznie makromolekularnych struktur krystalicznych - List of biophysically important macromolecular crystal structures
Struktury krystaliczne białek i cząsteczek kwasu nukleinowego oraz ich kompleksów mają kluczowe znaczenie dla praktyki większości dziedzin biofizyki i ukształtowały wiele z tego, co rozumiemy naukowo na poziomie szczegółów atomowych w biologii. Ich znaczenie podkreśla Organizacja Narodów Zjednoczonych, która ogłosiła rok 2014 Międzynarodowym Rokiem Krystalografii , setną rocznicą przyznania w 1914 roku nagrody Nobla Maxa von Laue za odkrycie dyfrakcji promieni rentgenowskich na kryształach. Ta chronologiczna lista biofizycznie ważnych struktur białek i kwasów nukleinowych jest luźno oparta na przeglądzie w Biophysical Journal . Lista zawiera wszystkie pierwsze tuziny odrębnych struktur, te, które otworzyły nowe możliwości w temacie lub metodzie, oraz te, które stały się modelowymi systemami do pracy w przyszłych biofizycznych obszarach badań.
Mioglobina
1960 - Mioglobina była pierwszą strukturą krystaliczną cząsteczki białka o wysokiej rozdzielczości. Mioglobina zawiera grupę hemu zawierającą żelazo, która w sposób odwracalny wiąże tlen do zasilania włókien mięśniowych , a te pierwsze kryształy były mioglobiną z kaszalotów , których mięśnie potrzebują obfitego magazynowania tlenu do głębokich nurkowań. Trójwymiarowa struktura mioglobiny składa się z 8 alfa-helis , a struktura krystaliczna wykazała, że ich konformacja była prawoskrętna i bardzo ściśle pasowała do geometrii zaproponowanej przez Linusa Paulinga , z 3,6 reszt na obrót i szkieletowymi wiązaniami wodorowymi z peptydu NH jednej reszty do peptydu CO reszty i+4. Mioglobina jest układem modelowym dla wielu rodzajów badań biofizycznych, zwłaszcza obejmujących proces wiązania małych ligandów, takich jak tlen i tlenek węgla .
Hemoglobina
1960 - Struktura krystaliczna hemoglobiny wykazała tetramer dwóch pokrewnych typów łańcucha i została rozwiązana w znacznie niższej rozdzielczości niż monomeryczna mioglobina, ale wyraźnie miała tę samą podstawową architekturę 8-helis (obecnie nazywaną „fałdą globiny”). Dalsze struktury krystaliczne hemoglobiny w wyższej rozdzielczości [PDB 1MHB, 1DHB) wkrótce wykazały sprzężoną zmianę konformacji zarówno lokalnej, jak i czwartorzędowej między stanami oksy i dezoksy hemoglobiny, co wyjaśnia kooperację wiązania tlenu we krwi i allosteryczny efekt takich czynników jako pH i DPG . Przez dziesięciolecia hemoglobina była podstawowym przykładem nauczania pojęcia allosterii, a także intensywnie skupiała się na badaniach i dyskusjach na temat allosterii. W 1909 kryształy hemoglobiny z >100 gatunków zostały wykorzystane do powiązania taksonomii z właściwościami molekularnymi. Książka ta została zacytowana przez Perutza w raporcie z 1938 r. o kryształach hemoglobiny końskiej, który rozpoczął jego długą sagę dotyczącą rozwiązania struktury kryształu. Kryształy hemoglobiny są pleochroiczne – ciemnoczerwone w dwóch kierunkach i bladoczerwone w trzecim – ze względu na orientację hemów, a jasne pasmo Soreta grup porfirynowych hemu jest wykorzystywane w spektroskopowej analizie wiązania liganda hemoglobiny.
Lizozym z białka jaja kurzego
1965 - Hen-jajko-białe lizozym (WPB plik 1lyz). była pierwszą strukturą krystaliczną enzymu (rozszczepia małe węglowodany na cukry proste), wykorzystywaną do wczesnych badań mechanizmu enzymów. Zawierała arkusz beta (antyrównoległy), a także helisy, a także była pierwszą strukturą makromolekularną, której współrzędne atomowe zostały udoskonalone (w przestrzeni rzeczywistej). Materiał wyjściowy do przygotowania można kupić w sklepie spożywczym, a lizozym z jaja kurzego bardzo łatwo krystalizuje w wielu różnych grupach przestrzennych ; jest to ulubiony przypadek testowy dla nowych eksperymentów krystalograficznych i instrumentów. Ostatnimi przykładami są nanokryształy lizozymu do zbierania danych za pomocą lasera na swobodnych elektronach oraz mikrokryształy do dyfrakcji mikroelektronów.
Rybonukleaza
1967 – Rybonukleaza A (plik PDB 2RSA) to enzym rozszczepiający RNA stabilizowany 4 wiązaniami dwusiarczkowymi. Wykorzystano go w przełomowych badaniach Anfinsena nad fałdowaniem białek, które doprowadziły do koncepcji, że trójwymiarowa struktura białka jest determinowana przez jego sekwencję aminokwasową . Rybonukleaza S , cięta, dwuskładnikowa forma badana przez Freda Richardsa , była również aktywna enzymatycznie, miała prawie identyczną strukturę krystaliczną (plik PDB 1RNS) i okazała się być katalitycznie aktywna nawet w krysztale, co pomaga rozwiać wątpliwości co do znaczenia struktur krystalicznych białek do funkcji biologicznej.
Proteazy serynowe
1967 - Proteazy serynowe są historycznie bardzo ważną grupą struktur enzymatycznych, ponieważ wspólnie oświetlają mechanizm katalityczny (w ich przypadku przez „triadę katalityczną Ser-His-Asp”), podstawę różnych specyficzności substratów i mechanizm aktywacji dzięki któremu kontrolowane cięcie enzymatyczne zakopuje nowy koniec łańcucha, aby odpowiednio zmienić miejsce aktywne. Wczesne struktury krystaliczne obejmowały chymotrypsynę (plik PDB 2CHA), chymotrypsynogen (plik PDB 1CHG), trypsynę (plik PDB 1PTN) i elastazę (plik PDB 1EST). Były również pierwszymi strukturami białkowymi, które wykazywały dwie niemal identyczne domeny, prawdopodobnie spokrewnione przez duplikację genów . Jednym z powodów ich szerokiego zastosowania jako podręczników i przykładów w klasie był system numeracji kodu wstawiania (nienawidzony przez wszystkich programistów komputerowych), który sprawiał, że Ser195 i His57 były spójne i zapadające w pamięć pomimo różnic w sekwencji specyficznej dla białka.
papaina
1968 - Papaina
Karboksypeptydaza
1969 – Karboksypeptydaza A jest metaloproteazą cynku . Jego struktura krystaliczna (plik PDB 1CPA) wykazała pierwszą równoległą strukturę beta: duży, skręcony, centralny arkusz 8 pasm z miejscem aktywnym Zn zlokalizowanym na końcu C środkowych pasm i arkuszem flankowanym po obu stronach alfa helisy. Jest to egzopeptydaza, która odcina peptydy lub białka od końca karboksylowego, a nie wewnątrz sekwencji. Później został rozwiązany mały białkowy inhibitor karboksypeptydazy (plik PDB 4CPA), który mechanicznie zatrzymuje katalizę, prezentując swój C-końcowy koniec wystający spomiędzy pierścienia wiązań dwusiarczkowych o ścisłej strukturze za nim, uniemożliwiając enzymowi zasysanie łańcucha za pierwszą pozostałością.
Subtylizyna
1969 - Subtilisin (PDB plik 1sbt) był drugi typ proteazy serynowej z niemal identyczne miejsca aktywnego do rodziny trypsyny enzymów, lecz o całkowicie różnej całkowitej krotnie. Dało to pierwszy pogląd na ewolucję zbieżną na poziomie atomowym. Później intensywne badania mutacyjne subtylizyny udokumentowały wpływ wszystkich 19 innych aminokwasów w każdej pozycji.
Dehydrogenaza mleczanowa
1970 - dehydrogenaza mleczanowa
Inhibitor trypsyny
1970 - Podstawowy trzustkowy inhibitor trypsyny lub BPTI (plik PDB 2pti), jest małym, bardzo stabilnym białkiem, które jest wysoce wydajnym systemem modelowym do badania super-ścisłego wiązania, tworzenia wiązań dwusiarczkowych (SS), fałdowania białek , stabilności molekularnej przez mutacje aminokwasów lub wymianę wodorowo-deuterową oraz szybką dynamikę lokalną metodą NMR . Biologicznie, BPTI wiąże i hamuje trypsynę podczas przechowywania w trzustce , umożliwiając aktywację trawienia białka dopiero po uwolnieniu trypsyny do żołądka.
Rubredoksyna
1970 - Rubredoxin (plik PDB 2rxn) była pierwszą rozwiązaną strukturą redoks, minimalistycznym białkiem z żelazem związanym przez 4 łańcuchy boczne Cys z 2 pętli na szczycie spinek do włosów β. Uległa ona dyfrakcji do 1,2 Å, umożliwiając pierwsze udokładnienie białka w przestrzeni odwrotnej (4,5rxn). [Uwaga: uważaj na 4rxn, zrób to bez ograniczeń geometrycznych!] Archaealowe rubredoksyny stanowią wiele małych struktur o najwyższej rozdzielczości w PDB.
Insulina
1971 – Insulina (plik PDB 1INS) jest hormonem kluczowym dla metabolizmu cukru i magazynowania tłuszczu, ważnym w chorobach człowieka, takich jak otyłość i cukrzyca . Biofizycznie wyróżnia się wiązaniem Zn, równowagą między stanami monomeru, dimeru i heksameru, zdolnością do tworzenia kryształów in vivo oraz jej syntezą jako dłuższą formą „pro”, która jest następnie rozszczepiana, aby zwinąć się jako aktywna 2- łańcuch, monomer związany z SS. Insulina okazała się sukcesem programu wzrostu kryształów NASA na promie kosmicznym , produkującego masowe preparaty bardzo jednorodnych maleńkich kryształów do kontrolowanego dawkowania.
Nukleaza gronkowcowa
1971 - Nukleaza gronkowcowa
Cytochrom C
1971 - Cytochrom C
Lizozym faga T4
1974 - lizozym faga T4
Immunoglobuliny
1974 - Immunoglobuliny
Dysmutaza ponadtlenkowa
1975 - Dysmutaza ponadtlenkowa Cu,Zn
Przenieś RNA
1976 - Przeniesienie RNA
Izomeraza fosforanu triozy
1976 - Izomeraza fosforanu triozy
Pepsynopodobne proteazy asparaginowe
1976 - Rhizopuspepsyna
1976 - Endotiapepsyna
1976 - Penicylopepsyna
Późniejsze struktury (od 1978)
1978 - Wirus Icosahedral
1981 - Dickerson B- formy DNA, dodekamer
1981 - Krabmin
1985 - Kalmodulina
1985 - polimeraza DNA
1985 - Centrum reakcji fotosyntezy Pary bakteriochlorofilów (zielony) wewnątrz błony wychwytują energię światła słonecznego, a następnie przechodzą wiele kroków, aby stać się dostępnymi w grupach hemowych (czerwony) w module cytochromu-C na górze. Była to pierwsza struktura krystaliczna dla białka błonowego, kamień milowy wyróżniony Nagrodą Nobla Hartmutowi Michelowi, Hansowi Deisenhoferowi i Robertowi Huberowi.
1986 - Interakcje represor/DNA
1987 - Główny kompleks zgodności tkankowej '
1987 - Ubikwityn
1987 - Białko ROP
1989 - proteaza HIV-1
1990 - Bakterodopsyna
1991 - cewka zwojowa GCN4
1991 - odwrotna transkryptaza HIV-1
1993 - Beta spirala z liazę pektynową
1994 - Kolagen
1994 - Kompleks Barnase /barstar
1994 - F1 ATPaza
1995 - Heterotrimeryczne białka G
1996 - Zielone białko fluorescencyjne
1996 - Kinezynowe białko motoryczne
1997 - GroEL /ES opiekun
1997 - Nukleosom
1998 - samosplatający się intron grupy I
1998 - Topoizomerazy DNA wykonują ważną i niezbędną biologicznie pracę polegającą na rozplątywaniu nici DNA lub helis, które splątają się ze sobą lub zbyt mocno skręcają podczas normalnych procesów komórkowych, takich jak transkrypcja informacji genetycznej.
1998 - Tubulin alfa/beta dimer
1998 - Kanał potasowy
1998 - Węzeł wakacyjny
2000 – Rybosomy są centralną częścią biologii i biofizyki, które po raz pierwszy stały się dostępne strukturalnie w 2000 roku.
2000 - ATP-paza AAA+
2002 - powtarza Ankyrin
2004 - Białka zegara okołodobowego cyjanobakterii
2004 - Ryboprzełącznik
2006 - ludzki egzosom
2007 - receptor sprzężony z białkiem G
2009 - Cząstka Krypty jest intrygującym nowym odkryciem dużej pustej cząstki powszechnej w komórkach, z kilkoma różnymi sugestiami dotyczącymi jej możliwej funkcji biologicznej. Struktury krystaliczne (pliki PDB 2zuo, 2zv4, 2zv5 i 4hl8) pokazują, że każda połowa krypty składa się z 39 kopii długiego, 12-domenowego białka, które skręcają się razem, tworząc obudowę. Nieporządek na samym końcu i na dole sugeruje otwory umożliwiające dostęp do wnętrza skarbca.
