Презентация на тему: Геометрия и “живые” молекулы

Геометрия и “живые” молекулы

“Живые” молекулы ДНК – центральный архив информации; содержит инструкции (1) по производству белков; (2) по тому, когда, каким клеткам и какие белки производить Белки – активные действующие лица, “живые” … РНК ….

3D Геометрия – это наука о пространственных отношениях между телами, поверхностями, линиями и точками

Вот как выглядят белки

Еще примеры: РНК-зависимая РНК полимераза полиовируса

А важна ли 3D геометрия молекул?

Пример удачного описания 3D геометрии живого

В чем состоит описание этого 3D объекта Выделяем структурные единицы – части, эти части имеют названия Функции частей нам известны Подвижность частей нам тоже известна Внутреннее строение частей описано наукой (анатомией, физиологией) Важные геометрические параметры объекта и его частей и их вариации у разных объектов данного класса тоже описаны (рост, длина руки, форма зубов и др.)

Как мы все это узнали? Глаза… Длительное наблюдение за объектами Возможность измерять …. Анатомия, физиология, биометрика …. ….

“Живые” молекулы - маленькие ДНК: толщина - 20Å , длина - ? (участок из 10 пар оснований имеет длину около 35 Å) (геном кишечной палочки – около 5 млн пар оснований 4639675 п.о.) (геном человека – более 3 млрд пар оснований) РНК: тРНК имеет диаметр около 70Å Диаметр белка может быть от 10 до многих сотен ангстрем (и даже тысяч)

Если бы мы могли стать очень маленькими и поместились бы в одну живую клетку, то увидели бы …..

Как же нарисовали модели белков? Рентгено-структурный анализ - примерно, одномоментная фотография одной молекулы (или одновременно нескольких связанных друг с другом молекул), образующих кристаллическую структуру. Не видим: движения белков, подвижность отдельных частей(*), поведения при встрече с другими молекулами и др. Приходится а) проводить эксперименты; б) интерпретировать результаты и, часто, догадываться о том, что происходит

Геометрическое описание РНК-зависимой РНК полимеразы полиовируса, наверное, должно выглядеть так:

Про жирафа и объем наших знаний о жизни белков

ДНК – архив информации Значит, должны быть Писатели (???!!!) Читатели, которые используют информацию Архивариусы, которые следят за тем, чтобы нужную информацию получали нужные читатели, заботились об архиве Копировщики архива (клетки размножаются)

Два способа чтения ДНК белками

В ДНК закодирована информация AAATTGCGCTTTCCAGGG … или вроде того И как же ее переписать, разглядывая (нам, людям) или “щупая” (ДНК-зависимой РНК-полимеразе)? AGCTGAATTCAGCTGAAC

Этим и займемся – для участка ДНК

Сахаро-фосфатный остов ДНК (выделен)

В каком направлении читать ДНК?

Глазами легко увидеть различные пары оснований

ДНК-зависимая РНК-полимераза только переписывает буквы расплетает две цепи ДНК изгибает одну цепь так, как ей удобно работает с каждым основанием по отдельности располагает это основание в стандартном положении коды атомов основания – донор протона или акцептор протона позволяют ей правильно подобрать комплементарное основание

Схема работы ДНК-зависимой РНК полимеразы

Вот как выглядят коды оснований в расплетенной цепи ДНК

Коды оснований, используемые при переписывании (транскрипции)

Регуляторным белкам приходится читать ДНК, не расплетая цепей История про белок TetR

Вот он, белок TetR, собственной персоной

Чтобы выполнить свою миссию, молекула TetR должна отыскать на ДНК участок с последовательностью

Давайте читать ДНК, на расплетая цепей!

“Химический код” в большой бороздке ДНК

Разглядывая большую бороздку, человек может узнать последовательность ДНК, не расплетая двойной спирали.

Поверхность дна большой бороздки ДНК хорошо приближается поверхностью, называемой “Геликоид”.

Большая бороздка ДНК, приближенная геликоидом

Ось ДНК проходит по дну большой бороздки и совпадает с осью геликоида

Давайте изобретать белок для распознавания ДНК! Белок глобулярный, т.е. сохраняет свою форму, очень условно, эллипсоидальную В нем нет длинных гибких “щупалец” Значит, надо изобрести структурную единицу белка, помещающуюся в большую бороздку Такой структурной единицей может быть альфа-спираль

Вот как это делает тетрациклиновый репрессор

Некоторые выводы Одна молекула белка взаимодействует с коротким участком ДНК - 4-5 пар оснований В большой бороздке ДНК белок ищет шифр в области поверхности большой бороздки; для него ДНК не разделена на пары оснований Форма поверхности большой бороздки важна для узнавания своего участка ДНК

Регуляторным белкам надо узнавать участки ДНК из ок. 10 пар оснований, как минимум… Димеризация белка – это способ удлинить узнаваемый участок Какое свойство последовательности регуляторного участка ДНК (участка, который узнает регуляторный белок) следует ожидать из-за того, что этот белок димеризуется?

Димер тетрациклинового репрессора на ДНК

Вот последовательность, узнаваемая тетрациклиновым репрессором

Тетрациклиновый репрессор умеет узнавать участок ДНК со свой любимой последовательностью Тетрациклиновый репрессор умеет узнавать участок ДНК со свой любимой последовательностью Люди (даже ученые ) не научились как следует решать эту задачу!!! Задача. Дан регуляторный белок; знаем все о его строении. Найти участок ДНК, с которым этот белок свяжется – т.е. указать последовательность ДНК этого участка

Значит, мы знаем не все, что использует белок для узнавания Роль растворителя – воды, ионов Геометрия участка ДНК может зависеть от последовательности оснований Изгибаемость двойной спирали ДНК может зависеть от последовательности оснований …..

Почему же тетрациклиновый репрессор, связавшись с тетрациклином, перестает связываться с ДНК?

Вернемся к порину и зеленому флюоресцентному белку:

Капсид вируса - сателлита вируса табачной мозаики – сложен из 60 одинаковых молекул белка.

Вот адрес базы данных PDB, в которой хранятся 3D структуры белков, ДНК, РНК:

Вот откуда можно скачать программу Rasmol, позволяющую смотреть на 3D структуры в формате PDB

Вот PDB коды 3D структур, использованных в презентации Нуклеосома 1aoi Зеленый флюоресцентный белок 1hcj Порин 1osm Тетрациклиновый репрессор в комплексе с тетрациклином 2trt (скачивать Biological unit) Тетрациклиновый репрессор в комплексе с ДНК 1qpi (скачивать Biological unit) РНК-зависимая РНК-полимераза 1ra6

Оболочка вируса, вызывающего “мозаику” огурцов

Вирус ящура