In der Biochemie und Strukturbiologie ist sekundäre Struktur die allgemeine dreidimensionale Form von lokalen Segmenten von biopolymers wie Proteine und Nukleinsäuren (DNA/RNS). Es beschreibt jedoch spezifische Atompositionen im dreidimensionalen Raum nicht, die, wie man betrachtet, tertiäre Struktur sind.

Sekundäre Struktur kann durch die Wasserstoffobligationen des biopolymer, wie beobachtet, in einer Atomentschlossenheitsstruktur formell definiert werden. In Proteinen wird die sekundäre Struktur durch die Muster von Wasserstoffobligationen zwischen Rückgrat amide und carboxyl Gruppen definiert. In Nukleinsäuren wird die sekundäre Struktur durch das Wasserstoffabbinden zwischen den stickstoffhaltigen Basen definiert. Die Wasserstoffabbinden-Muster können bedeutsam verdreht werden, der einen automatischen Entschluss von der sekundären Struktur schwierig macht.

Die sekundäre Struktur kann auch gestützt auf dem regelmäßigen Muster von Rückgrat-Dieder-Winkeln in einem besonderen Gebiet des Anschlags von Ramachandran definiert werden; so kann ein Segment von Rückständen mit solchen zweiflächigen Winkeln eine Spirale, unabhängig davon genannt werden, ob es die richtigen Wasserstoffobligationen hat. Die sekundäre Struktur kann auch durch crystallographers in der entsprechenden PDB Datei zur Verfügung gestellt werden.

Der raue Inhalt der sekundären Struktur eines biopolymer (z.B, "ist dieses Protein 40 % α-helix und 20 % β-sheet.")

kann häufig spektroskopisch geschätzt werden. Für Proteine ist eine übliche Methodik weit-ultravioletter

(weit-UV, 170-250 nm) Circulardichroismus. Ein ausgesprochenes doppeltes Minimum an 208 und 222 nm zeigt α-helical an

Struktur, wohingegen ein einzelnes Minimum an 204 nm oder 217 nm zufällige Rolle oder β-sheet Struktur beziehungsweise widerspiegelt.

Weniger übliche Methodik ist Infrarotspektroskopie, die Unterschiede im Band entdeckt

Schwingungen von amide Gruppen wegen des Wasserstoffabbindens. Schließlich kann Inhalt der sekundären Struktur sein

geschätzt genau das Verwenden der chemischen Verschiebungen eines unbestimmten NMR Spektrums.

Sekundäre Struktur wurde von Kaj Ulrik Linderstrøm-Lang an Stanford 1952 eingeführt.

Protein

Die sekundäre Struktur in Proteinen besteht aus lokalen Zwischenrückstand-Wechselwirkungen, die durch Wasserstoffobligationen vermittelt sind, oder nicht. Die allgemeinsten sekundären Strukturen sind Alpha helices und Beta-Platten. Andere helices, wie die 3 Spirale und π Spirale, werden berechnet, um energisch günstige wasserstoffverpfändende Muster zu haben, aber sind selten wenn jemals beobachtet, in natürlichen Proteinen außer an den Enden von α helices wegen des ungünstigen Rückgrats, das sich im Zentrum der Spirale verpacken lässt. Andere verlängerte Strukturen wie die polyproline Spirale und Alpha-Platte sind in heimischen Zustandproteinen selten, aber werden häufig als wichtige Protein-Falte-Zwischenglieder Hypothese aufgestellt. Dichte Umdrehungen und lose, flexible Schleifen verbinden die "regelmäßigeren" sekundären Struktur-Elemente. Die zufällige Rolle ist nicht eine wahre sekundäre Struktur, aber ist die Klasse von conformations, die eine Abwesenheit der regelmäßigen sekundären Struktur anzeigen.

Aminosäuren ändern sich in ihrer Fähigkeit, die verschiedenen sekundären Struktur-Elemente zu bilden. Pro-Linie und glycine sind manchmal als "Spirale-Brecher" bekannt, weil sie die Regelmäßigkeit der α spiralenförmigen Rückgrat-Angleichung stören; jedoch haben beide ungewöhnliche conformational geistige Anlagen und werden abwechselnd allgemein gefunden. Aminosäuren, die es vorziehen, spiralenförmigen conformations in Proteinen anzunehmen, schließen methionine, alanine, leucine, glutamate und lysine ("MALEK" in Aminosäure 1-stellige Codes) ein; im Vergleich haben sich die großen aromatischen Rückstände (tryptophan, tyrosine und phenylalanine) und - verzweigt Aminosäuren (isoleucine, valine, und threonine) ziehen es vor, β-strand conformations anzunehmen. Jedoch sind diese Einstellungen nicht stark genug, um eine zuverlässige Methode zu erzeugen, sekundäre Struktur von der Folge allein vorauszusagen.

Es gibt mehrere Methoden, um Protein sekundäre Struktur zu definieren (z.B., DEFINIEREN SIE DSSP, SCHRITT (Protein)).

Der DSSP-Code

Das Wörterbuch des Proteins Sekundäre Struktur, in kurzem DSSP, wird allgemein verwendet, um das Protein sekundäre Struktur mit einzelnen Brief-Codes zu beschreiben. Die sekundäre Struktur wird gestützt auf Wasserstoffabbinden-Mustern als diejenigen zugeteilt, die am Anfang durch Pauling. 1951 vorgeschlagen sind (bevor jede Protein-Struktur jemals experimentell bestimmt worden war). Es gibt acht Typen der sekundären Struktur, die DSSP definiert:

• G = 3-Umdrehungen-Spirale (3 Spirale). Minute-Länge 3 Rückstände.
• H = 4-Umdrehungen-Spirale (α Spirale). Minute-Länge 4 Rückstände.
• I = 5-Umdrehungen-Spirale (π Spirale). Minute-Länge 5 Rückstände.
• T = Wasserstoff hat Umdrehung (3, 4 oder 5 Umdrehung) verpfändet
• E = verlängertes Ufer in der Parallele und/oder Antiparallele β-sheet Angleichung. Minute-Länge 2 Rückstände.
• B = Rückstand in isoliertem β-bridge (einzelnes Paar β-sheet Wasserstoffband-Bildung)
• S = Kurve (das einzige "hat nicht Wasserstoffband" Anweisung gestützt).

Aminosäure-Rückstände, die nicht in einigen des obengenannten conformations sind, werden als der achte Typ 'Coil' zugeteilt: häufig kodifiziert als ''(Raum), C (Rolle) oder '-' (Spur). Die helices (G, H und I) und Platte conformations sind alle erforderlich, eine angemessene Länge zu haben. Das bedeutet, dass 2 angrenzende Rückstände in der primären Struktur dasselbe Wasserstoffabbinden-Muster bilden müssen. Wenn die Spirale oder der Platte-Wasserstoff das Abbinden des Musters ist zu kurz, sie als T oder B beziehungsweise benannt werden. Sekundäre Struktur-Anweisungskategorien anderen Proteins bestehen (scharfe Kurven, Omega-Schleifen usw.), aber sie werden weniger oft verwendet.

DSSP H-Band-Definition

Sekundäre Struktur wird durch das Wasserstoffabbinden definiert, so ist die genaue Definition eines Wasserstoffbandes kritisch. Die StandardH-Band-Definition für die sekundäre Struktur ist die von DSSP, die ein rein elektrostatisches Modell ist. Es teilt Anklagen dem carbonyl Kohlenstoff und dem Sauerstoff, beziehungsweise, und den Anklagen zum amide Stickstoff und Wasserstoff beziehungsweise zu. Die elektrostatische Energie ist

:

E = q_ {1} q_ {2}

\left [\frac {1} {r_ {AUF}} + \frac {1} {r_ {CH}} - \frac {1} {r_ {OH}} - \frac {1} {r_ {CN}} \right] \cdot 332 \\mathrm {kcal/mol}.

</Mathematik>

Gemäß DSSP besteht ein H-Band, wenn, und nur wenn weniger als-0.5 kcal/mol ist. Obwohl die DSSP Formel eine relativ grobe Annäherung der physischen H-Band-Energie ist, wird sie allgemein als ein Werkzeug akzeptiert, um sekundäre Struktur zu definieren.

Protein-Vorhersage der sekundären Struktur

Das Voraussagen des Proteins die tertiäre Struktur von nur seiner Aminosäure-Folge ist ein sehr schwieriges Problem (sieh Protein-Struktur-Vorhersage), aber das Verwenden der einfacheren sekundären Struktur-Definitionen ist lenksamer und ist der Fokus für die Forschung seit langem gewesen.

Obwohl der 8-Staaten-DSSP-Code bereits eine Vereinfachung von der dauernden Schwankung von Wasserstoff ist, Muster-Gegenwart in einem Protein verpfändend, vereinfacht die Mehrheit von sekundären Vorhersagemethoden weiter zu den drei dominierenden Staaten: Spirale, Platte und Rolle. Wie die Konvertierung von 8-bis 3-Staaten-gemacht wird, ändert sich zwischen Methoden. Frühe Methoden der Vorhersage der sekundären Struktur haben auf der Spirale - oder Platte bildende Neigungen von individuellen Aminosäuren basiert, die manchmal mit Regeln verbunden sind, für die freie Energie zu schätzen, sekundäre Struktur-Elemente zu bilden. Solche Methoden waren um normalerweise im Voraussagen ~60 % genau, das der drei Staaten (Spirale/Platte/Rolle) ein Rückstand annimmt. Eine bedeutende Zunahme in der Genauigkeit (zu fast ~80 %) wurde durch die Ausnutzung vielfacher Folge-Anordnung gemacht; das Wissen des vollen Vertriebs von Aminosäuren, die an einer Position (und in seiner Umgebung, normalerweise ~7 Rückstände auf beiden Seiten) während der Evolution vorkommen, stellt ein viel besseres Bild der Strukturtendenzen in der Nähe von dieser Position zur Verfügung. Für die Illustration könnte ein gegebenes Protein einen glycine an einer gegebenen Position haben, die allein eine zufällige Rolle dort andeuten könnte. Jedoch könnte vielfache Folge-Anordnung offenbaren, dass Spirale bevorzugende Aminosäuren an dieser Position (und nahe gelegenen Positionen) in 95 % von homologen Proteinen vorkommen, die fast eine Milliarde Jahre der Evolution abmessen. Außerdem, durch das Überprüfen des Durchschnitts hydrophobicity daran und nahe gelegenen Positionen, könnte dieselbe Anordnung auch ein Muster der mit einem α-helix im Einklang stehenden Rückstand-Lösungsmittel-Zugänglichkeit andeuten. Genommen zusammen würden diese Faktoren darauf hinweisen, dass der glycine des ursprünglichen Proteins α-helical Struktur, aber nicht zufällige Rolle annimmt. Mehrere Typen von Methoden werden verwendet, um alle verfügbaren Daten zu verbinden, um eine 3-Staaten-Vorhersage, einschließlich Nervennetze, verborgener Modelle von Markov und Unterstützungsvektor-Maschinen zu bilden. Moderne Vorhersagemethoden stellen auch eine Vertrauenskerbe für ihre Vorhersagen an jeder Position zur Verfügung.

Vorhersagemethoden der sekundären Struktur werden unaufhörlich z.B im EVA-Experiment bewertet. Gestützt auf ~270 Wochen der Prüfung sind die genauesten Methoden zurzeit PSIPRED, SAM, GEPÄCKTRÄGER, PROF und ZOBEL. Interessanterweise scheint es nicht, möglich zu sein, diese Methoden durch die Einnahme einer Einigkeit von ihnen zu übertreffen. Das Hauptgebiet für die Verbesserung scheint, die Vorhersage von β-strands zu sein; Rückstände überzeugt vorausgesagt als β-strand werden wahrscheinlich so sein, aber die Methoden sind passend, einige β-strand Segmente (falsche Negative) zu überblicken. Dort ist eine obere Grenze der ~90-%-Vorhersagegenauigkeit wahrscheinlich, die gesamt, zu den Eigentümlichkeiten der Standardmethode (DSSP) erwartet ist, um Klassen der sekundären Struktur (Spirale/Ufer/Rolle) PDB Strukturen zuzuteilen, gegen die die Vorhersagen bewertet werden.

Genaue Vorhersage der sekundären Struktur ist ein Schlüsselelement in der Vorhersage der tertiären Struktur, in allen außer dem einfachsten (das Homologie-Modellieren) Fälle. Zum Beispiel ist ein überzeugt vorausgesagtes Muster von sechs sekundären Struktur-Elementen  die Unterschrift einer Ferredoxin-Falte.

Anordnung

Sowohl Protein als auch Nukleinsäure sekundäre Strukturen können verwendet werden, um in der vielfachen Folge-Anordnung zu helfen. Diese Anordnungen können genauer durch die Einschließung der sekundären Struktur-Information zusätzlich zur einfachen Folge-Information gemacht werden. Das ist manchmal in der RNS weniger nützlich, weil Grundpaarung viel höher erhalten wird als Folge. Entfernte Beziehungen zwischen Proteinen, deren primäre Strukturen unalignable sind, können manchmal durch die sekundäre Struktur gefunden werden.

Siehe auch

• Falte (der Chemie)
• Protein primäre Struktur
• Protein tertiäre Struktur
• Protein-Vierergruppe-Struktur
• Übersetzung
• Strukturmotiv

Weiterführende Literatur

• C Branden und J Tooze (1999). Einführung in die Protein-Struktur 2. Hrsg. Garland Publishing: New York, New York
• M. Zuker "Computervorhersage der RNS-Struktur", Methoden in Enzymology, 180:262-88 (1989). (Das klassische Papier auf dynamischen Programmieralgorithmen, um RNS sekundäre Struktur vorauszusagen.)
• L. Pauling und R.B Corey. Konfigurationen von polypeptide Ketten mit begünstigten Orientierungen des polypeptide um einzelne Obligationen: Zwei Plisseeplatten. Proc. Natl. Acad. Sci. Sich waschen. 37:729-740 (1951). (Der ursprüngliche Angleichungsartikel der Beta-Platte.)
• L. Pauling, R.B. Corey und H.R. Branson. Zwei wasserstoffverpfändete spiralenförmige Konfigurationen der polypeptide Kette. Proc. Natl. Acad. Sci. Sich waschen. 37:205-211 (1951). (Alpha - und Pi-Spirale conformations, seitdem sie vorausgesagt haben, dass helices nicht möglich sein würde.)

Links

• NetSurfP - Sekundäre Struktur und Oberflächenzugänglichkeitsprophet
• PROF
• Jpred
• PSIPRED
• DSSP
• WhatIf
• Mfold
• SCHRITT
• PSSpred Ein vielfaches Nervennetzausbildungsprogramm für das Protein sekundäre Struktur-Vorhersage