Пространственная структура нуклеиновых кислот и нуклеопротеидов
Программа спецкурса
Пространственная структура белков
1. Основные понятия и терминология. Белок как линейный гетерополимер. Полипептидная цепь: основная цепь, боковые цепи, аминокислотный остаток, пептидная единица, пептидная группа. Номенклатура аминокислотных остатков на основе свойств боковых цепей. Уровни структурной организации белков: первичная, вторичная, супервторичная, третичная, четвертичная структура. Домены, глобулы. Глобулярные и фибриллярные белки. Классификация белков, основанная на их биологической функции: ферменты, трансферные белки, сократительные белки, защитные белки, гормоны, токсины, ингибиторы и др.
6 ч
2. Способы описания пространственной структуры белков. Стереохимические свойства полипептидной цепи. Длины связей, валентные углы, торсионные углы. Углы j , y , c1, c2, c3, c4,……,w, L-и D-аминокислоты. Стерические карты Рамачандрана и потенциальные карты дипептидов. Основные области разрешенных конформаций полипептидной цепи. Регулярные структуры полипептидной цепи: a-спираль, спираль 310, спираль 27, p -спираль, полипролиновая спираль, b -структура. Отклонения от идеальных геометрических параметров в a-спиральных и b-структурных участках белков. Изогнутость b-структурных слоев в глобулярных белках (правопропеллерность). Нерегулярные структуры в глобулярных белках.
9 ч
3. Природа сил, стабилизирующих третичную структуру белка. Гидрофобные взаимодействия. Солевые и водородные связи, взаимодействия Ван-дер-Ваальса. S – S-связи, связи с кофакторами. Стабильность белковых молекул. Основные закономерности строения глобулярных белков: компактность формы, наличие плотноупакованных гидрофобных ядер и полярной оболочки, наличие в большинстве белков a-спиралей и (или) b-структуры, различных типов супервторичной структуры. Принцип плотной упаковки и запрет дегидратации свободных полярных групп. Стерические запреты. Структурная классификация белков (a -белки, b -белки, a /b -белки, (a + b )-белки).
7 ч
4. Связь вторичной структуры с аминокислотной последовательностью. Основные положения стереохимической теории вторичной структуры глобулярных белков. Понятие о статистических методах предсказания a-спиральных, b-структурных и нерегулярных участков белков.
3 ч
5. Самоорганизация пространственной структуры белковых молекул как процесс, определяемый только первичной структурой белков. Опыты Анфинсена по ренатурации рибонуклеазы. Модель гидрофобной капли Бреслера-Талмуда. Блочный механизм сворачивания белков. Современное состояние проблемы.
3 ч
6. Взаимосвязь структуры и функции. Динамика белковых молекул. Взаимодействие белков с субстратами и кофакторами. Аллостерические эффекты.
3 ч
7. Денатурация и ренатурация белков. Устойчивость белков к действию денатурирующих агентов и повышенной температуры.
3 ч
Пространственная структура нуклеиновых кислот и нуклеопротеидов.
8. Первичная структура нуклеиновых кислот. Основания, нуклеозиды, нуклеотиды и нуклеиновые кислоты: номенклатура и символы. Система нумерации атомов. Торсионные углы, определение торсионных углов в нуклеотидах. Конформации сахарного кольца. Син/анти-конформация, вращение вокруг гликозидной связи. Модели CPK: основания нуклеиновых кислот, спаривание оснований, конформации нуклеотида.
6 ч
9. Система водородных связей между основаниями, структурная основа правил Чаргаффа. Пространственная организация полинуклеотидов. Модель Уотсона-Крика для ДНК. Принцип комплементарности и его биологическое значение. Особенности стереохимии ДНК. Модели CPK: B-, A-, Z-формы ДНК, теломерная ДНК. Синтетические ДНК и их аналоги, H-ДНК, триплексы, строение пептидонуклеиновых полимеров. Силы, стабилизирующие пространственную структуру нуклеиновых кислот. Денатурация нуклеиновых кислот.
6 ч
10. Особенности стереохимии РНК, А-форма регулярных дуплексов РНК. Вариации пространственной укладки РНК, каталитические РНК, рибозимы. Первичная и вторичная структура тРНК. Консервативная укладка «клеверный лист». Свертывание «клеверного листа» в третичную структуру, L-форма. Стабилизация вторичной и третичной структуры тРНК горизонтальными и вертикальными взаимодействиями между основаниями. Модифицированные основания и их локализация в структуре тРНК. Детальный анализ пространственной организации дрожжевой тРНКPhe по рентгеноструктурным данным. Особенности структуры акцепторного стебелька и антикодоновой петли. Стереохимия кодон-антикодонового узнавания, правила неоднозначного соответствия Крика, закономерности генетического кода.
9 ч
11. Стереохимия РНК-белковых взаимодействий, узнавание тРНК аминоацил-тРНК-синтетазами. Взаимодействие тРНК и факторов трансляции. Этапы трансляции. Особенности структуры рРНК. Организация субчастиц рибосом. Динамика рибосом на этапах белкового синтеза. Организация пептидилтрансферазного центра. Участие рРНК в кодон-антикодоновом узнавании. Детальный анализ пространственной организации рибосом по рентгеноструктурным данным.
6 ч
12. ДНК-белковые взаимодействия. Упаковка хромосомной ДНК, строение нуклеосом. Строение вирусных частиц с регулярной укладкой ДНК. Взаимодействие с ДНК ферментов репликации, репарации и транскрипции. ДНК-связывающие регуляторы транскрипции. Ферменты системы модификации и рестрикции. Структурные основы генетической инженерии.
5 ч
зав. Учебным центром молекулярной биологии
Института белка РАН
к. б. н. Г. И. Гительзон