Estructura Biomolecular, Estructura primaria, Estructura secundaria, Estructura terciaria, Estructura cuaternaria, Determinación de la estructura, Estructura de predicción, Diseño, Otras biomoléculas

Estructura biomolecular es la forma intrincada plegada, en tres dimensiones que está formado por una proteína, ADN, o una molécula de ARN, y que es importante para su función. La estructura de estas moléculas se descompone con frecuencia en la estructura primaria, estructura secundaria, estructura terciaria y estructura cuaternaria. El andamio para esta estructura es proporcionado por los elementos estructurales secundarios que son los enlaces de hidrógeno dentro de la molécula. Esto conduce a varios "dominios" reconocibles de la estructura de la proteína y la estructura del ácido nucleico, incluyendo la estructura secundaria como bucles en horquilla, protuberancias y bucles internos para los ácidos nucleicos, y hélices alfa y láminas beta de las proteínas.

Los términos de estructura primaria, secundaria, terciaria y cuaternaria se acuñó por primera vez por Kaj Ulrik Linderstrm-Lang en sus 1.951 carril Conferencias Médicas de la Universidad de Stanford.

Estructura primaria

 Artículo principal: estructura primaria de proteínas y estructura primaria de ácidos nucleicos

En bioquímica, la estructura primaria de una molécula biológica es la especificación exacta de su composición atómica y los enlaces químicos que conectan dichos átomos. Para una típica, biopolímero no reticulado no ramificado, la estructura primaria es equivalente a especificar la secuencia de sus subunidades monoméricas, por ejemplo, la secuencia de nucleótidos o péptido.

Estructura primaria se denomina a veces equivocadamente secuencia primaria, pero no existe tal término, así como ningún concepto paralelo de secuencia secundaria o terciaria. Por convención, se informó de la estructura primaria de una proteína a partir del extremo amino-terminal al extremo carboxilo-terminal, mientras que la estructura primaria de la molécula de ADN o ARN se informó desde el extremo 5 'al extremo 3'.

La estructura primaria de una molécula de ácido nucleico se refiere a la secuencia exacta de nucleótidos que comprenden la molécula entera. Frecuentemente, la estructura primaria codifica motivos que son de importancia funcional. Algunos ejemplos de motivos de secuencia son: las cajas de C/D y H/ACA de snoRNAs, sitio de unión Sm encuentra en spliceosomal RNAs como U1, U2, U4, U5, U6, U12 y U3, la secuencia de Shine-Dalgarno, la Kozak secuencia de consenso y el terminador de ARN polimerasa III.

Estructura secundaria

 Artículos principales: la estructura secundaria de la proteína y la estructura secundaria de ácidos nucleicos

En bioquímica y biología estructural, la estructura secundaria es la forma tridimensional general de los segmentos locales de biopolímeros tales como proteínas y ácidos nucleicos. No, sin embargo, describir posiciones atómicas específicas en el espacio de tres dimensiones, que se consideran para ser estructura terciaria. Estructura secundaria se define formalmente por los enlaces de hidrógeno del biopolímero, como se observa en una estructura de resolución atómica. En las proteínas, la estructura secundaria se define por los patrones de enlaces de hidrógeno entre columna vertebral amida y grupos carboxilo, donde se utiliza la definición DSSP de un enlace de hidrógeno. En los ácidos nucleicos, la estructura secundaria está definida por la unión de hidrógeno entre las bases nitrogenadas.

Para las proteínas, sin embargo, los enlaces de hidrógeno se correlaciona con otras características estructurales, lo que ha dado lugar a definiciones menos formales de estructura secundaria. Por ejemplo, los residuos en hélices de proteínas generalmente adoptan los ángulos diedros columna vertebral en una región particular del gráfico de Ramachandran; por lo tanto, un segmento de residuos con tales ángulos diedros a menudo se llama una "hélice", independientemente de si se dispone de los enlaces de hidrógeno correctas. Se han propuesto muchas otras definiciones menos formales, a menudo la aplicación de los conceptos de la geometría diferencial de curvas, tales como curvatura y torsión. Por lo menos formalmente, los biólogos estructurales para resolver una nueva estructura de resolución atómica a veces ceder su estructura secundaria "a ojo" y grabar sus tareas en el archivo PDB correspondiente.

La estructura secundaria de una molécula de ácido nucleico se refiere a las interacciones de apareamiento de bases dentro de una sola molécula o un conjunto de moléculas que interactúan. La estructura secundaria de ARN biológica de frecuencia se puede descomponer únicamente en tallos y bucles. Con frecuencia estos elementos, o combinaciones de ellos, pueden ser más clasificada, por ejemplo, tetraloops, pseudoknots y tallo de bucles. Hay muchos elementos de estructura secundaria de importancia funcional biológica de RNA; algunos ejemplos famosos son el terminador de Rho-independiente de los bucles troncales y el trébol tRNA. Existe una industria de menor importancia de los investigadores que intentan determinar la estructura secundaria de moléculas de ARN. Los enfoques incluyen ambos métodos experimentales y computacionales.

Estructura terciaria

 Artículos principales: la estructura terciaria de proteínas y estructura terciaria de ácido nucleico

En bioquímica y biología molecular, la estructura terciaria de una proteína o cualquier otra macromolécula es su estructura tridimensional, tal como se define por las coordenadas atómicas. Las proteínas y los ácidos nucleicos son capaces de diversas funciones que van desde el reconocimiento molecular a la catálisis. Tales funciones requieren una estructura terciaria tridimensional precisa. Si bien este tipo de estructuras son diversos y aparentemente complejo, que se componen de recurrentes, fácilmente reconocibles estructura terciaria motivos que sirven como bloques de construcción molecular. Estructura terciaria se considera que está determinado en gran medida por la estructura primaria de la biomolécula, o la secuencia de aminoácidos o nucleótidos de las que está compuesto amino. Los esfuerzos para predecir la estructura terciaria de la estructura primaria se conocen generalmente como la predicción de estructura.

Estructura cuaternaria

 Artículos principales: la estructura cuaternaria de proteínas y estructura cuaternaria de ácidos nucleicos

En la bioquímica, la estructura cuaternaria es la disposición de la proteína plegada múltiple o bobinado moléculas de proteína en un complejo de múltiples subunidades. Para los ácidos nucleicos, el término es menos común, pero se puede referir a la organización de más alto nivel de ADN en la cromatina, incluyendo sus interacciones con las histonas, o a las interacciones entre las unidades separadas de ARN en el ribosoma o spliceosome.

Determinación de la estructura

 Artículo principal: determinación de la estructura de proteínas y la determinación de la estructura del ácido nucleico

Estructura de sondeo es el proceso por el cual se utilizan técnicas bioquímicas para determinar la estructura biomolecular. Este análisis se puede utilizar para definir los patrones que puede inferir la estructura molecular, análisis experimental de la estructura y la función molecular, y aún más la comprensión en el desarrollo de moléculas más pequeñas para su posterior investigación biológica. Estructura de análisis de sondeo se puede hacer a través de muchos métodos diferentes, que incluyen química de sondeo, radical hidroxilo sondeo, mapeo de interferencia análogo de nucleótido, y en-línea de sondeo.

Estructuras de ADN pueden ser determinadas utilizando espectroscopia de resonancia magnética nuclear o cristalografía de rayos-X. Los primeros informes publicados de A-DNA patrones de difracción de rayos X y también los análisis de ADN propia B basado en Patterson transformaciones que proporciona sólo una cantidad limitada de información estructural de fibras orientadas de ADN aisladas de timo de ternera. A continuación, un análisis alternativo fue propuesto por Wilkins et al. en 1953 para los patrones de B-ADN de rayos X de difracción/dispersión de fibras hidratadas, bacterianas orientadas de ADN y la trucha cabezas de espermatozoides en términos de los cuadrados de las funciones de Bessel. Aunque la forma `-ADN B 'es más común en las condiciones que se encuentran en las células, no es una conformación bien definida pero una familia borrosa o conjunto de conformaciones de ADN que se producen en los altos niveles de hidratación presentes en una amplia variedad de vida las células. Sus patrones de difracción y dispersión de rayos X correspondientes son característicos de paracrystals moleculares con un grado significativo de trastorno, y de forma concomitante la estructura no es tratable utilizando sólo el análisis estándar.

Por otro lado, el análisis estándar, que implica solamente las transformadas de Fourier de las funciones de Bessel y los modelos moleculares de ADN, se emplea todavía rutinariamente para el análisis de A-ADN y los patrones de difracción de rayos X de Z-ADN.

Estructura de predicción

 Artículos principales: la estructura de predicción de proteínas y predicción de estructura de ácido nucleico

Predicción de la estructura biomolecular es la predicción de la estructura tridimensional de una proteína a partir de su secuencia de aminoácidos, o de un ácido nucleico a partir de su secuencia de bases. En otras palabras, es la predicción de la estructura secundaria y terciaria de su estructura primaria. Estructura de predicción es la inversa de diseño biomolecular.

Predicción de estructura de proteínas es uno de los objetivos más importantes que persigue la bioinformática y la química teórica. Predicción de estructura de proteínas es de gran importancia en la medicina y la biotecnología. Cada dos años, el rendimiento de los métodos actuales se evalúa en el experimento CASP.

También ha habido una cantidad significativa de investigación bioinformática dirigida a la estructura de predicción problema ARN. Un problema común para los investigadores que trabajan con el ARN es determinar la estructura tridimensional de la molécula dada sólo la secuencia de ácido nucleico. Sin embargo, en el caso de ARN gran parte de la estructura final se determina por la estructura secundaria o intra-moleculares de las interacciones de apareamiento de bases de la molécula. Esto se demuestra por la alta conservación de emparejamientos de bases a través de diversas especies.

Estructura secundaria de las pequeñas moléculas de ácido nucleico se determina en gran parte por las interacciones locales fuertes, tales como enlaces de hidrógeno y apilamiento de bases. Resumiendo la energía libre para tales interacciones, por lo general utilizando un modelo del vecino más próximo, proporciona una aproximación para la estabilidad de la estructura dada. La forma más straighforward para encontrar la estructura de energía libre más bajo sería para generar todas las estructuras posibles y calcular la energía libre para ello, pero el número de posibles estructuras para una secuencia aumenta exponencialmente con la longitud del ácido nucleico. Para las moléculas más largas, el número de posibles estructuras secundarias es enorme.

Métodos covariación secuencia se basan en la existencia de un conjunto de datos compuesta por varios ARN secuencias homólogas con secuencias relacionadas pero distintas. Estos métodos analizan la covariación de los sitios de base individuales en evolución; mantenimiento en dos sitios muy distantes entre sí de un par de nucleótidos de apareamiento de bases indica la presencia de un enlace de hidrógeno estructuralmente requerida entre esas posiciones. El problema general de la predicción pseudoknot se ha demostrado que es NP-completo.

Diseño

 Artículos principales: diseño de proteínas y diseño de ácidos nucleicos

Biomolecular diseño puede ser considerado como el inverso de la predicción de estructura. En la predicción de estructura, la estructura se determina a partir de una secuencia conocida, mientras que en el diseño de ácido nucleico, se genera una secuencia que va a formar una estructura deseada.

Otras biomoléculas

Otras biomoléculas, tales como polisacáridos, polifenoles y lípidos, también pueden tener una estructura de orden superior de la consecuencia biológica.

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