Lecture 3

Level of protein structure : 3

Tertiary

เป็นการรวมกันของ โครงสร้างขั้นที่2ของโครงสร้างโปรตีน เรียกว่าเกิดการ "Fold"หรือ "Domain"

ซึ่งสามารถทำนายโครงสร้างได้

แรงที่ทำให้เกิดการคงรูปของโครงสร้างเกิดจาก Hydrogen bonds

การเกิดโครงสร้างนี้เกิดจากการที่มี amino acid ที่ชอบน้ำ (hydrophilic) และไม่ชอบน้ำ(hydrophobic)

มาอยู่รวมกันโดยการเอากลุ่มที่ไม่ชอบน้ำไว้ด้านในและน้ำกลุ่มที่ชอบน้ำออกมาด้านนอกเพื่อให้มีคุณสมบัติละลายน้ำได้

ซึ่งจะไม่สามารถใช้ได้ในโปรตีนสายสั้นๆ(<>

ในกรณีนี้จะใช้การเกิด disulfide bridges และ การทำปฏิกิริยากับโลหะแทน

Level of protein structure : 4

Quaternary

เกิดจากการรวมกันของสายโปรตีนทั้งแบบ homomeric และ heteromeric

มักพบในโปรตีนที่มีหน้าที่เช่น เอนไซม์ และไม่สามรถทำนายโครงสร้างล่วงหน้าได้

Structural class

สามารถแบ่งโครงสร้างของโปรตีนได้เป็น 4 รูปแบบคือ

1.All alpha (helical)

ประกอบด้วยส่วนของ alpha-helix ทั้งหมด

2.All-beta (sheet)

ประกอบด้วยส่วนของ beta-sheet ทั้งหมด

3.Alpha-beta (parallel beta-sheet)

มีทั้ง สายalpha และbeta-sheet ไปในทางเดียวกัน

4.Alpha+beta ( antiparallel beta-sheet)

สาย alpha และbeta สวนทางกัน

Domain

คือหน่วยย่อยที่ประกอบขึ้นเป็นโครงสร้างโปรตีนที่เกียวข้องกับการทำหน้าที่ของโปรตีนนั้นๆ

ซึ่งสามารถเปรียบได้กับ Lego piece แต่ละชิ้นที่ใช้ประกอบใน Lego set

มักจะมีเพียง1-2 สายของโปรตีน

Protein architectures

รูปร่างหรือการเชื่อมกันของแต่ละDomain สามารถแบ่งออกได้เป็น 2 แบบคือ

1.Bead-on-a-string : sequential location

ลักษณะเหมือนลูกปัดร้อยอยู่บนเส้นเอนต่อกัน พบใน immunoglobulin,EGF,

fibronectin type-3,protein kinase,LDH

2.Domain insertions:"plugged-in"

เกิดจากการที่ domainที่1 ถูกแทรกด้วย domainที่2 ทำให้เกิดเป็น domain 3 ส่วน

ตัวอย่างเช่น

L-lactate dehydrogenase (LDH)

มี 2 Domain คือ

1.Rossman-fold เป็ที่จับของ cofactor

2.substrate-binding ซึ่งเป็นที่จับของ substrate,cofactor,inhibitor

เมื่อเปรียบเทียบเอนไซม์ 2 ชนิดคือ LDH และ MDH จะพบว่า

มี หน้าที่และคุณสมบัติทางเคมีเหมือนกัน และมี identity 18%

แต่จะพบว่ามีการจับกับสารตั้งต้นต่างกัน ซึ่งเมื่อดูจากโครงสร้างจะพบว่ามีส่วนที่เรียกว่า

Mobile loop จะเคลื่อนที่เมื่อมีการจับกันของทั้ง substrate,cofactor,inhibitor

เราสามารถพบส่วนนี้ได้จากการทดลองโดยการ เปลี่ยนแปลงการใส่substrate,cofactor,inhibitor

จะพบว่ามีโครงสร้างโปรตีนที่เหมือนกันในแต่ละชนิดของโปรตีนเช่น hemoglobin และ erythrocrurin

มี sequence identity 31% และมี function,structure similarity เราเรียกรูปแบบนี้ว่า

Homologous folds

ส่วนโปรตีนที่มี structure similarity แต่มี sequence identity และ function ต่างกันเช่น

hemoglobin และ phycocyanin ที่มี sequence identity 9% เราเรียกว่า

Analogous folds

สรุป

เมื่เปรียบเทียบโครงสร้างของโปรตีนจะพบว่า

1.มีรูปแบบของโครงสร้างแบบเรขาคณิตเช่น helix,beta-sheeet

2.ในรูปแบบของ homologous sequences มีความคล้ายกันของโครงสร้าง

แต่จะมีความแกตต่างออกไปในส่วนของ non-conserved regions ซึ่งพบจากการเปรียบเทียบระหว่าง

structure aliment กับ sequence aliment

3.ในรูปแบบของ analogous จะพบว่าในโครงสร้างใดๆสามารถมี sequence ได้หลายรูปแบบ

4.จากการศึกษาเรื่อง mutation จะพบว่ามีส่วนของ active site ที่มีลักษณะคงเดิม( conserve)

แม้ว่าจะมีโครงสร้างอื่นๆเปลี่ยนแปลงไป

5.จากการศึกษาโครงสร้างของโปรตีนทำให้เราพบ structural models ที่ใช้ในการหาโปรตีนใหม่ๆ

ได้โดยการเปลี่ยนแปลงลำดับเบสแต่ไม่เปลี่ยนแปลงรูปร่างเดิม

6.สามารถนำไปใช้ในการศึกษาอื่นๆ เช่น

- protein engineering

- ligand/drug design

- function assignment for genomic data