Page 79 - Perdih, Andrej, Katja Lakota, Alja Prah. 2020. Strukture bioloških molekul. Univerzitetni učbenik z recenzijo in navodila za vaje. Koper: Založba Univerze na Primorskem.
P. 79
strukture bioloških molekul
Organske molekule in biološke molekule lahko prikažemo tudi s površinami. Večina razvitih
metodologij za konstrukcijo molekulskih površin uporabi kroglico, ki ji lahko izberemo polmer.
Če je topilo voda, je npr. polmer kroglice enak 1.4 Å. Kroglica nato potuje po van der Waalsovi
površini molekule. Očrt, ki ga med kotaljenjem opiše središče kroglice, predstavlja površino, ki
je dostopna topilu (ang. solvent-accessible surface area - SASA). Narišemo lahko tudi od topila
izključeno površino (ang. solvent-excluded surface). To površino lahko imenujemo tudi
molekulska ali Connollyjeva površina (po njenem avtorju), saj je inverzna površini, dostopni
topilu.
Slika 2. Površina, dostopna topilu (levo), in Connollyjeva površina (desno) za molekulo
serotonina. Na vrhu je prikazan izhodni CPK model molekule.
Poleg bolj celostne predstavitve molekule lahko molekulske površine uporabimo tudi za bolj
nazorno predstavo nekaterih izračunanih lastnosti molekule. Prikažemo lahko izopovršine ali
konture; tridimenzionalne obrise, kjer ima preiskovana količina konstantno vrednost neke
lastnosti, npr. molekulskih orbital (npr. HOMO: Highest Occupied Molecular Orbital in LUMO:
Lowest Unoccupied Molecular Orbital), elektronske gostote ter elektrostatskega potenciala.
Pri vizualizaciji strukture bioloških makromolekul, tu imamo v mislih predvsem proteine, lahko
shematsko predstavimo njihovo celotno 3D strukturo. To pomeni, da prikažemo potek glavne
proteinske verige, na kateri lahko še dodatno poudarimo elemente sekundarne strukture (npr.
α-vijačnice, β-strukture). Prav tako lahko protein vizualiziramo z njegovo površino ali pa njen
volumen predstavimo s CPK modelom. Za vizualizacijo je na voljo več programov, kot so VMD,
PyMOL, Chimera, Hermes in drugi. Na Sliki 3 je encim monoamin-oksidaza (MAO), ki sodeluje v
procesih razgradnje bioloških aminov, prikazan z opisanimi pristopi. Natančneje si boste
tehnike vizualizacije bioloških makromolekul, ogledali tudi pri eni izmed vaj pri predmetu (Vaja
2 in Vaja 3).
V uporabi so tudi kombinacije opisanih vizualizacijskih tehnik. Tako lahko na primer del
proteina, ki predstavlja aktivno mesto, predstavimo shematsko s potekom glavne verige,
atome liganda ter vodnih molekul pa vizualiziramo s modelom paličic in CPK modelom. Lahko
prikažemo tudi interakcije liganda le z izbranimi aminokislinami. Vse to nam omogoča, da
podrobno spoznamo ključne lastnosti proteina ter preučimo interakcije, ki so odgovorne za
79
Organske molekule in biološke molekule lahko prikažemo tudi s površinami. Večina razvitih
metodologij za konstrukcijo molekulskih površin uporabi kroglico, ki ji lahko izberemo polmer.
Če je topilo voda, je npr. polmer kroglice enak 1.4 Å. Kroglica nato potuje po van der Waalsovi
površini molekule. Očrt, ki ga med kotaljenjem opiše središče kroglice, predstavlja površino, ki
je dostopna topilu (ang. solvent-accessible surface area - SASA). Narišemo lahko tudi od topila
izključeno površino (ang. solvent-excluded surface). To površino lahko imenujemo tudi
molekulska ali Connollyjeva površina (po njenem avtorju), saj je inverzna površini, dostopni
topilu.
Slika 2. Površina, dostopna topilu (levo), in Connollyjeva površina (desno) za molekulo
serotonina. Na vrhu je prikazan izhodni CPK model molekule.
Poleg bolj celostne predstavitve molekule lahko molekulske površine uporabimo tudi za bolj
nazorno predstavo nekaterih izračunanih lastnosti molekule. Prikažemo lahko izopovršine ali
konture; tridimenzionalne obrise, kjer ima preiskovana količina konstantno vrednost neke
lastnosti, npr. molekulskih orbital (npr. HOMO: Highest Occupied Molecular Orbital in LUMO:
Lowest Unoccupied Molecular Orbital), elektronske gostote ter elektrostatskega potenciala.
Pri vizualizaciji strukture bioloških makromolekul, tu imamo v mislih predvsem proteine, lahko
shematsko predstavimo njihovo celotno 3D strukturo. To pomeni, da prikažemo potek glavne
proteinske verige, na kateri lahko še dodatno poudarimo elemente sekundarne strukture (npr.
α-vijačnice, β-strukture). Prav tako lahko protein vizualiziramo z njegovo površino ali pa njen
volumen predstavimo s CPK modelom. Za vizualizacijo je na voljo več programov, kot so VMD,
PyMOL, Chimera, Hermes in drugi. Na Sliki 3 je encim monoamin-oksidaza (MAO), ki sodeluje v
procesih razgradnje bioloških aminov, prikazan z opisanimi pristopi. Natančneje si boste
tehnike vizualizacije bioloških makromolekul, ogledali tudi pri eni izmed vaj pri predmetu (Vaja
2 in Vaja 3).
V uporabi so tudi kombinacije opisanih vizualizacijskih tehnik. Tako lahko na primer del
proteina, ki predstavlja aktivno mesto, predstavimo shematsko s potekom glavne verige,
atome liganda ter vodnih molekul pa vizualiziramo s modelom paličic in CPK modelom. Lahko
prikažemo tudi interakcije liganda le z izbranimi aminokislinami. Vse to nam omogoča, da
podrobno spoznamo ključne lastnosti proteina ter preučimo interakcije, ki so odgovorne za
79
