Алгоритмы в биоинформатике, осень 2015: История исследования белков

Алгоритмы в биоинформатике

Шпильман Алексей Александрович[email protected]: alexey.shpilman

+79037320824

ЗачетБаллы Оценка

90 Отлично

80 Хорошо

70 Удовлетворительно

<70 Неудовлетворительно

Задачи: 60 баллов

Экзамен: 60 баллов

«От французской революции

и пива

к центральной догме

молекулярной биологии»

И про много интересных

людей…

Антуан Франсуа де Фуркруа

• После убийства Жана Поля Марата заменил его как полноправный депутат французского парламента

• Участвовал в создании современной системы образования

• Совместно с Антуаном Лавуазье участвовал в разработке новой рациональной химической номенклатуры

• 16 декабря 1809 года получил титул графа Французской Империи

• Умер 16 декабря 1809 года

Альбумины

Три типа выделяемых органических «вязких» веществ:

Альбумины Фибрины Желатины

Состав: углерод, водород, азот, кислород, сера, фосфор.

Йёнс Якоб Берцелиус

• Открыл химические элементы: Se, Ce, Th, (Li, Zr, Si, Ta)

• Приписал атомные веса всем на то время известным элементам

• Автор термина «протеин»

Таблица состава альбуминов Мульдера

C400H620N100O120S1P1

Письмо Берцелиуса

Le nom protéine que je vous propose pour l’oxyde

organique de la fibrine et de l’albumine, je voulais le

dériver de πρωτεςοζ, parce qu’il paraît être la

substance primitive ou principale de la nutrition

animale

Протеин – первый, стоящий впереди.

Берцелиус и Мульдер предположили, что растения создают протеины, которые затем потребляют травоядные, а через них - хищники.

На тот момент были известны две аминокислоты – глицин и лейцин.

Энзимы 19-го векаГод Открыватель Энзим Реакция Источник

1833Пайен и Персоз

Диастаза(Амилаза)

Крахмал -> МальтозаРостки пшеницы

1836 Шванн Пепсин Протеин -> Пептид Желудочный сок

1837Велер и Либиг

ЭмульсинЦеллюлоза ->

ГлюкозаМиндаль

1846 Бернард ЛипазаЖиры ->

Жирные кислотыЖелочь

1860 Бертелот ИнвертазаСахароза ->

Фруктоза и глюкозаДрожжи

1876 Кухне Трипсин Протеин -> Пептид Желочь

1895 Бертранд Лакказа Фенол -> Хинон Латекс

Альбуминовые вещества проявляют каталитическую активность

Вильям Тьерри Прейер

• Родоначальник психологии развития

• В 1882 году вышла его книга «Душа ребёнка», в которой он изложил свои наблюдения за сыном с момента рождения до 3-х лет.

• Получил кристаллы гемоглобина

Разные протеины

Гемоглобин перепела Гемоглобин цесарки

Разные протеины

Гемоглобин перепела Гемоглобин цесарки

Гемоглобин получил свое название в 1864 году, после выделения красной группы, связанной с железом (гемин) и бесцветной протеиновой группы (глобин).

Аминокислоты1819 - Лейцин1820 - Глицин1846 - Тирозин1865 - Серин1866 - Глютамат1869- Аспартат1873 (1932)- Глютамин1873 (1932) - Аспарагин1875 - Аланин1881 - Фенилаланин

1889 - Лизин1890 - Цистеин1895 - Аргинин1896 - Гистидин1901 - Валин1901 - Пролин1901 - Триптофан1903 - Изолейцин1922 - Метионин1936 - Треонин

Эдуард Бухнер

• Немецкий химик и зимолог

• Исследовал содержимое клеток дрожжей

• В 1897 году добавил сахарозу к цитоплазме клеток дрожжей

• К его удивлению, мертвые клетки продолжали обеспечивать брожение

Эдуард Бухнер

1907 г. «За проведённую научно-исследовательскую работу по биологической химии и открытие внеклеточной ферментации»

Специфичность энзимов

Инвертаза Эмульсин

Модель ключ-замок Фишера – 1894 год.

Ключ-замок

Герман Эмиль Фишер

• Немецкий химик

• С 1892 года –профессор химии в Мюнхенском университете

• В 1902 году делал вечерний доклад на 74-ом ежегодном собрании Общества Немецких Ученых и Врачей.

Франц Хофмайстер

• Немецкий химик

• С 1896 года –профессор химии в Страсбургском университете

• В 1902 году делал утренний доклад на 74-ом ежегодном собрании Общества Немецких Ученых и Врачей.

Пептидная связь

? С – С ? – Трипсин (с помощью которого проводился гидролиз) не расщеплял углеводороды.

? = С – N – C = ? Остается много свободных кислотных групп.

Реакция на биурет(NH2–CO–NH–CO–NH2), дает положительный результат на протеинах и отрицательный на свободных аминокислотах

Пептидная связь

Герман Эмиль Фишер

1902 г. «За эксперименты по синтезу веществ с сахаридными и пуриновыми группами»

Аминокислоты1819 - Лейцин1820 - Глицин1846 - Тирозин1865 - Серин1866 - Глютамат1869 - Аспартат1873 (1932) - Аспарагин1873 (1932)- Глютамин1875 - Аланин1881 - Фенилаланин

1889 - Лизин1890 - Цистеин1895 - Аргинин1896 - Гистидин1901 - Валин1901 - Пролин1901 - Триптофан1903 - Изолейцин1922 - Метионин1936 - Треонин

Аспарагин, глютамин и пептидная связь

«Неудачный» эксперимент Сведберга

С помощью разработанной им ультрацентрифуги пытался разделить различные коллоидные ассоциатыпротеинов при разных концентрациях.

Ничего не получилось.

Теодор Сведберг

1926 г. «За работы в области дисперсных систем»

Герман Штаудингер

• В 1922 году доказал существование полимеров и макромолекул

Доводы в пользу

макромолекулярной теории

• Еще Мульдер показал, что протеиновые молекулы гораздо больше молекул прочих органических субстанций.

• Кристаллы гемоглобина указывали на чистоту и регулярность структуры.

• Открытие пептидной связи дало возможный механизм образования длинных аминокислотных цепей.

Герман Штаудингер

1953 г. «За исследования в области высокомолекулярных веществ»

Слишком много зарядов

• В 1894 году Георг Бредиг показал существования цвиттерйонов

• В 1899 году Вильям Харди показал что протеины могут двигаться в разных направления в электрическом поле, в зависимости от кислотности

• В 1925 году Эдвин Кон с помощью метода титрации оценили, что яичный альбумин может связывать до 50 H+ или ОН-

Фредерик Сенгер

• Единственный ученый – дважды лауреат нобелевской премии по химии – 1958 и 1980 годах

• С 1945 года изучал структуру инсулина. В 1954 году установил его структуру, что позволило получать синтетический инсулин

Расшифровка инсулина

Динитрофторобензол

«Неудачный» эксперимент Сенгера

• ДНФ-глицин оказался довольно сильно нестабилен.

• Пришлось обходится быстрым протеолизом, чтобы успеть засечь глицин.

• В результатах эксперимента обнаружился мусор – ди- и олиго-пептиды, связанные с ДНФ.

• Ди- и олиго- пептиды!

Фредерик Сенгер

1958 г. «За установление структур белков, особенно инсулина»

Шаги к структуре протеина

• В 1917 году Ирвинг Ленгмюр с помощью концепции гидрофобности описывает фосфолипидный бислой мембраны клеток.

• В 1925 году Мортимер Ансон и Альфред Мирски показали, что денатурированный гемоглобин, если с ним «аккуратно обращаться», может снова обретать правильную структуру, кристаллизоваться и связываться с кислородом.

• В 1949 году рождается концепция электростатических связей как важного энергетического фактора.

Липидные структуры

Мыло

Мембранные белки

Лайнус Полинг

• Автор теории водородных связей

• Начал изучать протеины из финансовых соображений – денег на кристаллографию неорганических молекул не давали

Закон Брагга

Рефлекс по направлению

Преобразование фурье

Альфа спирали и Бета листы

Альфа спирали и Бета листы

Структура гемоглобина

1961 год. Nature.1958 год. Nature.