प्रोटीन संरचना भाग – 4

पक्ष-श्रृंखला रचना और रोटामर्स
पक्ष श्रृंखला के साथ लगे हुए परमाणुओं को ग्रीक वर्णमाला क्रम में ग्रीक अक्षरों द्वारा नाम दिया जाता है: α, β, γ, δ, є और इसी तरह. Cα रीढ़ के उस कार्बन परमाणु को संदर्भित करता है जो उस अमीनो एसिड, Cβ के कार्बोनिल समूह के निकटतम है, दूसरा सबसे निकटतम और इसी तरह आगे. Cα रीढ़ का एक हिस्सा है, जबकि Cβ और बाहर के परमाणु, पक्ष श्रृंखला का निर्माण करते हैं। इन परमाणुओं के बीच बॉन्ड के आसपास के डिहेड्रल कोण को χ1, χ2, χ3 आदि नाम दिया गया है। पक्ष श्रृंखला के प्रथम गतिशील परमाणु का डिहेड्रल कोण, {\displaystyle \gamma }{\displaystyle \gamma }, जिसे परिभाषित किया गया है N-C{\displaystyle \alpha }{\displaystyle \alpha }-C{\displaystyle \beta }{\displaystyle \beta }-{\displaystyle X\gamma }{\displaystyle X\gamma } के रूप में, उसे नाम दिया है χ1. अधिकांश पक्ष श्रृंखला, भिन्न रचना में हो सकते हैं जिसे गौश (-), ट्रांस और गौश (+) कहा जाता है। पक्ष श्रृंखला, आम तौर पर कंपित रचना में χ2 के आसपास आने का एक प्रयास करती हैं, जो प्रतिस्थापन परमाणुओं के इलेक्ट्रॉन कक्षीय के बीच ओवरलैप के न्यूनीकरण द्वारा प्रेरित होती है।
पक्ष-श्रृंखला की रचना की विविधता अक्सर रोटामर लाइब्रेरी में व्यक्त की जाती है। एक रोटामर लाइब्रेरी, पक्ष-श्रृंखला स्वतंत्रता के स्तर वाले प्रोटीन में प्रत्येक प्रकार के अवशेष के लिए रोटामर्स का संग्रह है। रोटामर लाइब्रेरीयों में आम तौर पर रचना और एक निश्चित रचना की आवृत्ति, दोनों के बारे में जानकारी होती है। लाइब्रेरियों में अक्सर डिहेड्रल कोण तरीके या पद्धति के बारे में विचरण के बारे में जानकारी शामिल होती है, जिसे नमूनों में इस्तेमाल किया जा सकता है।
पक्ष-श्रृंखला डिहेड्रल कोण, समान रूप से वितरित नहीं हैं, लेकिन अधिकांश पक्ष-श्रृंखला प्रकार के लिए,{\displaystyle \chi }{\displaystyle \chi } कोण, किसी निश्चित मूल्यों के आसपास और तंग समूहों में मौजूद होते हैं। रोटामर लाइब्रेरियों को इसलिए आम तौर पर प्रोटीन की ज्ञात संरचनाओं में पक्ष-श्रृंखला रचना के सांख्यिकीय विश्लेषण से निकाला जाता है जिसके लिए पाई गई रचना को इकठ्ठा किया जाता है या डिहेड्रल कोण स्थान को बिन में विभाजित करके और फिर प्रत्येक बिन में एक औसत रचना का निर्धारण करके. यह विभाजन आम तौर पर भौतिक, रासायनिक आधार पर होता है, जैसा कि SP3-SP3 बॉन्ड के रोटेशन का 120° बिन में विभाजन जो प्रत्येक कम्पित रचना पर केन्द्रित होता है (60°, 180°,-60°).
रोटामर लाइब्रेरियां रीढ़-स्वतंत्र, माध्यमिक-संरचना पर निर्भर, या रीढ़-निर्भर हो सकती हैं। भेद को इस आधार पर किया जाता है कि क्या रोटामर के लिए डिहेड्रल कोण और/या उनकी आवृत्तियां स्थानीय रीढ़ रचना पर निर्भर करती हैं या नहीं। रीढ़-स्वतंत्र रोटामर लाइब्रेरियां, रीढ़ रचना को संदर्भित नहीं करती हैं और इनकी गणना एक निश्चित प्रकार की उपलब्ध पक्ष-श्रृंखला से की जाती है। माध्यमिक-संरचना पर निर्भर लाइब्रेरियां, भिन्न डिहेड्रल कोण और/या {\displaystyle \alpha }{\displaystyle \alpha } -हेलिक्स, {\displaystyle \beta }{\displaystyle \beta }-शीट के लिए रोटामर आवृत्तियां या कॉयल माध्यमिक संरचनाओं को प्रस्तुत करती हैं। रीढ़-निर्भर रोटामर लाइब्रेरियां रचना और/या स्थानीय आवृत्तियों पर निर्भर रीढ़ रचना जैसा कि रीढ़ डिहेड्रल कोण {\displaystyle \phi }{\displaystyle \phi } और {\displaystyle \psi }{\displaystyle \psi } द्वारा परिभाषित है, माध्यमिक संरचना पर ध्यान दिए बिना. अंत में, रीढ़-निर्भर रोटामर लाइब्रेरी का भिन्न रूप, स्थिति विशेष रोटामर के रूप में मौजूद है, जो आम तौर पर 5 अमीनो एसिड की लंबाई वाले टुकड़े से परिभाषित होता है, जहां केंद्रीय अवशेष की पक्ष श्रृंखला रचना की जांच होती है।

प्रोटीन संरचना में डोमेन, रूपांकन और परत

कई प्रोटीन, कई इकाइयों में व्यवस्थित होते हैं। एक संरचनात्मक डोमेन, प्रोटीन की समग्र संरचना का तत्त्व है जो स्वयं-स्थिर है और शेष प्रोटीन श्रृंखला से अक्सर स्वतन्त्र रूप से मुड़ता है। कई डोमेन, एक जीन या जीन परिवार के प्रोटीन उत्पादों के लिए अनोखे नहीं होते हैं बल्कि विभिन्न प्रोटीन में दिखाई देते हैं। डोमेन को अक्सर नाम दिया जाता है और उन्हें बाहर किया जाता है क्योंकि वे उस प्रोटीन की जैविक क्रियाओं में प्रमुख रूप से उपस्थित होते हैं जिसके अंतर्गत वे आते हैं; उदाहरण के लिए “काल्मोडुलिन का कैल्शियम-बाइंडिंग डोमेन”. क्योंकि वे स्वयं-स्थिर हैं, डोमेन को आनुवांशिक इंजीनियरिंग द्वारा, काइमेरा बनाने के लिए एक प्रोटीन से दूसरे प्रोटीन में “बदला” जा सकता है। इस अर्थ में एक रूपांकन, संरचनात्मक माध्यमिक तत्वों के एक छोटे विशिष्ट संयोजन को दर्शाता है (जैसे हेलिक्स-टर्न-हेलिक्स). इन तत्वों को अक्सर सुपरमाध्यमिक संरचना कहा जाता है। फोल्ड का तात्पर्य एक वैश्विक प्रकार की व्यवस्था से होता है, जैसे हेलिक्स बंडल या बीटा-बैरल. संरचना रूपांकन आम तौर पर, केवल कुछ तत्वों से मिलकर बने होते हैं, जैसे ‘हेलिक्स-टर्न-हेलिक्स’ में सिर्फ तीन हैं। ध्यान दें कि जबकि एक रूपांकन के सभी उदाहरणों में तत्वों के स्थानिक अनुक्रम समान हैं, अंतर्निहित जीन के भीतर उन्हें किसी भी क्रम में कूटित किया जा सकता है। संरचनात्मक प्रोटीन रूपांकनों में अक्सर चर लंबाई और अनिर्दिष्ट संरचना के लूप शामिल होते हैं, जो प्रभावस्वरूप “स्लैक” का निर्माण करता है जो उन दो तत्वों को स्थान में लाने के लिए आवश्यक है जो सबसे निकटवर्ती DNA अनुक्रम द्वारा कूटित नहीं होते हैं। यह भी ध्यान दें है कि यहां तक कि, जब दो जीन, एक ही क्रम में एक रूपांकन के माध्यमिक संरचनात्मक तत्वों को कूटित करते हैं, तब पर भी वे अमीनो एसिड के, कुछ हद तक भिन्न कनुक्रम को निर्दिष्ट कर सकते हैं। यह न केवल तृतीयक और प्राथमिक संरचना के बीच जटिल संबंधों की वजह से सच है, बल्कि इसलिए क्योंकि तत्वों का आकार एक प्रोटीन से दूसरे प्रोटीन में बदलता है। इस तथ्य के बावजूद कि युकैरीओटिक सिस्टम में करीब 100,000 प्रोटीन व्यक्त किए गए हैं, वहां अपेक्षाकृत कम भिन्न डोमेन, संरचनात्मक रूपांकन और मोड़ हैं। यह आंशिक रूप से विकास का एक परिणाम है, क्योंकि जीन और जीन के हिस्से दोगुने किए जा सकते हैं या जीनोम के भीतर चलाए जा सकते हैं। इसका मतलब है कि, उदाहरण के लिए, एक प्रोटीन डोमेन को एक प्रोटीन से दूसरे में ले जाया जा सकता है और इस प्रकार प्रोटीन को एक नया कार्य सौंपा जा सकता है। इन तंत्रों वजह से मार्गों और तंत्रों का कई अलग-अलग प्रोटीन में पुनः उपयोग किया जा सकता है।

प्रोटीन तह
एक बिना तह किया हुआ पॉलीपेप्टाइड, यादृच्छिक कॉयल से तीन-आयामी संरचना की अपनी विशेषता में फोल्ड होता है।
प्रोटीन संरचना का निर्धारण
प्रोटीन डाटा बैंक में उपलब्ध लगभग 90% प्रोटीन संरचनाओं का एक्स रे क्रिस्टलोग्राफी द्वारा निर्धारण किया गया है। यह विधि प्रोटीन (क्रिस्टल रूप में) में इलेक्ट्रॉन के 3D घनत्व वितरण को मापने की अनुमति देती है और जिससे किसी विशिष्ट रिजोल्यूशन में निर्धारित किये जाने वाले सभी परमाणुओं का 3D निर्देशांक का अनुमान लगाया जा सकता है। मोटे तौर पर, ज्ञात प्रोटीन संरचनाओं में 9% को परमाणु चुंबकीय अनुनाद तकनीक द्वारा प्राप्त किया जाता है, जिसका इस्तेमाल माध्यमिक संरचना को निर्धारित करने के लिए भी किया जा सकता है। ध्यान दें कि समग्र रूप से माध्यमिक संरचना के पहलुओं को अन्य जैव रासायनिक तकनीकों के माध्यम से निर्धारित किया जा सकता है, जैसे कि सर्कुलर डाईक्रोइज़म या डुअल पोलराईज़ेशन इंटरफेरोमेट्री. एक उच्च सटीकता के साथ माध्यमिक संरचना को पूर्वानुमानित भी किया जा सकता है (अगला अनुभाग देखें). क्रायो-इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोपी, हाल के समय में उच्च रेजोल्यूशन में प्रोटीन संरचनाओं का निर्धारण करने का साधन बन गई है (5 आंग्सस्टोर्म से कम या 0.5 नैनोमीटर) और अगले दशक में एक उच्च रेजोल्यूशन के लिए एक उपकरण के रूप में इसके अधिक शक्तिशाली होने की अपेक्षा की जाती है।

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