طي البروتين
طي البروتين هو العملية التي تصل من خلالها سلسلة عديد الببتيد إلى بنيتها الوظيفية ثلاثية الأبعاد، وتحكمها الديناميكا الحرارية وتساعدها في الخلية الشابرونات الجزيئية.
Definition
طي البروتين هو العملية التلقائية أو المدعومة التي يتبنى من خلالها عديد الببتيد غير المهيكل شكله الأصلي النشط بيولوجيًا، والذي يتحدد إلى حد كبير بتسلسل الأحماض الأمينية تحت الظروف الفسيولوجية.
Scope
يغطي هذا الموضوع الأساس الديناميكي الحراري للطي، ومحتوى المعلومات لتسلسل الأحماض الأمينية، واللغز الحركي لكيفية حدوث الطي بسرعة، وصورة المناظر الطبيعية للطاقة (القمع)، والتمسخ وإعادة الطي، والآلية الخلوية - الشابرونات - التي تساعد في الطي. ويعالج الطي كمشكلة فيزيائية كيميائية.
Core questions
- هل يحدد تسلسل الأحماض الأمينية وحده البنية الأصلية؟
- كيف يمكن للبروتين أن ينطوي بسرعة على الرغم من العدد الفلكي للتشكيلات الممكنة؟
- ما هي القوى الديناميكية الحرارية التي تدفع الطي؟
- ماذا يحدث خطأ عندما تتشوه البروتينات؟
Key theories
- فرضية أنفينسن الديناميكية الحرارية
- أظهر أنفينسن أن البروتين المتسمخ يمكن أن يعاد طيه إلى حالته الأصلية في المختبر، مستنتجًا أن البنية الأصلية هي التشكل الأكثر استقرارًا من الناحية الديناميكية الحرارية والمشفر بالكامل بواسطة تسلسل الأحماض الأمينية.
- مفارقة ليفينثال وقمع الطي
- لاحظ ليفينثال أن أخذ عينات عشوائية من جميع التشكلات سيستغرق وقتًا أطول من عمر الكون، مما يعني أن الطي يتبع مسارات محددة؛ والحل الحديث هو منظر طبيعي للطاقة على شكل قمع يوجه السلسلة نحو الحالة الأصلية.
Mechanisms
يُدفع الطي بشكل أساسي بواسطة التأثير الكاره للماء، الذي يدفن السلاسل الجانبية غير القطبية بعيدًا عن الماء، مع توفير الروابط الهيدروجينية، وتعبئة فان دير فالس، والتفاعلات الكهروستاتيكية للخصوصية. وبدلاً من البحث في جميع التشكلات، تنزل السلسلة في منظر طبيعي للطاقة الحرة على شكل قمع نحو الحد الأدنى الأصلي؛ وفي الخلايا، تمنع الشابرونات مثل أنظمة Hsp70 والشابرونين التكتل وتساعد في الطي دون تحديد البنية النهائية.
Clinical relevance
تعد مشكلة الطي ونظيرتها من سوء الطي أساسية في كيمياء البروتين وفي التنبؤ بالبنية الحاسوبية؛ ويوضح سوء الطي والتكتل سبب أهمية دقة الطي. هذا العلاج ميكانيكي وغير إلزامي.
History
أثبتت تجارب إعادة طي الريبونوكلياز (ribonuclease) التي أجراها أنفينسن في أوائل الستينيات الفرضية الديناميكية الحرارية؛ وصاغ ليفينثال المفارقة الحركية في عام 1969؛ وتطورت رؤية المناظر الطبيعية للطاقة خلال التسعينيات لتوفيق الطي السريع مع الفضاء التشكيلي الهائل.
Key figures
- Christian Anfinsen
- Cyrus Levinthal
- Ken Dill
- Peter Wolynes
Related topics
Seminal works
- anfinsen1973
- levinthal1969
- dill2012
Frequently asked questions
- ما هو تمسخ البروتين؟
- التمسخ هو فقدان البنية المطوية للبروتين - الناتج عن الحرارة أو تغير درجة الحموضة أو العوامل الكيميائية - والذي يلغي الوظيفة عادةً؛ وفي بعض الحالات يكون قابلاً للعكس عند استعادة الظروف الأصلية.
- ماذا تفعل الشابرونات؟
- ترتبط الشابرونات الجزيئية بالسلاسل المطوية جزئيًا لمنع سوء الطي والتكتل وتوفر بيئة محمية للطي، دون إملاء البنية الأصلية النهائية المشفرة بواسطة التسلسل.