بنية البروتين

تُنظم البروتينات بشكل هرمي، بدءًا من تسلسل الأحماض الأمينية وصولًا إلى التجمعات متعددة الوحدات الفرعية، وتُعد هذه البنية هي ما يمنح كل بروتين وظيفته المحددة.

Definition

بنية البروتين هي الترتيب المكاني لذرات عديد الببتيد، وتوصف على أربعة مستويات: التسلسل الأولي، والعناصر الثانوية مثل اللوالب ألفا والصفائح بيتا، والطي الثلاثي الأبعاد الثالثي لسلسلة واحدة، والتجمع الرباعي للوحدات الفرعية.

Scope

يغطي هذا الموضوع المستويات الأربعة التقليدية لبنية البروتين—الأولية (التسلسل)، والثانوية (الأنماط المحلية المرتبطة بالروابط الهيدروجينية)، والثالثية (الطي الكامل لسلسلة واحدة)، والرباعية (تجمع سلاسل متعددة)—بالإضافة إلى الروابط والتفاعلات التي تحدد كل مستوى والأساليب التجريبية المستخدمة لتحديد البنية.

Core questions

• ما الذي يثبت اللولب ألفا والصفائح بيتا؟
• كيف يكون التسلسل الأولي كافياً لتحديد الطي الثالثي؟
• ما الفرق بين البروتينات الليفية والبروتينات الكروية؟
• كيف تُحدد بنى البروتينات تجريبياً؟

Key theories

البنى الثانوية المرتبطة بالروابط الهيدروجينية

توقع بولينج وكوري اللولب ألفا والصفائح بيتا من استواء الرابطة الببتيدية وهندسة الترابط الهيدروجيني للعمود الفقري، قبل ملاحظة أي منهما، مما أرسى الأساس الفيزيائي للبنية الثانوية المنتظمة.

Mechanisms

الرابطة الببتيدية مستوية وذات رابطة مزدوجة جزئية، مما يقيد دوران العمود الفقري عند زاويتي الدوران فاي (phi) وبساي (psi) الموضحتين في مخطط راماكندرن (Ramachandran plot). تتشكل البنى الثانوية عندما ترتبط مجموعات الأميد والكربونيل في العمود الفقري بروابط هيدروجينية بأنماط منتظمة؛ وتستقر البنية الثالثية بفعل التأثير الكاره للماء الذي يدفن السلاسل الجانبية غير القطبية، بالإضافة إلى الروابط الهيدروجينية، والجسور الملحية، وتلامسات فان دير فالس، وأحيانًا روابط ثاني الكبريتيد.

Clinical relevance

يُعد تحديد البنية بواسطة حيود الأشعة السينية، والرنين المغناطيسي النووي (NMR)، والمجهر الإلكتروني بالتبريد أساسًا للتصميم القائم على البنية في الكيمياء وعلوم المواد؛ وقد أصبح التنبؤ الحسابي للبنية أداة رئيسية لربط التسلسل بالطي. هذا العلاج وصفي، وليس إرشاديًا.

History

اقترح بولينج وكوري اللولب ألفا والصفائح بيتا في عام 1951؛ وكانت بنية الميوغلوبين التي حددها كيندرو عام 1958 أول نموذج بروتيني بدقة ذرية، تبعها بعد فترة وجيزة الهيموغلوبين الذي حدده بيروتز، مما أكد البنى الثانوية المتوقعة وأطلق علم البيولوجيا البنيوية.

Key figures

• Linus Pauling
• Robert Corey
• John Kendrew
• Max Perutz
• G. N. Ramachandran

Seminal works

• pauling1951
• kendrew1958
• nelson2021

Frequently asked questions

ما الفرق بين اللولب ألفا والصفائح بيتا؟

اللولب ألفا هو سلسلة واحدة ملتفة بروابط هيدروجينية داخل نفس الجزء من العمود الفقري، بينما تقوم الصفائح بيتا بمحاذاة سلاسل ممتدة جنبًا إلى جنب، مرتبطة بروابط هيدروجينية عبر السلاسل.

لماذا الرابطة الببتيدية مستوية؟

يمنح الرنين رابطة C–N الببتيدية خاصية الرابطة المزدوجة الجزئية، مما يمنع الدوران حولها ويحافظ على الذرات الست للوحدة الببتيدية في مستوى واحد.