تاخوردگی پروتئین و چاپرونهای مولکولی
تاخوردگی پروتئین فرآیندی است که طی آن یک پلیپپتید تازه ساخته شده، ساختار سهبعدی خاص خود را که برای عملکرد ضروری است، به دست میآورد. اطلاعات لازم برای تاخوردگی در توالی اسید آمینه نهفته است، اما در داخل سلول شلوغ، بسیاری از پروتئینها نمیتوانند به طور قابل اعتماد به تنهایی تا بخورند. چاپرونهای مولکولی پروتئینهایی هستند که به زنجیرههای بازشده یا نیمهتاخورده متصل میشوند، از تجمع آنها جلوگیری میکنند و به آنها کمک میکنند تا به حالت بومی خود برسند.
Definition
تاخوردگی پروتئین، کسب کنفورماسیون سهبعدی بومی توسط یک پلیپپتید است، و چاپرونهای مولکولی پروتئینهایی هستند که با اتصال به حالتهای غیربومی، جلوگیری از تجمع، و ترویج تاخوردگی صحیح، به این فرآیند کمک میکنند، بدون اینکه بخشی از ساختار نهایی باشند.
Scope
این موضوع شامل مبانی ترمودینامیکی تاخوردگی، چشمانداز انرژی تاخوردگی و مشکل تجمع، و سیستمهای اصلی چاپرون (مانند پروتئینهای شوک حرارتی و چاپرونینها) است که به تاخوردگی کمک میکنند. این یک مرجع مولکولی است و راهنمایی بالینی ارائه نمیدهد.
Core questions
- چه چیزی شکل تاخورده یک پروتئین را تعیین میکند؟
- چرا تاخوردگی در داخل سلول دشوارتر از محلول رقیق است؟
- چاپرونها چگونه به تاخوردگی یک زنجیره کمک میکنند بدون اینکه ساختار نهایی آن را دیکته کنند؟
- چه اتفاقی میافتد وقتی تاخوردگی با شکست مواجه میشود؟
Key concepts
- کنفورماسیون بومی
- چشمانداز انرژی تاخوردگی
- فروپاشی آبگریز
- تجمع و تاخوردگی نادرست
- چاپرونهای مولکولی
- پروتئینهای شوک حرارتی (Hsp70, Hsp90)
- چاپرونینها (GroEL/GroES, TRiC/CCT)
- پروتئوستاز
Key theories
- فرضیه ترمودینامیکی آنفینسن
- ساختار بومی یک پروتئین توسط توالی اسید آمینه آن تعیین میشود و کنفورماسیون با کمترین انرژی آزاد تحت شرایط فیزیولوژیکی است، بنابراین دستورالعملهای تاخوردگی ذاتی توالی هستند.
- تاخوردگی با کمک چاپرون
- در سلول شلوغ، چاپرونها خود حاوی اطلاعات تاخوردگی نیستند، بلکه به صورت کینتیکی با اتصال موقت به مناطق آبگریز در معرض زنجیرههای غیربومی، به تاخوردگی کمک میکنند، از تجمع جلوگیری کرده و به پروتئین فرصتهای مکرر برای رسیدن به حالت بومی خود میدهند.
Mechanisms
از آنجا که تاخوردگی بومی، حالت با کمترین انرژی آزاد است که توسط توالی کدگذاری شده است (Anfinsen, 1973)، یک پلیپپتید یک چشمانداز انرژی قیفیشکل را به سمت آن حالت کاوش میکند. با این حال، غلظت بالای پروتئین در سیتوزول، بخشهای آبگریز در معرض را مستعد تجمع میکند. چاپرونهایی مانند سیستم Hsp70 به این بخشها در زنجیرههای تازه سنتز شده و دناتوره شده در اثر استرس متصل میشوند، در حالی که چاپرونینهایی مانند GroEL/GroES و TRiC/CCT یوکاریوتی، سوبستراها را در محفظهای محصور میکنند که تاخوردگی مولد را تسهیل میکند؛ چرخههای اتصال و رهاسازی با نیروی ATP، زنجیره را تا زمانی که به حالت بومی خود برسد، محافظت میکنند (Hartl & Hayer-Hartl, 2002; Hartl et al., 2011; Kim et al., 2013).
Clinical relevance
هنگامی که تاخوردگی با شکست مواجه میشود و پروتئینها دچار تاخوردگی نادرست یا تجمع میشوند، نتیجه میتواند به بیماری کمک کند، و شبکه چاپرون بخشی از سیستم گستردهتر پروتئوستاز است که تنظیم آن به عنوان مسیری برای مداخله مورد مطالعه قرار میگیرد (Balch et al., 2008). این مدخل مکانیسم طبیعی و ارتباط عمومی آن را توضیح میدهد و مبنایی برای تشخیص یا درمان نیست.
History
آزمایشهای بازتاخوردگی آنفینسن در اواسط قرن بیستم ثابت کرد که توالی، ساختار را دیکته میکند و تاخوردگی را به عنوان یک مسئله خودآرایی مطرح کرد. از اواخر دهه 1980، کشف اینکه پروتئینهای شوک حرارتی و چاپرونینها به تاخوردگی در شرایط in vivo کمک میکنند، این اصل را با واقعیت سلول شلوغ آشتی داد، و حوزه چاپرون به مفهوم مدرن پروتئوستاز گسترش یافت (Hartl et al., 2011; Balch et al., 2008).
Key figures
- Christian Anfinsen
- F. Ulrich Hartl
- Arthur Horwich
- Manajit Hayer-Hartl
Related topics
Seminal works
- anfinsen-1973
- hartl-2002
- hartl-2011
Frequently asked questions
- اگر توالی، تاخوردگی را تعیین میکند، چرا به چاپرونها نیاز است؟
- توالی همچنان ساختار نهایی را مشخص میکند، اما در سلول شلوغ، زنجیرههای نیمهتاخورده میتوانند قبل از تاخوردگی به هم بچسبند و تجمع پیدا کنند. چاپرونها از این امر جلوگیری میکنند و به زنجیره فرصتهای مکرر برای رسیدن به حالت بومی خود میدهند؛ آنها تغییری در آن حالت ایجاد نمیکنند.
- آیا چاپرونهای مولکولی همان پروتئینهایی هستند که به تاخوردگی آنها کمک میکنند؟
- خیر. چاپرونها پروتئینهای جداگانهای هستند که به طور موقت به زنجیرههای غیربومی متصل میشوند و بخشی از محصول نهایی تاخورده نیستند.