تاخوردگی و پایداری پروتئین
مسئله فیزیکی اینکه چگونه یک زنجیره پلیپپتیدی بدون ساختار به تاخوردگی بومی منحصر به فرد خود میرسد و چه چیزی آن تاخوردگی را به طور جزئی اما قابل اعتماد پایدار میکند.
Definition
تاخوردگی پروتئین فرآیندی است که طی آن یک زنجیره پلیپپتیدی ساختار سهبعدی عملکردی خود را به دست میآید؛ پایداری تفاوت انرژی آزاد بین آن حالت بومی و مجموعه بازشده است.
Scope
این موضوع تاخوردگی را به عنوان یک مسئله ترمودینامیکی و کینتیکی بررسی میکند: تعادل انرژی آزاد که حالت بومی را پایدار میکند، گذار تعاونی شبه دوحالتی بین اشکال تاخورده و بازشده، و نحوه یافتن سریع ساختار بومی توسط زنجیرهها با وجود تعداد نجومی از کنفورماسیونهای ممکن. این موضوع اندازهگیریهای پایداری و تصویر چشمانداز انرژی را پوشش میدهد، اما تاخوردگی با کمک چاپرون و بیماریهای تودهای شدن را به حوزههای همسایه واگذار میکند.
Core questions
- چه مشارکتهای انرژی آزادی یک پروتئین تاخورده را پایدار میکند و چرا پایداری خالص معمولاً کم است؟
- چگونه یک زنجیره ساختار بومی خود را بدون جستجوی تمام کنفورماسیونها پیدا میکند (پارادوکس لوینتال)؟
- چرا تاخوردگی اغلب به عنوان یک گذار تعاونی، تقریباً دوحالتی عمل میکند؟
- پایداری کنفورماسیونی چگونه به صورت تجربی اندازهگیری میشود؟
Key theories
- فرضیه ترمودینامیکی
- ساختار بومی حداقل انرژی آزاد جهانی است که توسط توالی اسید آمینه تعیین میشود، همانطور که با بازتاخوردگی برگشتپذیر ریبونوکلئاز دناتوره شده توسط آنفینسن نشان داده شد.
- چشمانداز قیف تاخوردگی
- تاخوردگی یک نزول جهتدار در یک چشمانداز انرژی آزاد قیفی شکل است که پارادوکس لوینتال را حل میکند، زیرا بسیاری از مسیرهای تاخورده جزئی به سمت حداقل بومی هدایت میشوند تا یک جستجوی تصادفی کور.
Mechanisms
پایداری بومی از مجموع برهمکنشهای ضعیف – پیوندهای هیدروژنی، بستهبندی واندروالسی، پلهای نمکی، و دفن آبگریز باقیماندههای غیرقطبی – ناشی میشود که با از دست دادن آنتروپی کنفورماسیونی زیاد در هنگام تاخوردگی جبران میشود و منجر به پایداری خالص تنها دهها کیلوژول در مول میشود. تاخوردگی با تشکیل تدریجی ساختار ثانویه و فروپاشی آبگریز در طول یک چشمانداز قیفی شکل پیش میرود، به طوری که زنجیره در مقیاسهای زمانی بیولوژیکی به حوضه بومی میرسد. دناتورانتها، دما یا pH تعادل را تغییر میدهند و گذارهای بازشدگی حاصل برای کمیسازی پایداری استفاده میشوند.
Clinical relevance
کارایی تاخوردگی و پایداری برای اینکه چرا برخی توالیها تجمع مییابند یا اشتباه تا میخورند، که موضوعی مرتبط با اختلالات کنفورماسیونی پروتئین است، محوری هستند؛ درک فیزیک زیربنایی، پیشزمینه آموزشی برای آن زیستشناسی است تا راهنمایی بالینی.
History
آزمایشهای بازتاخوردگی آنفینسن در دهه ۱۹۶۰ فرضیه ترمودینامیکی را بنیان نهاد؛ سپس لوینتال پارادوکس چگونگی سریع بودن تاخوردگی با وجود فضای کنفورماسیونی وسیع را مطرح کرد، که تصویر چشمانداز انرژی و قیف تاخوردگی که در دهه ۱۹۹۰ توسعه یافت، آن را حل کرد.
Key figures
- Christian Anfinsen
- Cyrus Levinthal
- Ken Dill
- Peter Wolynes
Related topics
Seminal works
- anfinsen1973
- dillchan1997
Frequently asked questions
- پارادوکس لوینتال چیست؟
- این مشاهدهای است که یک پروتئین نمیتواند با نمونهبرداری تصادفی از تمام کنفورماسیونهای ممکن تا بخورد، زیرا این کار به طور نجومی طولانی خواهد بود، با این حال پروتئینهای واقعی در میکروثانیه تا ثانیه تا میخورند – که نشان میدهد تاخوردگی از مسیرهای جهتدار و سراشیبی پیروی میکند.
- آیا پروتئینهای تاخورده بسیار پایدار هستند؟
- معمولاً فقط به طور جزئی؛ انرژی آزاد خالص که حالت بومی را نسبت به مجموعه بازشده پایدار میکند، معمولاً متوسط است، که به پروتئینها اجازه میدهد به طور برگشتپذیر تا بخورند و به اندازه کافی انعطافپذیر بمانند تا عملکرد خود را انجام دهند.