प्रोटीन फोल्डिंग और एंजाइम असेंबली

इससे पहले कि कोई एंजाइम किसी भी चीज को उत्प्रेरित कर सके, उसकी नव-संश्लेषित पॉलीपेप्टाइड श्रृंखला को एक सटीक त्रि-आयामी आकार में मोड़ना चाहिए, और कई एंजाइमों को एक कार्यात्मक कॉम्प्लेक्स में कई श्रृंखलाओं को और अधिक इकट्ठा करना चाहिए। फोल्डिंग अमीनो-एसिड अनुक्रम द्वारा संचालित होती है, लेकिन कोशिका में आणविक चैपरोन द्वारा सहायता प्राप्त होती है, और इसकी विफलता निष्क्रिय या एकत्रीकरण-प्रवण प्रोटीन उत्पन्न कर सकती है।

Definition

प्रोटीन फोल्डिंग वह प्रक्रिया है जिसके द्वारा एक पॉलीपेप्टाइड श्रृंखला अपनी कार्यात्मक त्रि-आयामी संरचना प्राप्त करती है; एंजाइम असेंबली मुड़ी हुई उप-इकाइयों (और किसी भी सहकारक) का पूर्ण, उत्प्रेरक रूप से सक्रिय एंजाइम में बाद का जुड़ाव है।

Scope

यह प्रविष्टि फोल्डिंग के थर्मोडायनामिक आधार, चैपरोन-सहायता प्राप्त फोल्डिंग और गुणवत्ता नियंत्रण, उप-इकाइयों का चतुर्धातुक संरचनाओं में संयोजन, और गलत फोल्डिंग और एकत्रीकरण के परिणामों को कवर करती है। यह फोल्डिंग और असेंबली को संदर्भ जैव रसायन के रूप में मानती है और नैदानिक मार्गदर्शन का स्रोत नहीं है।

Core questions

• एक प्रोटीन की मुड़ी हुई संरचना को क्या निर्धारित करता है?
• आणविक चैपरोन कोशिका में फोल्डिंग में कैसे सहायता करते हैं?
• एंजाइम कई उप-इकाइयों से कैसे इकट्ठा होते हैं?
• जब फोल्डिंग विफल हो जाती है तो क्या होता है?

Key concepts

• देशी अवस्था और मुक्त-ऊर्जा न्यूनतम
• अनुक्रम संरचना निर्धारित करता है
• आणविक चैपरोन
• उप-इकाइयों का चतुर्धातुक संयोजन
• प्रोटीन की गलत फोल्डिंग और एकत्रीकरण
• एमाइलॉइड गठन
• कम्प्यूटेशनल संरचना भविष्यवाणी

Key theories

एनफिन्सन की थर्मोडायनामिक परिकल्पना

शारीरिक परिस्थितियों में एक प्रोटीन की मूल, निम्नतम-मुक्त-ऊर्जा अनुरूपता उसके अमीनो-एसिड अनुक्रम द्वारा एन्कोड की जाती है, इसलिए कार्य के लिए आवश्यक फोल्डिंग जानकारी स्वयं अनुक्रम में निहित होती है।

Mechanisms

एक नवजात पॉलीपेप्टाइड अनुरूपताओं का नमूना लेता है और अपनी मूल, निम्नतम-मुक्त-ऊर्जा अवस्था की ओर ढह जाता है, जिसमें अनुक्रम कोशिकीय परिस्थितियों में उस अवस्था को निर्दिष्ट करता है। क्योंकि भीड़-भाड़ वाली कोशिकाएं गलत फोल्डिंग और एकत्रीकरण का पक्ष लेती हैं, आणविक चैपरोन उजागर हाइड्रोफोबिक क्षेत्रों को बांधते हैं, अनुचित जुड़ावों को रोकते हैं, और श्रृंखलाओं को सही ढंग से मोड़ने के लिए बार-बार अवसर देते हैं, जबकि गुणवत्ता-नियंत्रण प्रणालियां उन लोगों को नीचा दिखाती हैं जो विफल हो जाते हैं। कई एंजाइम तब अपनी मुड़ी हुई उप-इकाइयों को इकट्ठा करते हैं, और सक्रिय होलोएंजाइम बनाने के लिए आवश्यक सहकारकों को बांधते हैं। जब फोल्डिंग गलत हो जाती है, तो प्रोटीन गतिविधि खो सकते हैं या एमाइलॉइड फाइब्रिल्स जैसे व्यवस्थित समुच्चय में परिवर्तित हो सकते हैं। कम्प्यूटेशनल भविष्यवाणी में प्रगति अब अनुक्रम से सीधे मुड़ी हुई संरचनाओं के सटीक अनुमान की अनुमति देती है।

Clinical relevance

प्रोटीन की गलत फोल्डिंग और एकत्रीकरण मानव रोगों की एक श्रृंखला की विशेषताएं हैं, इसलिए फोल्डिंग और इसके गुणवत्ता नियंत्रण को समझना बायोमेडिकल अनुसंधान के लिए महत्वपूर्ण पृष्ठभूमि है। यह प्रविष्टि संदर्भ के लिए फोल्डिंग और असेंबली के जीव विज्ञान का वर्णन करती है और निदान या उपचार का आधार नहीं है।

History

एनफिन्सन के रिफोल्डिंग प्रयोगों, जो उनके 1973 के विवरण में संश्लेषित किए गए थे, ने स्थापित किया कि अनुक्रम संरचना को एन्कोड करता है और यह पहेली प्रस्तुत की कि फोल्डिंग इतनी तेजी से कैसे होती है। आणविक चैपरोन की बाद की खोज से पता चला कि, हालांकि थर्मोडायनामिक्स गंतव्य को नियंत्रित करता है, कोशिका सक्रिय रूप से मार्ग में सहायता करती है और एकत्रीकरण से बचाती है (टाइडमर्स और सहकर्मी, 2010)। गलत फोल्डिंग पर काम ने असामान्य फोल्डिंग को एमाइलॉइड रोग से जोड़ा (चिटी और डोबसन, 2006; नोल्स और सहकर्मी, 2014), और डीप-लर्निंग विधियों ने बाद में अनुक्रम से सटीक संरचना भविष्यवाणी हासिल की (जम्पर और सहकर्मी, 2021)।

Key figures

• Christian B. Anfinsen
• Christopher M. Dobson
• F. Ulrich Hartl

Seminal works

• anfinsen-1973
• chiti-2006
• jumper-2021

Frequently asked questions

क्या प्रोटीन के अनुक्रम में वास्तव में फोल्ड करने के लिए आवश्यक सभी जानकारी होती है?

शारीरिक परिस्थितियों में मूल संरचना अनुक्रम की निम्नतम-मुक्त-ऊर्जा अवस्था होती है, इसलिए फोल्डिंग जानकारी अनुक्रम में एन्कोड की जाती है; हालांकि, भीड़-भाड़ वाली कोशिका में, उस अवस्था तक कुशलता से पहुंचने और एकत्रीकरण से बचने के लिए अक्सर चैपरोन की आवश्यकता होती है।

एंजाइम असेंबली गतिविधि के लिए क्यों मायने रखती है?

कई एंजाइम केवल अपने सहकारकों के साथ मुड़े हुए, बहु-उप-इकाई परिसरों के रूप में सक्रिय होते हैं; सही फोल्डिंग और असेंबली अखंड सक्रिय साइट बनाने के लिए पूर्व-आवश्यकताएं हैं।