प्रोटीन फोल्डिंग और स्थिरता
एक असंरचित पॉलीपेप्टाइड श्रृंखला अपनी अद्वितीय मूल फोल्ड तक कैसे पहुँचती है, और क्या उस फोल्ड को मामूली लेकिन विश्वसनीय रूप से स्थिर बनाता है, इसकी भौतिक समस्या।
Definition
प्रोटीन फोल्डिंग वह प्रक्रिया है जिसके द्वारा एक पॉलीपेप्टाइड श्रृंखला अपनी कार्यात्मक त्रि-आयामी संरचना को अपनाती है; स्थिरता उस मूल अवस्था और अमुड़ी हुई समूह के बीच मुक्त-ऊर्जा अंतर है।
Scope
यह विषय फोल्डिंग को एक थर्मोडायनामिक और गतिज समस्या के रूप में मानता है: मुक्त-ऊर्जा संतुलन जो मूल अवस्था को स्थिर करता है, मुड़ी हुई और अमुड़ी हुई अवस्थाओं के बीच सहकारी दो-राज्य-जैसा संक्रमण, और जिस तरह से श्रृंखलाएं खगोलीय संख्या में संभावित संरूपणों के बावजूद अपनी मूल संरचना को जल्दी से ढूंढ लेती हैं। इसमें स्थिरता माप और ऊर्जा-परिदृश्य चित्र शामिल हैं, लेकिन चैपरोन-सहायता प्राप्त फोल्डिंग और एकत्रीकरण रोगों को पड़ोसी क्षेत्रों के लिए छोड़ देता है।
Core questions
- कौन से मुक्त-ऊर्जा योगदान एक मुड़े हुए प्रोटीन को स्थिर बनाते हैं, और शुद्ध स्थिरता आमतौर पर कम क्यों होती है?
- एक श्रृंखला सभी संरूपणों की खोज किए बिना अपनी मूल संरचना का पता कैसे लगाती है (लेविंथल का विरोधाभास)?
- फोल्डिंग अक्सर एक सहकारी, लगभग दो-राज्य संक्रमण के रूप में क्यों व्यवहार करती है?
- संरचनात्मक स्थिरता को प्रयोगात्मक रूप से कैसे मापा जाता है?
Key theories
- थर्मोडायनामिक परिकल्पना
- मूल संरचना अमीनो एसिड अनुक्रम द्वारा निर्धारित वैश्विक मुक्त-ऊर्जा न्यूनतम है, जैसा कि विकृत राइबोन्यूक्लिज़ के एंफिन्सन के प्रतिवर्ती रीफोल्डिंग द्वारा दिखाया गया है।
- फोल्डिंग-फ़नल परिदृश्य
- फोल्डिंग एक फ़नल-आकार के मुक्त-ऊर्जा परिदृश्य में एक पक्षपाती अवरोहण है, जो लेविंथल के विरोधाभास को हल करता है क्योंकि कई आंशिक रूप से मुड़े हुए मार्ग एक अंधा यादृच्छिक खोज के बजाय मूल न्यूनतम की ओर नीचे की ओर ले जाते हैं।
Mechanisms
मूल स्थिरता कुल कमजोर अंतःक्रियाओं—हाइड्रोजन बंधन, वैन डेर वाल्स पैकिंग, साल्ट ब्रिज, और गैर-ध्रुवीय अवशेषों का हाइड्रोफोबिक दफन—से उत्पन्न होती है, जो फोल्डिंग पर खोई हुई बड़ी संरूपणात्मक एन्ट्रापी द्वारा ऑफसेट होती है, जिससे प्रति मोल केवल दसियों किलोजूल का शुद्ध स्थिरीकरण होता है। फोल्डिंग एक फ़नल-आकार के परिदृश्य के साथ माध्यमिक संरचना और हाइड्रोफोबिक पतन के प्रगतिशील गठन द्वारा आगे बढ़ती है, ताकि श्रृंखला जैविक समय-सीमा पर मूल बेसिन तक पहुंच सके। विकृतीकारक, तापमान, या पीएच संतुलन को स्थानांतरित करते हैं, और परिणामी अनफोल्डिंग संक्रमणों का उपयोग स्थिरता को मापने के लिए किया जाता है।
Clinical relevance
फोल्डिंग दक्षता और स्थिरता इस बात के लिए केंद्रीय हैं कि कुछ अनुक्रम क्यों एकत्रित होते हैं या गलत तरीके से मुड़ते हैं, एक ऐसा विषय जो प्रोटीन-संरचनात्मक विकारों से जुड़ा है; अंतर्निहित भौतिकी को समझना उस जीव विज्ञान के लिए शैक्षिक पृष्ठभूमि है न कि नैदानिक मार्गदर्शन।
History
1960 के दशक में एंफिन्सन के रीफोल्डिंग प्रयोगों ने थर्मोडायनामिक परिकल्पना स्थापित की; लेविंथल ने तब इस विरोधाभास को तैयार किया कि विशाल संरूपणात्मक स्थान के बावजूद फोल्डिंग कितनी तेजी से हो सकती है, जिसे 1990 के दशक में विकसित ऊर्जा-परिदृश्य और फोल्डिंग-फ़नल चित्र ने हल किया।
Key figures
- Christian Anfinsen
- Cyrus Levinthal
- Ken Dill
- Peter Wolynes
Related topics
Seminal works
- anfinsen1973
- dillchan1997
Frequently asked questions
- लेविंथल का विरोधाभास क्या है?
- यह वह अवलोकन है कि एक प्रोटीन सभी संभावित संरूपणों का यादृच्छिक रूप से नमूना लेकर फोल्ड नहीं हो सकता है, क्योंकि इसमें खगोलीय रूप से लंबा समय लगेगा, फिर भी वास्तविक प्रोटीन माइक्रोसेकंड से सेकंड में फोल्ड होते हैं—जिसका अर्थ है कि फोल्डिंग पक्षपाती, नीचे की ओर के मार्गों का अनुसरण करती है।
- क्या मुड़े हुए प्रोटीन बहुत स्थिर होते हैं?
- आमतौर पर केवल मामूली रूप से; अमुड़ी हुई समूह की तुलना में मूल अवस्था को स्थिर करने वाली शुद्ध मुक्त ऊर्जा आमतौर पर मामूली होती है, जो प्रोटीन को प्रतिवर्ती रूप से फोल्ड होने और कार्य करने के लिए पर्याप्त लचीला रहने देती है।