Pelipatan Protein dan Chaperone Molekuler

Pelipatan protein adalah proses di mana polipeptida yang baru terbentuk mengadopsi struktur tiga dimensi spesifiknya, yang diperlukan untuk fungsinya. Informasi untuk pelipatan terkandung dalam urutan asam amino, tetapi di dalam sel yang padat, banyak protein tidak dapat melipat dengan andal sendiri. Chaperone molekuler adalah protein yang mengikat rantai yang tidak terlipat atau sebagian terlipat, mencegahnya beragregasi, dan membantunya mencapai keadaan asli.

Definition

Pelipatan protein adalah perolehan konformasi tiga dimensi asli oleh suatu polipeptida, dan chaperone molekuler adalah protein yang membantu proses ini dengan mengikat keadaan non-asli, mencegah agregasi, dan mendorong pelipatan yang benar, tanpa menjadi bagian dari struktur akhir.

Scope

Topik ini mencakup dasar termodinamika pelipatan, lanskap energi pelipatan dan masalah agregasi, serta sistem chaperone utama (seperti protein kejut panas dan chaperonin) yang membantu pelipatan. Ini adalah referensi molekuler dan tidak memberikan panduan klinis.

Core questions

• Apa yang menentukan bentuk terlipat suatu protein?
• Mengapa pelipatan di dalam sel lebih sulit daripada dalam larutan encer?
• Bagaimana chaperone membantu rantai melipat tanpa menentukan struktur akhirnya?
• Apa yang terjadi ketika pelipatan gagal?

Key concepts

• Konformasi asli
• Lanskap energi pelipatan
• Kolaps hidrofobik
• Agregasi dan salah lipat
• Chaperone molekuler
• Protein kejut panas (Hsp70, Hsp90)
• Chaperonin (GroEL/GroES, TRiC/CCT)
• Proteostasis

Key theories

Hipotesis termodinamika Anfinsen

Struktur asli protein ditentukan oleh urutan asam aminonya dan merupakan konformasi energi bebas terendah dalam kondisi fisiologis, sehingga instruksi pelipatan bersifat intrinsik pada urutan tersebut.

Pelipatan yang dibantu chaperone

Dalam sel yang padat, chaperone tidak mengandung informasi pelipatan itu sendiri tetapi secara kinetik membantu pelipatan dengan mengikat sementara daerah hidrofobik yang terpapar pada rantai non-asli, mencegah agregasi dan memberikan protein kesempatan berulang untuk mencapai keadaan aslinya.

Mechanisms

Karena lipatan asli adalah keadaan energi bebas terendah yang dikodekan oleh urutan (Anfinsen, 1973), polipeptida menjelajahi lanskap energi berbentuk corong menuju keadaan tersebut. Namun, konsentrasi protein yang tinggi di sitosol membuat segmen hidrofobik yang terpapar rentan terhadap agregasi. Chaperone seperti sistem Hsp70 mengikat segmen-segmen ini pada rantai yang baru lahir dan rantai yang terdenaturasi akibat stres, sementara chaperonin seperti GroEL/GroES dan TRiC/CCT eukariotik menyelimuti substrat dalam ruang yang mendukung pelipatan produktif; siklus pengikatan dan pelepasan yang digerakkan ATP melindungi rantai hingga mencapai keadaan aslinya (Hartl & Hayer-Hartl, 2002; Hartl et al., 2011; Kim et al., 2013).

Clinical relevance

Ketika pelipatan gagal dan protein salah melipat atau beragregasi, hasilnya dapat berkontribusi pada penyakit, dan jaringan chaperone adalah bagian dari sistem proteostasis yang lebih luas yang penyesuaiannya dipelajari sebagai jalur intervensi (Balch et al., 2008). Entri ini menjelaskan mekanisme normal dan relevansi umumnya dan bukan merupakan dasar untuk diagnosis atau pengobatan.

History

Eksperimen pelipatan ulang Anfinsen pada pertengahan abad ke-20 menetapkan bahwa urutan menentukan struktur, membingkai pelipatan sebagai masalah perakitan mandiri. Sejak akhir 1980-an, penemuan bahwa protein kejut panas dan chaperonin membantu pelipatan secara in vivo mendamaikan prinsip ini dengan realitas sel yang padat, dan bidang chaperone berkembang menjadi konsep modern proteostasis (Hartl et al., 2011; Balch et al., 2008).

Key figures

• Christian Anfinsen
• F. Ulrich Hartl
• Arthur Horwich
• Manajit Hayer-Hartl

Seminal works

• anfinsen-1973
• hartl-2002
• hartl-2011

Frequently asked questions

Jika urutan menentukan lipatan, mengapa chaperone dibutuhkan?

Urutan masih menentukan struktur akhir, tetapi dalam sel yang padat, rantai yang sebagian terlipat dapat saling menempel dan beragregasi sebelum melipat. Chaperone mencegah hal ini dan memberikan rantai kesempatan berulang untuk mencapai keadaan aslinya; mereka tidak mengubah keadaan tersebut.

Apakah chaperone molekuler sama dengan protein yang mereka bantu lipat?

Tidak. Chaperone adalah protein terpisah yang mengikat rantai non-asli secara sementara dan bukan merupakan bagian dari produk akhir yang terlipat.