Pelipatan Protein dan Perakitan Enzim

Sebelum suatu enzim dapat mengkatalisis apa pun, rantai polipeptida yang baru disintesis harus melipat menjadi bentuk tiga dimensi yang tepat, dan banyak enzim harus selanjutnya merakit beberapa rantai menjadi kompleks fungsional. Pelipatan didorong oleh urutan asam amino tetapi dibantu dalam sel oleh pendamping molekuler, dan kegagalannya dapat menghasilkan protein yang tidak aktif atau rentan terhadap agregasi.

Definition

Pelipatan protein adalah proses di mana rantai polipeptida memperoleh struktur tiga dimensi fungsionalnya; perakitan enzim adalah asosiasi selanjutnya dari subunit yang terlipat (dan kofaktor apa pun) menjadi enzim lengkap yang aktif secara katalitik.

Scope

Entri ini mencakup dasar termodinamika pelipatan, pelipatan yang dibantu pendamping dan kontrol kualitas, perakitan subunit menjadi struktur kuarterner, serta konsekuensi dari kesalahan pelipatan dan agregasi. Ini memperlakukan pelipatan dan perakitan sebagai biokimia referensi dan bukan sumber panduan klinis.

Core questions

• Apa yang menentukan struktur terlipat suatu protein?
• Bagaimana pendamping molekuler membantu pelipatan dalam sel?
• Bagaimana enzim merakit dari beberapa subunit?
• Apa yang terjadi ketika pelipatan gagal?

Key concepts

• Keadaan asli dan minimum energi bebas
• Urutan menentukan struktur
• Pendamping molekuler
• Perakitan kuarterner subunit
• Kesalahan pelipatan dan agregasi protein
• Pembentukan amiloid
• Prediksi struktur komputasi

Key theories

Hipotesis termodinamika Anfinsen

Dalam kondisi fisiologis, konformasi asli protein dengan energi bebas terendah dikodekan oleh urutan asam aminonya, sehingga informasi pelipatan yang dibutuhkan untuk fungsi berada dalam urutan itu sendiri.

Mechanisms

Polipeptida yang baru lahir mengambil sampel konformasi dan runtuh menuju keadaan aslinya, energi bebas terendah, dengan urutan yang menentukan keadaan tersebut dalam kondisi seluler. Karena sel yang padat mendukung kesalahan pelipatan dan agregasi, pendamping molekuler mengikat daerah hidrofobik yang terbuka, mencegah asosiasi yang tidak tepat, dan memberikan rantai kesempatan berulang untuk melipat dengan benar, sementara sistem kontrol kualitas mendegradasi yang gagal. Banyak enzim kemudian merakit subunit yang terlipat, dan mengikat kofaktor yang diperlukan, untuk membentuk holoenzim aktif. Ketika pelipatan salah, protein dapat kehilangan aktivitas atau berubah menjadi agregat teratur seperti fibril amiloid. Kemajuan dalam prediksi komputasi sekarang memungkinkan inferensi akurat dari struktur terlipat langsung dari urutan.

Clinical relevance

Kesalahan pelipatan dan agregasi protein adalah ciri dari berbagai penyakit manusia, sehingga memahami pelipatan dan kontrol kualitasnya merupakan latar belakang penting untuk penelitian biomedis. Entri ini menjelaskan biologi pelipatan dan perakitan untuk referensi dan bukan dasar untuk diagnosis atau pengobatan.

History

Eksperimen pelipatan ulang Anfinsen, yang disintesis dalam laporannya tahun 1973, menetapkan bahwa urutan mengkode struktur dan menimbulkan teka-teki tentang bagaimana pelipatan terjadi begitu cepat. Penemuan selanjutnya dari pendamping molekuler menunjukkan bahwa, meskipun termodinamika mengatur tujuan, sel secara aktif membantu jalur dan menjaga terhadap agregasi (Tyedmers dan rekan, 2010). Pekerjaan tentang kesalahan pelipatan mengaitkan pelipatan aberan dengan penyakit amiloid (Chiti dan Dobson, 2006; Knowles dan rekan, 2014), dan metode pembelajaran mendalam kemudian mencapai prediksi struktur yang akurat dari urutan (Jumper dan rekan, 2021).

Key figures

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

Seminal works

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

Frequently asked questions

Apakah urutan protein benar-benar mengandung semua informasi yang dibutuhkan untuk melipat?

Dalam kondisi fisiologis, struktur asli adalah keadaan energi bebas terendah dari urutan, sehingga informasi pelipatan dikodekan dalam urutan; namun, dalam sel yang padat, pendamping seringkali diperlukan untuk mencapai keadaan tersebut secara efisien dan menghindari agregasi.

Mengapa perakitan enzim penting untuk aktivitas?

Banyak enzim aktif hanya sebagai kompleks multi-subunit yang terlipat dengan kofaktornya; pelipatan dan perakitan yang benar adalah prasyarat untuk membentuk situs aktif yang utuh.