Pelipatan Protein

Pelipatan protein adalah proses di mana rantai polipeptida mencapai struktur tiga dimensi fungsionalnya, diatur oleh termodinamika dan dibantu dalam sel oleh kaperon molekuler.

Definition

Pelipatan protein adalah proses spontan atau terbantu di mana polipeptida yang tidak terstruktur mengadopsi konformasi aslinya yang aktif secara biologis, yang sebagian besar ditentukan oleh urutan asam aminonya dalam kondisi fisiologis.

Scope

Topik ini mencakup dasar termodinamika pelipatan, kandungan informasi dari urutan asam amino, teka-teki kinetik tentang bagaimana pelipatan terjadi dengan cepat, gambaran lanskap energi (corong), denaturasi dan pelipatan kembali, serta mesin seluler—kaperon—yang membantu pelipatan. Ini memperlakukan pelipatan sebagai masalah fisik-kimia.

Core questions

• Apakah urutan asam amino saja yang menentukan struktur asli?
• Bagaimana protein dapat melipat dengan cepat meskipun ada jumlah konformasi yang sangat banyak?
• Gaya termodinamika apa yang mendorong pelipatan?
• Apa yang salah ketika protein salah melipat (misfold)?

Key theories

Hipotesis termodinamika Anfinsen

Anfinsen menunjukkan bahwa protein yang terdenaturasi dapat melipat kembali ke keadaan aslinya secara in vitro, menyimpulkan bahwa struktur asli adalah konformasi paling stabil secara termodinamika yang sepenuhnya dikodekan oleh urutan asam amino.

Paradoks Levinthal dan corong pelipatan

Levinthal mencatat bahwa pengambilan sampel acak dari semua konformasi akan memakan waktu lebih lama dari usia alam semesta, menyiratkan bahwa pelipatan mengikuti jalur yang ditentukan; resolusi modern adalah lanskap energi berbentuk corong yang memandu rantai menuju keadaan asli.

Mechanisms

Pelipatan didorong terutama oleh efek hidrofobik, yang mengubur rantai samping nonpolar menjauh dari air, dengan ikatan hidrogen, pengepakan van der Waals, dan interaksi elektrostatik yang memberikan spesifisitas. Daripada mencari semua konformasi, rantai tersebut menuruni lanskap energi bebas berbentuk corong menuju minimum asli; dalam sel, kaperon seperti sistem Hsp70 dan kaperonin mencegah agregasi dan membantu pelipatan tanpa menentukan struktur akhir.

Clinical relevance

Masalah pelipatan dan rekan misfolding-nya adalah dasar bagi kimia protein dan prediksi struktur komputasi; misfolding dan agregasi menggambarkan mengapa fidelitas pelipatan itu penting. Perlakuan ini bersifat mekanistik dan non-preskriptif.

History

Eksperimen pelipatan kembali ribonuklease Anfinsen pada awal 1960-an menetapkan hipotesis termodinamika; Levinthal mengartikulasikan paradoks kinetik pada tahun 1969; dan pandangan lanskap energi berkembang sepanjang tahun 1990-an mendamaikan pelipatan cepat dengan ruang konformasi yang luas.

Key figures

• Christian Anfinsen
• Cyrus Levinthal
• Ken Dill
• Peter Wolynes

Seminal works

• anfinsen1973
• levinthal1969
• dill2012

Frequently asked questions

Apa itu denaturasi protein?

Denaturasi adalah hilangnya struktur terlipat protein—disebabkan oleh panas, perubahan pH, atau agen kimia—yang biasanya menghilangkan fungsi; dalam beberapa kasus, hal itu dapat dibalik setelah mengembalikan kondisi asli.

Apa yang dilakukan kaperon?

Kaperon molekuler mengikat rantai yang sebagian terlipat untuk mencegah kesalahan pelipatan dan agregasi serta menyediakan lingkungan yang terlindungi untuk pelipatan, tanpa mendikte struktur asli akhir yang dikodekan oleh urutan.