Protein Katlanması ve Enzim Birleşimi
Bir enzim herhangi bir şeyi katalizlemeden önce, yeni sentezlenmiş polipeptit zincirinin hassas bir üç boyutlu şekle katlanması gerekmektedir; ayrıca birçok enzim, işlevsel bir kompleks oluşturmak üzere birkaç zinciri bir araya getirmelidir. Katlanma, amino asit dizisi tarafından yönlendirilmekle birlikte, hücrede moleküler şaperonlar tarafından desteklenmektedir ve bu sürecin başarısızlığı, inaktif veya agregasyona eğilimli proteinlerin oluşumuna yol açabilmektedir.
Tanım
Protein katlanması, bir polipeptit zincirinin işlevsel üç boyutlu yapısını kazandığı süreç olarak tanımlanmaktadır; enzim birleşimi ise, katlanmış alt birimlerin (ve varsa kofaktörlerin) tam, katalitik olarak aktif enzimi oluşturmak üzere sonraki birleşimidir.
Kapsam
Bu madde, katlanmanın termodinamik temelini, şaperon destekli katlanmayı ve kalite kontrolünü, alt birimlerin dördüncül yapılara birleşimini ve yanlış katlanma ile agregasyonun sonuçlarını kapsamaktadır. Katlanma ve birleşimi referans biyokimyası olarak ele almakta olup, klinik bir rehberlik kaynağı değildir.
Temel sorular
- Bir proteinin katlanmış yapısını ne belirler?
- Moleküler şaperonlar hücrede katlanmaya nasıl yardımcı olur?
- Enzimler çoklu alt birimlerden nasıl birleşir?
- Katlanma başarısız olduğunda ne olur?
Anahtar kavramlar
- Doğal durum ve serbest enerji minimumu
- Dizi yapıyı belirler
- Moleküler şaperonlar
- Alt birimlerin dördüncül birleşimi
- Protein yanlış katlanması ve agregasyonu
- Amiloid oluşumu
- Hesaplamalı yapı tahmini
Temel kuramlar
- Anfinsen'in termodinamik hipotezi
- Fizyolojik koşullar altında bir proteinin doğal, en düşük serbest enerji konformasyonu amino asit dizisi tarafından kodlanmaktadır; bu nedenle işlev için gerekli katlanma bilgisi dizinin kendisinde bulunmaktadır.
Mekanizmalar
Yeni oluşan bir polipeptit, konformasyonları örneklemekte ve hücresel koşullar altında dizinin bu durumu belirlemesiyle, doğal, en düşük serbest enerji durumuna doğru çökmektedir. Kalabalık hücreler yanlış katlanmayı ve agregasyonu desteklediği için, moleküler şaperonlar açıkta kalan hidrofobik bölgelere bağlanmakta, uygunsuz birleşmeleri önlemekte ve zincirlere doğru katlanmaları için tekrar tekrar şans vermektedir; başarısız olanlar ise kalite kontrol sistemleri tarafından parçalanmaktadır. Birçok enzim daha sonra katlanmış alt birimlerini birleştirmekte ve aktif holoenzimi oluşturmak için gerekli kofaktörleri bağlamaktadır. Katlanma yanlış gittiğinde, proteinler aktivitesini kaybedebilir veya amiloid fibriller gibi düzenli agregatlara dönüşebilir. Hesaplamalı tahminlerdeki gelişmeler, artık katlanmış yapıların doğrudan diziden doğru bir şekilde çıkarılmasına olanak tanımaktadır.
Klinik önem
Protein yanlış katlanması ve agregasyonu, bir dizi insan hastalığının özellikleridir; bu nedenle katlanmayı ve kalite kontrolünü anlamak, biyomedikal araştırmalar için önemli bir arka plan oluşturmaktadır. Bu madde, referans amacıyla katlanma ve birleşimin biyolojisini açıklamakta olup, tanı veya tedavi için bir temel değildir.
Tarihçe
Anfinsen'in 1973 tarihli çalışmasında sentezlenen yeniden katlanma deneyleri, dizinin yapıyı kodladığını ortaya koymuş ve katlanmanın bu kadar hızlı nasıl gerçekleştiği sorusunu gündeme getirmiştir. Moleküler şaperonların daha sonraki keşfi, termodinamik hedefe hükmetse de, hücrenin yolu aktif olarak desteklediğini ve agregasyona karşı koruduğunu göstermiştir (Tyedmers ve colleagues, 2010). Yanlış katlanma üzerine yapılan çalışmalar, anormal katlanmayı amiloid hastalığına bağlamıştır (Chiti ve Dobson, 2006; Knowles ve colleagues, 2014) ve derin öğrenme yöntemleri daha sonra diziden doğru yapı tahminini başarmıştır (Jumper ve colleagues, 2021).
Öne çıkan isimler
- Christian B. Anfinsen
- Christopher M. Dobson
- F. Ulrich Hartl
İlgili konular
Temel eserler
- anfinsen-1973
- chiti-2006
- jumper-2021
Sıkça sorulan sorular
- Bir proteinin dizisi, katlanmak için gereken tüm bilgiyi gerçekten içerir mi?
- Fizyolojik koşullar altında doğal yapı, dizinin en düşük serbest enerji durumudur; bu nedenle katlanma bilgisi dizide kodlanmıştır. Ancak kalabalık hücrede, o duruma verimli bir şekilde ulaşmak ve agregasyonu önlemek için sıklıkla şaperonlara ihtiyaç duyulmaktadır.
- Enzim birleşimi aktivite için neden önemlidir?
- Birçok enzim, yalnızca kofaktörleri yerinde olan katlanmış, çok alt birimli kompleksler olarak aktiftir; doğru katlanma ve birleşme, sağlam aktif bölgenin oluşumu için ön koşullardır.