Protein Katlanması
Protein katlanması, bir polipeptit zincirinin termodinamik tarafından yönetilen ve hücre içinde moleküler şaperonlar tarafından desteklenen işlevsel üç boyutlu yapısına ulaşma sürecidir.
Tanım
Protein katlanması, yapılandırılmamış bir polipeptidin fizyolojik koşullar altında büyük ölçüde amino asit dizisi tarafından belirlenen doğal, biyolojik olarak aktif konformasyonunu kendiliğinden veya destekli olarak benimseme sürecidir.
Kapsam
Bu konu, katlanmanın termodinamik temelini, amino asit dizisinin bilgi içeriğini, katlanmanın nasıl hızlı gerçekleştiğine dair kinetik bilmeceyi, enerji-peyzajı (huni) resmini, denatürasyon ve yeniden katlanmayı ve katlanmaya yardımcı olan hücresel mekanizmayı—şaperonları—kapsamaktadır. Katlanmayı fiziksel-kimyasal bir problem olarak ele almaktadır.
Temel sorular
- Amino asit dizisi tek başına doğal yapıyı belirler mi?
- Bir protein, astronomik sayıda olası konformasyona rağmen nasıl hızlı katlanabilir?
- Katlanmayı hangi termodinamik kuvvetler yönlendirir?
- Proteinler yanlış katlandığında ne ters gider?
Temel kuramlar
- Anfinsen's thermodynamic hypothesis
- Anfinsen, denatüre olmuş bir proteinin in vitro koşullarda doğal durumuna yeniden katlanabileceğini göstermiş ve doğal yapının, amino asit dizisi tarafından tamamen kodlanmış, termodinamik olarak en kararlı konformasyon olduğu sonucuna varmıştır.
- Levinthal's paradox and the folding funnel
- Levinthal, tüm konformasyonların rastgele örneklenmesinin evrenin yaşından daha uzun süreceğini belirtmiş, bu da katlanmanın belirli yolları izlediğini ima etmiştir; modern çözüm, zinciri doğal duruma doğru yönlendiren huni şeklinde bir enerji peyzajıdır.
Mekanizmalar
Katlanma öncelikli olarak, apolar yan zincirleri sudan uzaklaştıran hidrofobik etki tarafından yönlendirilmektedir; hidrojen bağları, van der Waals paketlenmesi ve elektrostatik etkileşimler özgüllük sağlamaktadır. Zincir, tüm konformasyonları aramak yerine, hunili bir serbest enerji peyzajında doğal minimuma doğru inmektedir; hücrelerde, Hsp70 ve şaperonin sistemleri gibi şaperonlar agregasyonu önlemekte ve son yapıyı belirlemeden katlanmaya yardımcı olmaktadır.
Klinik önem
Katlanma problemi ve bunun yanlış katlanma karşılığı, protein kimyası ve hesaplamalı yapı tahmini için temel niteliktedir; yanlış katlanma ve agregasyon, katlanma doğruluğunun neden önemli olduğunu göstermektedir. Bu ele alış mekanistik olup reçeteleyici değildir.
Tarihçe
Anfinsen'in 1960'ların başında yaptığı ribonükleaz yeniden katlanma deneyleri termodinamik hipotezi ortaya koymuştur; Levinthal 1969'da kinetik paradoksu dile getirmiştir; ve 1990'lar boyunca gelişen enerji-peyzajı görüşü, hızlı katlanmayı geniş konformasyonel alanla uzlaştırmıştır.
Öne çıkan isimler
- Christian Anfinsen
- Cyrus Levinthal
- Ken Dill
- Peter Wolynes
İlgili konular
Temel eserler
- anfinsen1973
- levinthal1969
- dill2012
Sıkça sorulan sorular
- Protein denatürasyonu nedir?
- Denatürasyon, bir proteinin katlanmış yapısının ısı, pH değişimi veya kimyasal ajanlar nedeniyle kaybıdır; bu durum genellikle işlevi ortadan kaldırır; bazı durumlarda doğal koşullar restore edildiğinde geri dönüşümlü olabilmektedir.
- Şaperonlar ne iş yapar?
- Moleküler şaperonlar, yanlış katlanmayı ve agregasyonu önlemek için kısmen katlanmış zincirlere bağlanır ve dizinin kodladığı nihai doğal yapıyı dikte etmeden katlanma için korumalı bir ortam sağlamaktadır.