معلومة

د 4. الدولة المشوهة - علم الأحياء

د 4. الدولة المشوهة - علم الأحياء


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

على الرغم من أنه يمكن تحديد بنية الحالات الأصلية والشبيهة بالأصالة باستخدام علم البلورات بالأشعة السينية وفي الحل باستخدام الرنين المغناطيسي النووي ، إلا أن هناك القليل من المعلومات التفصيلية الموجودة حول البنية الفعلية للحالات المشوهة والحالات الوسيطة. على النقيض من الحالة "الأصلية" التي تتكون من مجموعة من الدول وثيقة الصلة ، فإن الوسطاء والحالات المشوهة تتكون من مجموعة من العديد من الحالات المختلفة ، مما يجعل التحليل الهيكلي أكثر صعوبة. صممت Religa وآخرون من مختبر Fersht متحولة من المجال المنزلي المحفور (En-HD) من Drosophila melanogaster الذي يسمح بإجراء مثل هذه التحليلات الهيكلية. ومع ذلك ، في القوة الأيونية الفسيولوجية ، يتم "تغيير طبيعتها" ولكنها تحتوي على بنية ألفا حلزونية مهمة ولكن لها جهات اتصال غير أصلية. إذا تم وضعها في قوة أيونية أقل ، فإنها "تتكشف" تدريجياً إلى حالات أخرى. نظرًا للغموض الذي يكتنف كيفية تعريف الحالات الوسيطة المشوهة والطيّة المبكرة ، تقترح مجموعة Ferscht تعريفًا "صريحًا" للحالة المشوهة. يعرّفون الحالة غير المطوية (U) على أنها "الحالة القصوى غير المطوية للبروتين ، حيث يكون لمجموعات NH الأساسية حماية قليلة ضد التبادل H / 2H". إنهم يعرّفون الحالة المشوهة ، D ، على أنها "أقل دولة غير أصلية من حيث الطاقة في ظل مجموعة محددة من الشروط". أظهر العمل السابق من المجموعة أن الحالة المشوهة لـ En-HD لها ثلاث حلزونات محمية من التبادل 2H وكانت أقل بمقدار كيلو كالوري / مول في الطاقة من الحالة غير المطوية.

Jmol: تم تحديث النطاق المنزلي المحفور - الحالة المحولة والطبيعية الأصلية Jmol14 (جافا) | JSMol (HTML5)


بروتين كروي

بروتينات كروية أو البروتينات الكروية هي بروتينات كروية ("شبيهة بالكرة الأرضية") وهي أحد أنواع البروتينات الشائعة (الأنواع الأخرى هي بروتينات ليفية ومضطربة وبروتينات غشائية). البروتينات الكروية قابلة للذوبان في الماء إلى حد ما (تشكل الغرويات في الماء) ، على عكس البروتينات الليفية أو الغشائية. [1] هناك العديد من فئات الطيات للبروتينات الكروية ، نظرًا لوجود العديد من البنى المختلفة التي يمكن طيها في شكل كروي تقريبًا.

يمكن أن يشير مصطلح غلوبين بشكل أكثر تحديدًا إلى البروتينات بما في ذلك طية الغلوبين. [2]


د 4. الدولة المشوهة - علم الأحياء

يعتبر Exploratorium أكثر من مجرد متحف. استكشف مواردنا عبر الإنترنت للتعلم في المنزل.

& مثل عندما تغلب على بياض البيض ، هل يحدث تمسخ؟ & مثل

يا له من موقع ويب عظيم لديك! أقوم بتدريس علم الأحياء AP في رينتون ، واشنطن. نحن ندرس حاليًا الكيمياء الحيوية وسأل أحد الطلاب اليوم عن صنع souffl & eacute. أرادت أن تعرف سبب تيبس بياض البيض عندما تضربه. دخلنا في مناقشة حول ما إذا كانت البروتينات تؤدي إلى تغيير طبيعة البروتينات بالفعل أثناء العملية أو ما إذا كنت تضيف الهواء فقط. تحولت المناقشة إلى ما إذا كان البيض سيعودون إلى حالتهم الأصلية بعد الضرب ، واتفقنا على أنهم لن & # 146 ت. لذا ، هل يمكنك مساعدتنا؟ هل حدث تمسخ أو هل قمت بتغيير طريقة استحلاب المكونات المختلفة للحل؟ في 17 آذار (مارس) 2003 ، رداً على سؤال حول المرينغ ، ذكرت أن ضرب بياض البيض هو مجرد وسيلة لجعل الخيوط تنفصل حتى يحبس الهواء. نحن نحسب ما يشير إلى أن البروتينات لا يتم تغيير طبيعتها؟

لقد كانت مناقشة عظيمة وكان من الرائع العثور على موقعك. إنه & # 146s بالتأكيد تم وضع إشارة مرجعية عليه! إذا كان بإمكانك & # 146t المساعدة في شرح ما ، فهل تعرف أي موارد أخرى نتحقق منها؟ أنت & # 146 حقًا المورد الجيد الوحيد الذي أنتجته عمليات البحث.

كولين فوكس وفصل علم الأحياء AP في مدرسة هازن الثانوية

لا يزال لديك المزيد من الأسئلة؟ ستجد المزيد من الإجابات في مقالاتنا الشهرية المؤرشفة من قبل الطهاة الفضوليين.

مرحبًا السيدة Fox و Hazen High School AP Biology Class ،

يستحق التمسخ الاستكشاف لأنه أحد الأسباب التي تجعل البيض قادرًا على أداء مثل هذه الأدوار المتنوعة ويخضع لتحولات ضخمة! يمكن تحويل البيض بسرعة إلى أكوام من المرينغ الرقيق ، ولكن يمكن أيضًا تملقه في الاحتفاظ بالحليب في الهلام اللذيذ والهش الذي & # 146s cr & egraveme caramel.

عندما يتم تسخين جزيئات البروتين ، فإنها تتكشف وتتمدد وتزداد مساحة سطحها. تصبح الأجزاء المكشوفة من الجزيئات متقبلة للارتباط بجزيئات بروتينية أخرى ، وتتسبب شبكة من الروابط المتقاطعة في التكتل. فكر في التغييرات التي تمر بها البيضة عند سلقها أو قليها: من نيئة إلى طرية إلى صلبة. يحتوي البيض على الماء والبروتين ، ويتكون البروتين من الأحماض الأمينية. بعض الأحماض الأمينية محبة للماء (تنجذب إلى الماء) وبعضها كاره للماء (يصده الماء). عندما تضيف الهواء من خلال خفق بياض البيض ، تنفصل جزيئات البروتين بحيث تغمر الأجزاء المحبة للماء نفسها في الماء ويمكن للأجزاء التي تخشى الماء أن تنفصل في الهواء. ثم تترابط هذه البروتينات المعاد ترتيبها مع بعضها البعض ، مما يخلق شبكة تحافظ على فقاعات الهواء في بياض البيض المخفوق في مكانها.

إذا تم ضرب بياض البيض حتى يصبح قاسًا ، فسيتم تغيير طبيعته تمامًا وليس لديه مرونة يفقد خصائصه الأصلية ولا يمكنه العودة إلى حالته السابقة. إذا تم خفق بياض البيض فقط حتى تشكل قممًا طرية ، فإن البروتينات تتشوه جزئيًا فقط وتحتفظ ببعض مرونتها. تحيط خيوط البروتين المشوهة جزئيًا بفقاعات الهواء وعندما يتم تسخينها ، فإن هذه البروتينات تفسد وتتصلب تمامًا ، مما يخلق جدارًا واقيًا حتى لا تنفجر فقاعات الهواء. هذا هو السبب في أن أطباق مثل المرينغ و سوفل و إيكوتيس خفيفة ورقيقة.

الأطعمة الأخرى الغنية بالبروتين تخضع أيضًا للتشويه. إنه جزء من عملية تحول الحليب إلى جبن ، ويمكنك مشاهدة ذلك يحدث عند طهي شرائح السمك: يتغير اللحم من شفاف إلى معتم حيث تتفكك البروتينات وتنتعش.

يمكنك معرفة المزيد حول كيفية تأثر البيض أثناء الطهي على صفحتنا علم البيض.

أنت & # 146 طرحت سؤالين رائعين. لقد اخترنا بالفعل سؤالك الثاني عن الزبدة من أجل & quot سؤال الأسبوع. & quot ؛ ونعتقد أنك & # 146 قد اكتشفت إحدى أكثر الطرق الرائعة لتعلم الكيمياء!


آلية تخليق البروتين

يتضمن تخليق البروتين بناء سلسلة ببتيدية باستخدام الحمض الريبي النووي النقال (tRNAs) لإضافة الأحماض الأمينية و mRNA كمخطط للتسلسل المحدد.

أهداف التعلم

صف عملية الترجمة

الماخذ الرئيسية

النقاط الرئيسية

  • يبدأ تخليق البروتين ، أو الترجمة ، بعملية تُعرف باسم ما قبل البدء ، عندما تجتمع الوحدة الفرعية الريبوزمية الصغيرة ، وقالب الرنا المرسال ، والعوامل البادئة ، والبادئ الخاص tRNA.
  • أثناء النقل والاستطالة ، ينقل الريبوسوم كودونًا واحدًا 3 & # 8242 أسفل mRNA ، ويجلب الحمض الريبي النووي النقال المشحون إلى الموقع A ، وينقل سلسلة البولي ببتيد المتنامية من الحمض النووي الريبي بموقع P إلى مجموعة الكربوكسيل من الحمض الأميني A-site ، ويخرج الحمض النووي الريبي غير المشحون في الموقع الإلكتروني.
  • عندما يتم الوصول إلى كودون توقف أو هراء (UAA أو UAG أو UGA) على الرنا المرسال ، فإن الريبوسوم ينهي الترجمة.

الشروط الاساسية

  • ترجمة: عملية تحدث في الريبوسوم حيث يوجه خيط من الرنا المرسال (mRNA) تجميع سلسلة من الأحماض الأمينية لصنع بروتين

آلية تخليق البروتين

كما هو الحال مع تخليق mRNA ، يمكن تقسيم تخليق البروتين إلى ثلاث مراحل: البدء والاستطالة والإنهاء.

بدء الترجمة

يبدأ تخليق البروتين بتكوين مركب ما قبل البدء. في بكتريا قولونية، يتضمن هذا المركب الريبوسوم الصغير 30S ، قالب mRNA ، ثلاثة عوامل بدء (IFs IF-1 ، IF-2 ، IF-3) ، وبادئ خاص tRNA ، يسمى fMet-tRNA. البادئ tRNA basepairs إلى كود البدء AUG (أو نادرًا ، GUG) ويرتبط تساهميًا بميثيونين مُعدّل يسمى fMet. الميثيونين هو واحد من 21 من الأحماض الأمينية المستخدمة في تخليق البروتين الميثيونين هو ميثيون تم ربط مجموعة الفورميل (ألدهيد أحادي الكربون) تساهميًا في النيتروجين الأميني. يتم إدخال الميثيونين المُصاغ بواسطة fMet-tRNA في بداية كل سلسلة بولي ببتيد يتم تصنيعها بواسطة بكتريا قولونية، وعادة ما يتم قصها بعد اكتمال الترجمة. عندما يتم مصادفة AUG داخل الإطار أثناء استطالة الترجمة ، يتم إدخال ميثيونين غير مهيأ بواسطة Met-tRNA منتظم. في بكتريا قولونية يتفاعل mRNA ، وهو تسلسل منبع أول كودون AUG ، يسمى تسلسل Shine-Dalgarno (AGGAGG) ، مع جزيئات الرنا الريباسي التي تتكون منها الريبوسوم. يعمل هذا التفاعل على تثبيت الوحدة الفرعية الريبوسومية 30S في الموقع الصحيح على قالب الرنا المرسال.

في حقيقيات النوى ، يتشكل مركب ما قبل البدء عندما يربط عامل بدء يسمى eIF2 (عامل بدء حقيقيات النوى 2) GTP ، ويقوم GTP-eIF2 بتجنيد البادئ حقيقيات النوى tRNA إلى الوحدة الفرعية الريبوسومية الصغيرة في الأربعينيات. البادئ tRNA ، يسمى Met-tRNAأنا، يحمل ميثيونين غير معدل في حقيقيات النوى ، وليس fMet ، ولكنه يختلف عن Met-tRNAs الخلوية الأخرى من حيث أنه يمكنه ربط eIFs ويمكنه الارتباط في موقع الريبوسوم P. ثم يتعرف مجمع ما قبل البدء حقيقيات النوى على غطاء 7-methylguanosine في 5 & # 8242 نهاية mRNA. تعمل العديد من eIFs الأخرى ، على وجه التحديد eIF1 و eIF3 و eIF4 ، كبروتينات ربط الغطاء وتساعد في توظيف مجمع ما قبل البدء في 5 & # 8242 cap. يربط Poly (A) - بروتين الربط (PAB) كلاً من ذيل بولي (A) من الرنا المرسال ومركب البروتينات في الغطاء ويساعد أيضًا في العملية. بمجرد الوصول إلى الغطاء ، يتتبع مجمع ما قبل البدء على طول mRNA في الاتجاه 5 & # 8242 إلى 3 & # 8242 ، ويبحث عن كودون AUG. يتم ترجمة العديد من mRNAs حقيقية النواة ، وليس كلها ، من تسلسل AUG الأول. تشير النيوكليوتيدات حول AUG إلى ما إذا كان كودون البدء الصحيح.

بمجرد تحديد AUG المناسب ، يحلل eIF2 GTP إلى الناتج المحلي الإجمالي ويقوي تسليم الحمض الريبي النووي النقال (tRNA)أنا-Met لبدء كودون ، حيث الحمض الريبي النووي النقالأنا anticodon basepairs إلى كودون AUG. بعد ذلك ، يتم تحرير eIF2-GDP من المجمع ، وتربط eIF5-GTP. يتم تجنيد الوحدة الفرعية الريبوزومية 60S إلى مجمع ما قبل البدء بواسطة eIF5-GTP ، والذي يحلل GTP الخاص به إلى الناتج المحلي الإجمالي لتشغيل تجميع الريبوسوم الكامل في موقع بدء الترجمة مع وضع Met-tRNAi في موقع الريبوسوم P. تنفصل eIFs المتبقية عن الريبوسوم وتكون الترجمة جاهزة للبدء.

في العتائق ، يكون بدء الترجمة مشابهًا لتلك التي تظهر في حقيقيات النوى ، باستثناء أن عوامل البدء المعنية تسمى aIFs (عوامل البدء البدائية) ، وليس eIFs.

بدء الترجمة في حقيقيات النوى.: في حقيقيات النوى ، أشكال معقدة مسبقة الصنع مصنوعة من الوحدة الفرعية 40S الصغيرة ، البادئ Met-tRNAi ، و eIF2-GTP. يرتبط مجمع preinitiation هذا بغطاء 5 & # 8242-m 7 G من mRNA بمساعدة eIFS و PAB الأخرى ، والتي تربط ذيل poly (A) من mRNA ، وتربط الذيل بالغطاء. بمجرد الوصول إلى الغطاء ، ينزلق مجمع ما قبل الشروع على طول mRNA حتى يواجه كودون AUG البادئ. هناك ، يتم تحلل GTP بواسطة eIF2 و Met-tRNAأنا يتم تحميله على AUG. بعد ذلك ، يجند eIF5-GTP الوحدة الفرعية الريبوسومية الكبيرة 60S للوحدة الفرعية 40S في AUG ويتحلل GTP. يسمح هذا للوحدة الفرعية الريبوسومية الكبيرة بالتجمع فوق الوحدة الفرعية الصغيرة ، مما يؤدي إلى توليد الريبوسوم 80S السليم ، ويضع Met-tRNAi في موقع P من الريبوسوم السليم. يتم وضع موقع الريبوسوم أ فوق الكودون الثاني في إطار قراءة الرنا المرسال ، ويمكن أن تبدأ استطالة الترجمة.

استطالة الترجمة

أساسيات الاستطالة هي نفسها في بدائيات النوى وحقيقيات النوى. يحتوي الريبوسوم السليم على ثلاث حجرات: الموقع A يربط aminoacyl tRNAs الواردة ، ويربط موقع P الحمض الريبي النووي النقال الذي يحمل سلسلة البولي ببتيد المتنامية ، حيث يطلق موقع E الحمض الريبي النووي النقال المنفصل بحيث يمكن إعادة شحنها بالأحماض الأمينية. البادئ tRNA ، rMet-tRNA in بكتريا قولونية و Met-tRNAأنا في حقيقيات النوى والعتائق ، يرتبط مباشرة بموقع P. يؤدي هذا إلى إنشاء مجمع بدء مع موقع مجاني جاهز لقبول aminoacyl-tRNA المقابل للكودون الأول بعد AUG.

إن aminoacyl-tRNA مع anticodon مكمل لكودون الموقع A يهبط في الموقع A. يتم تكوين رابطة الببتيد بين المجموعة الأمينية للحمض الأميني في الموقع ومجموعة الكربوكسيل من أحدث الأحماض الأمينية المرتبطة في سلسلة البولي ببتيد المتنامية المرتبطة بـ الحمض الريبي النووي النقال في موقع P. ترانسفيراز ، إنزيم قائم على الحمض النووي الريبي (RNA) مدمج في الوحدة الفرعية الريبوسومية الكبيرة. يتم اشتقاق الطاقة الخاصة بتكوين رابطة الببتيد من التحلل المائي GTP ، والذي يتم تحفيزه بواسطة عامل استطالة منفصل.

يؤدي تحفيز تكوين رابطة الببتيد إلى إزالة الرابطة التي تحمل سلسلة البولي ببتيد المتنامية إلى الحمض النووي الريبي في موقع P. يتم نقل سلسلة البولي ببتيد المتنامية إلى النهاية الأمينية للحمض الأميني الوارد ، ويحمل الحمض النووي الريبي لموقع A مؤقتًا سلسلة البولي ببتيد المتنامية ، في حين أن الحمض النووي الريبي في موقع P فارغ الآن أو غير مشحون.

يحرك الريبوسوم ثلاثة نيوكليوتيدات أسفل الرنا المرسال. يتم ربط الحمض الريبي النووي النقال أساسًا بكودون على الرنا المرسال ، لذلك عندما يتحرك الريبوسوم فوق الرنا المرسال ، تظل الحمض النووي الريبي في مكانه بينما يتحرك الريبوسوم ويتم نقل كل الحمض النووي الريبي إلى موقع ربط الرنا الريباسي التالي. يتحرك موقع E فوق الحمض الريبي النووي النقال السابق لموقع P ، وهو الآن فارغ أو غير مشحون ، ويتحرك موقع P فوق الحمض الريبي النووي النقال السابق لموقع A ، والذي يحمل الآن سلسلة بولي ببتيد المتنامية ، ويتحرك الموقع A على كودون جديد. في الموقع E ، ينفصل الحمض النووي الريبي غير المشحون عن مضاد الكودون الخاص به ويتم طرده. يدخل aminoacyl-tRNA جديد مع anticodon مكمل لكودون الموقع الجديد الريبوسوم في الموقع A وتكرر عملية الاستطالة نفسها. يتم التبرع بالطاقة لكل خطوة من خطوات الريبوسوم بواسطة عامل استطالة يحلل GTP.

استطالة الترجمة في حقيقيات النوى.: أثناء استطالة الترجمة ، يدخل aminoacyl-tRNA الوارد إلى موقع الريبوسوم A ، حيث يرتبط إذا كان tRNA anticodon مكملًا لكودون موقع mRNA. يساعد عامل الاستطالة eEF1 في تحميل aminoacyl-tRNA ، مما يؤدي إلى تشغيل العملية من خلال التحلل المائي لـ GTP. ترتبط سلسلة البولي ببتيد المتنامية بالحمض النووي الريبي في موقع الريبوسوم P. يحفز الريبوسوم & # 8217s peptidyl transferase نقل سلسلة البولي ببتيد المتنامية من موقع P tRNA إلى المجموعة الأمينية للحمض الأميني في الموقع A. يؤدي هذا إلى إنشاء رابطة ببتيدية بين الطرف C لسلسلة البولي ببتيد النامية والحمض الأميني للموقع A. بعد إنشاء رابطة الببتيد ، يتم ربط سلسلة البولي ببتيد المتنامية بالموقع A tRNA ، ويكون الحمض النووي الريبي في موقع P فارغًا. ينتقل الريبوسوم مرة واحدة إلى كودون على الرنا المرسال. يساعد عامل الاستطالة eEF2 في النقل ، ويدفع العملية من خلال التحلل المائي لـ GTP. أثناء الإزاحة ، يظل الحمض النووي الريبي (tRNAs) مرتبطين بشكل أساسي مع أكواد الرنا المرسال الخاصة بهما ، لذلك يتحرك الريبوسوم فوقهما ، ويضع الحمض النووي الريبوزي الفارغ في موقع E (حيث سيتم طرده من الريبوسوم) و tRNA مع سلسلة البولي ببتيد المتنامية في موقع P . يتحرك الموقع A فوق كودون فارغ ، وتكرر العملية نفسها حتى يتم الوصول إلى رمز الإيقاف.

إنهاء الترجمة

يحدث إنهاء الترجمة عندما يتحرك الريبوسوم فوق كودون توقف (UAA أو UAG أو UGA). لا توجد tRNAs مع مضادات الكودونات المكملة لإيقاف الكودونات ، لذلك لا تدخل tRNAs إلى الموقع A. بدلاً من ذلك ، في كل من بدائيات النوى وحقيقيات النوى ، يدخل بروتين يسمى عامل الإطلاق إلى الموقع A. تتسبب عوامل الإطلاق في أن يضيف الببتيدل ترانسفيراز الريبوسوم جزيء ماء إلى نهاية الكربوكسيل للحمض الأميني المضاف مؤخرًا في سلسلة بولي ببتيد المتنامية المرتبطة بـ الحمض الريبي النووي النقال في موقع P. يؤدي هذا إلى فصل سلسلة البولي ببتيد عن الحمض الريبي النووي النقال الخاص بها ، ويتم إطلاق البولي ببتيد المصنوع حديثًا. تنفصل الوحدات الفرعية الريبوسومية الصغيرة والكبيرة عن الرنا المرسال ويتم تجنيدها عن بعضها على الفور تقريبًا في مجمع بدء ترجمة آخر. بعد اكتمال ترجمة العديد من الريبوسومات ، يتحلل الرنا المرسال بحيث يمكن إعادة استخدام النيوكليوتيدات في تفاعل نسخ آخر.

ترجمة النمذجة: هذه النماذج التفاعلية عملية الترجمة في حقيقيات النوى.


تمسخ

سيراجع محررونا ما قدمته ويحددون ما إذا كان ينبغي مراجعة المقالة أم لا.

تمسخ، في علم الأحياء ، عملية تعديل التركيب الجزيئي للبروتين. ينطوي التمسخ على كسر العديد من الروابط أو الروابط الضعيفة (على سبيل المثال ، روابط الهيدروجين) ، داخل جزيء البروتين المسؤول عن التركيب عالي الترتيب للبروتين في حالته الطبيعية (الأصلية). تحتوي البروتينات المُحوَّلة على بنية أكثر مرونة وأكثر عشوائية ، ومعظمها غير قابل للذوبان. يمكن إحداث التمسخ بطرق مختلفة -على سبيل المثال ، عن طريق التسخين ، والمعالجة بالقلويات ، أو الأحماض ، أو اليوريا ، أو المنظفات ، وبالرج الشديد.

يمكن تجديد البنية الأصلية لبعض البروتينات عند إزالة عامل تغيير الطبيعة واستعادة الظروف لصالح الحالة الأصلية. تشمل البروتينات التي تخضع لهذه العملية ، والتي تسمى إعادة التأهيل ، الألبومين المصل من الدم ، والهيموغلوبين (الصبغة الحاملة للأكسجين في خلايا الدم الحمراء) ، وإنزيم الريبونوكلياز. إن تمسخ العديد من البروتينات ، مثل بياض البيض ، أمر لا رجعة فيه. النتيجة الشائعة للتمسخ هو فقدان النشاط البيولوجي (على سبيل المثال ، فقدان القدرة التحفيزية للإنزيم).

محررو Encyclopaedia Britannica تمت مراجعة هذه المقالة وتحديثها مؤخرًا بواسطة Adam Augustyn ، مدير التحرير ، المحتوى المرجعي.


التوصيف الكهربي للحالات المشوهة من نوكلياز المكورات العنقودية

لقد ثبت أن حالة التحريف في طبيعة نوكلياز المكورات العنقودية (العنقودية) قد تغيرت من خلال الطفرات ، مما يعقد دراسات استقرار الحالة المطوية وقد يكون مهمًا لعملية الطي. تم فحص الأحجام الهيدروديناميكية النسبية كدالة لتركيز اليوريا من نوكلياز المكورات العنقودية ، وللأشكال الطافرة التي تم فيها زعزعة استقرار الحالة الأصلية إلى حد كبير ، عن طريق الرحلان الكهربائي للهلام المتدرج اليوريا. يعتبر التشكل الأصلي فريدًا في ثباته بواسطة روابط محددة ، مما جعل من الممكن التمييز بين الحركات الكهربيّة المتوسطة الناتجة عن التشكل المحلي المأهول جزئيًا ومن التطابقات المطوية جزئيًا. لوحظت أربع حالات توافقية مميزة حالتين أصليتين: (1) الأم ، مع وبدون روابط مرتبطة ، و (2) مركب يجند أصلي متغير بتركيزات عالية من اليوريا بالإضافة إلى حالتين مشوهتين: (3) شكل مضغوط مطوي جزئيًا التي تكشفت بشكل تعاوني وكانت حساسة لطفرة المخلفات في جزء بيتا برميل من البروتين ، و (4) الحالة غير المطوية ، التي ظهرت من حجمها الهيدروديناميكي لتتكشف مثل ريبونوكلياز ألكيل مخفض ، حتى في تركيزات منخفضة من اليوريا ، ولم تتغير بطفرات مفردة. قد تكون تأثيرات الطفرات على الحالة المشوهة للنوكليز العنقوديات ناتجة عن حدوث التشكل المطوي جزئيًا (3).


الفصل 2 - هيكل البروتين

لقد رأينا العديد من الصور الثابتة للدهون وتجمعاتها وكذلك البروتينات. للتفكير في كيفية تطاير البروتينات ، علينا التفكير بشكل ديناميكي. لحسن الحظ ، لدينا أدوات الديناميكيات الجزيئية (MD) في متناول أيدينا والتي تساعدنا على تخيل كيفية حدوث هذه العمليات وبالتزامن مع كيفية فحص طي البروتين تجريبيًا. شاهد عمليتي محاكاة MD التاليتين وقارن التكوين التلقائي للمذيلة وطي البروتين قبل الخوض في الموضوع المعقد المتمثل في طي البروتين واستقراره.

بالنظر إلى عدد الحالات غير الأصلية المحتملة ، من المدهش أن تنثني البروتينات إلى الحالة الأصلية على الإطلاق ، ناهيك عن إطار زمني معقول. ضع في اعتبارك هذه النظرة المبسطة إلى حد كبير لطي البروتين لبروتين يحتوي على 100 حمض أميني. إذا كان بإمكان كل حمض أميني أن يتبنى 3 مطابقة ممكنة فقط ، يمكن أن يكون العدد الإجمالي للمطابقة 3100 = 5 × 1047. بافتراض أن الأمر سيستغرق 10-13 ثانية لتغيير كل شكل ، فإن الوقت المطلوب "لاختبار" جميع المطابقة سيكون 5 × 1034 أو 1027 سنة ، أطول من عمر الكون (14 × 109 سنة). ومع ذلك ، يمكن للبروتين أن ينثني في غضون ثوان. هذه المفارقة تسمى مفارقة ليفينثال ، على اسم سايروس ليفينثال.

يُظهر Lubert Stryer (في نصه الكلاسيكي للكيمياء الحيوية) طريقة للخروج من هذه المعضلة باستخدام تشبيه لقرد جالس على آلة كاتبة ، وكتابة هذا السطر خارج هاملت: "أعتقد أنه مثل ابن عرس". ستنتج الكتابة العشوائية هذا الخط بعد 1040 ضغطة في المتوسط ​​، ولكن إذا تم الحفاظ على الأحرف الصحيحة ، فسيكون عدد ضغطات المفاتيح في عالم بضعة آلاف. يمكن أن تنثني البروتينات بسرعة أكبر إذا احتفظت بوسائط شبيهة بالوطنية على طول الطريق. تذكر أيضًا أن الكثير من مساحة التشكل مقيدة بالفعل بزوايا phi / psi المسموح بها. (تذكر المساحات الفارغة في مؤامرة راماشاندران؟)

قبل أن ندرس التجربة الكلاسيكية لطي البروتين التي أجرتها Anfinsen ، ادرس القياس الأبسط أدناه:

الشكل: الجوارب وطي البروتين

أظهرت التجربة الكلاسيكية لـ Anfinsen أنه ، على الأقل بالنسبة لبعض البروتينات ، كل المعلومات الضرورية والكافية المطلوبة لتوجيه طي البروتين إلى الحالة الأصلية موجودة في التسلسل الأولي للبروتين. درس Anfinsen في المختبر (خارج الخلية ، على عكس الجسم الحي ، داخل الخلية والأنسجة والعضو) لطي بروتين أحادي السلسلة ، RNase ، الذي يحتوي على 4 روابط ثنائي كبريتيد داخل السلسلة.

الشكل: RNase A مع 4 روابط ثنائي كبريتيد باللون الأحمر (صورة مع VMD)

لقد ناقشنا سابقًا كيف يمكن للعوامل الكيميائية (مثل بيتا مركابتوإيثانول ، عامل تقليل ثاني كبريتيد) أن تتفاعل تساهميًا مع مجموعات وظيفية معينة من البروتين. يمكن أن ترتبط المواد الأخرى من خلال القوى التكميلية بين الجزيئات بالموقع النشط أو التجاويف الأخرى على السطح. يمكن للكواشف الأخرى ، مثل اليوريا ، التي تعمل من خلال تغييرات المذيبات المعممة أو التفاعلات غير المحددة مع البروتين ، أن تغير عملية طي البروتين. استخدم Anfinsen اثنين من الكواشف المختلفة ، 8 M يوريا وبيتا مركابتوإيثانول ، في تركيبة لتكشف ، أو تفسد ، RNase إلى الحالة غير الأصلية أو المحوَّلة. ثم قام بإزالة bME باستخدام غسيل الكلى ، مما سمح للثنائيات الكبريتيد بالإصلاح. بعد ذلك قام بإزالة كاشف تغيير الطبيعة ، اليوريا. لمراقبة ما إذا كان البروتين قد تم إعادة طيه أو إعادة تشكيله بشكل صحيح ، اختبر نشاط البروتين مقارنة بالبروتين الأصلي. ووجد أن البروتين "المعاد طيه" احتفظ بنسبة 1٪ فقط من نشاطه الأولي. ومع ذلك ، إذا أضاف كميات محفزة من bME ، فسرعان ما احتفظ البروتين بنسبة 100 ٪ من نشاطه الأولي. تقديراً لعمله ، حصل على جائزة نوبل في الكيمياء عام 1972.

الشكل: تجربة Anfinsen: طي RNase

الشكل: التحويل الحفاز للمبيدات باستخدام بيتا ميركابتوثانول

جمول: تحديث RNase A Jmol14 (جافا) | JSMol (HTML5)

حقق العلماء في طي البروتينات في كل من المختبر والحي. تتضمن التجارب في المختبر تغيير طبيعة البروتين باستخدام اليوريا أو هيدروكلوريد الغوانيدين أو الحرارة ، ثم إعادة تشكيل البروتين عن طريق إزالة العامل المضطرب (عامل تغيير الطبيعة) ، باستخدام تقنيات طيفية لمتابعة العملية. تتضمن التجارب المجراة دراسة البروتينات داخل الخلايا التي تساعد على الطي. تتضمن التجارب في المختبر الكشف عن الحالة الأصلية ثم إعادة تشكيلها ، بينما تتضمن التجارب في الجسم الحي طي البروتين المركب حديثًا. لا يمكن فصل فهم طي البروتين عن فهم استقرار البروتين وفهم طبيعة الحالة الأصلية والحالة المشوهة.

عند دراسة طي البروتين واستقراره / هيكله للحالات الأصلية والتشويه ، يتم إجراء قياسات التوازن (الديناميكي الحراري) والقياسات الموقوتة (الحركية). يحدث الطي في نطاق مللي ثانية إلى النطاق الثاني ، مما يحد من القدرة على دراسة وجود الوسطاء في العملية. تم تطوير بعض الأساليب الذكية لدراسة المواد الوسيطة في طي البروتين عن طريق محاصرة هياكل وسيطة محددة ، والتحقيق في بنيتها وثباتها بطريقة "مريحة". بدلاً من ذلك ، يمكن دراسة المواد الوسيطة عند حدوثها باستخدام حركية إيقاف التدفق. في هذه التقنية ، يتم خلط البروتين في ظروف تغيير طبيعة البروتين بسرعة بمحلول لا يحتوي على مادة مفسدة أو بروتين عن طريق حقن كلا المحلين في الخلاط / الكوفيت باستخدام المحاقن. يتم الآن تخفيف المادة المفسدة في محلول البروتين بحيث يمكن أن تحدث إعادة التشبع. يمكن أن تبدأ القياسات الطيفية مرة واحدة.

ويرد أدناه رسم تخطيطي يلخص هذه الأساليب. ادرسه مع النص التالي.

الشكل: القياسات الحركية والديناميكية الحرارية لاستقرار البروتينات وطيها

عند النظر في مسار الطي ، سوف نعتبر أن البروتين الأصلي يمثل الحد الأدنى من الطاقة العالمية. تمثل جميع الدول الأخرى اختلافات في الحالة المشوهة. يمكن اعتبار البعض ، الأقرب في الطاقة إلى الحالة الأصلية ، وسيطًا في عملية الطي. بدلًا من التفكير في "مسار" قابل للطي ، ضع في اعتبارك أن طي البروتين يحدث في نطاق كبير قابل للطي من الطاقة الحرة. يبدو أن الطي لا يستمر من خلال مسار إلزامي ولكن بحث احتمالي أو عشوائي للتشكيل المحتمل. يجب أن يتشكل مشهد الطاقة الحرة إلى حد ما مثل مسار التحويل بحيث يمكن للبروتينات أن تتبنى عددًا "معقولًا" من المطابقات التي تؤدي إلى الحالة الأصلية. لقد اختار Evolution بالتأكيد التسلسلات التي يمكن أن تصل إلى تلك الحالة. يمكن أن تتشكل أشكال البنية الثانوية الموضعية (مثل حلزون ألفا قصير وبيتا) بسرعة (حوالي 1 متر ثانية). يحدث طي البروتينات الصغيرة ، اعتمادًا على الهيكل ، خلال إطار زمني واسع (مللي ثانية إلى دقائق). على الأرجح ، يتحد عدد صغير من الأحماض الأمينية في نواة والتي تنطوى في هياكل مشابهة للحالة الأصلية. أخيرًا ، تؤدي تفاعلات التعبئة إلى انهيار الهيكل في الحالة الأصلية.

بشكل عام ، كلما كانت ثنية العمود الفقري أكثر تعقيدًا ، كلما طالت مدة طيات البروتين. إذا تطلب التعقيد مزيدًا من التفاعلات بين المناطق البعيدة لتغيير عديد الببتيد ، فكلما كانت الطية أكثر تعقيدًا ، قل احتمال أن تؤدي التفاعلات العشوائية إلى طي سريع للبروتين. يبدو أن آليات الطي للبروتينات الأكبر حجمًا (أكبر من 100 حمض أميني) تستمر عبر وسيطة ، مما يشير إلى أن المجالات المختلفة للبروتين يمكن أن تطوى بشكل مستقل.

الشكل: منظر طبيعي للطي البروتين: منظر واحد من كين ديل

د 2. طي البروتين في المختبر

تضمنت الدراسات المبكرة لطي البروتينات بروتينات صغيرة يمكن تغيير طبيعتها وإعادة طيها بطريقة قابلة للعكس. تم افتراض نموذج ثنائي الحالة ، D & lt === & gt N. كانت المواد المبطنة للحرارة هي الحرارة أو اليوريا أو حمض الهيدروكلوريك غوانيدين. نظرًا لأن الحالات المشوهة أقل ضغطًا من الحالة الأصلية ، يمكن استخدام لزوجة المحلول كمقياس لتمسخ / إعادة التشبع. وبالمثل ، فإن السلاسل الجانبية للأحماض الأمينية في الحالات المختلفة ستكون في بيئات مختلفة. تمتص الأحماض الأمينية العطرية Trp و Phe و Tyr ضوء الأشعة فوق البنفسجية. بعد الإثارة ، تتحلل الإلكترونات إلى الحالة الأرضية من خلال عدة عمليات. يحدث بعض الاسترخاء الاهتزازي ، مما يجعل الإلكترونات تنخفض مستويات طاقة الاهتزازات. يمكن بعد ذلك أن تنخفض بعض الإلكترونات إلى مستويات اهتزازية مختلفة عند حالات طاقة أساسية أقل من خلال عملية إشعاعية. الفوتونات المنبعثة أقل في الطاقة وبالتالي أطول في الطول الموجي. الضوء المنبعث يسمى الفلورة. الطول الموجي لكثافة الفلورسنت القصوى وعمر تسوس التألق حساس للغاية لبيئة الأحماض الأمينية. ومن ثم يمكن أيضًا استخدام الفلورة لقياس التغيرات في تكوين البروتين. يتم استخدام تقنيات طيفية أخرى مثل التحليل الطيفي للقرص المضغوط وكذلك قياسات الامتصاص البسيطة. بالنسبة لبروتينات المجال الفردي الصغيرة (مثل RNase) التي تخضع لعملية تغيير عكسية ، فإن الرسوم البيانية التي توضح مدى التمسخ باستخدام كل تقنية أعلاه ، تكون قابلة للتركيب ، مما يعطي صلاحية قوية لنموذج الحالة.

الشكل: تمسخ عكسي

يقال إن البروتينات التي تنثني بدون وسيطة سهلة التمييز وطويلة العمر وتتبع نموذجًا بسيطًا من حالتين ، D & lt = & gt N تخضع للطي التعاوني. كان هذا النموذج البسيط بحاجة إلى التوسع مع دراسة المزيد من البروتينات. تم الكشف عن بعض الوسطاء في العملية.

  • تظهر بعض البروتينات خطوتين ، واحدة بطيئة والأخرى سريعة ، في دراسات إعادة الطي ، مما يشير إلى وسيط. كلما طالت مدة الاحتفاظ بالبروتين في حالة تغيير الصفات ، زادت احتمالية عرض مادة وسيطة. أحد التفسيرات المقبولة لهذه الظاهرة هو أنه خلال فترة طويلة في الحالة D ، قد تتشابه بعض روابط X-Pro من الحالة العابرة إلى حالة رابطة الدول المستقلة ، لتشكيل وسيط. بدلاً من ذلك ، كما في حالة RNase ، التي لها رابطة رابطة الدول المستقلة X-Pro في الحالة الأصلية ، يتسبب التمسخ في التشابه في الحالة العابرة. في حالة RNase ، لإعادة الطي ، يجب إعادة تشابك الوسيط المتراكم في خطوة بطيئة إلى حالة رابطة الدول المستقلة ، متبوعة بعودة سريعة إلى الحالة N.
  • يمكن لبعض البروتينات التي تحتوي على روابط ثنائي كبريتيد متعددة والتي يجب أن يتم إصلاحها بشكل صحيح بعد التمسخ الاختزالي أن تنقسم إلى مواد وسيطة مع شريك S-S غير صحيح. يمكن حبس هذه المواد الوسيطة عن طريق إيقاف المزيد من تكوين S-S أثناء إعادة التشكيل مع إضافة iodoacetamide.

الشكل: إضافة يودواسيتاميد

كمثال ، ضع في اعتبارك البيانات التالية حول مثبط التربسين البقري للبنكرياس.

الشكل: التربسين البقري للبنكرياس (BPTI): حركيات قابلة للطي - يبدو أن هياكل ثاني كبريتيد محلية فقط تتشكل.

الشكل: BPTI Folding Pathway In Vitro - يعطي مخططًا ممكنًا للوسائط القابلة للطي

  • تشكل بعض البروتينات وسيطًا مطويًا جزئيًا ولكنها مستقرة عند طيها في ظل ظروف تغيير طبيعة جزئيًا. وخير مثال على ذلك هو اللاكتالبومين ، والذي في ظل الظروف الحمضية المعتدلة (الرقم الهيدروجيني 4) ، أو المستويات المنخفضة من حمض الهيدروكلوريك الغوانيدين ، أو الأس الهيدروجيني المحايد والقوة الأيونية المنخفضة في غياب الكالسيوم (الذي يرتبط عادةً بالبروتين) ، يشكل وسيطًا ثابتًا وقابلًا للعزل ( أنا) تسمى الكريات المنصهرة (MG). توضح الصورة أدناه الحالة المطوية مع ربط أيوني كالسيوم.

الشكل: لاكتالبومين (صورة مصنوعة من بيمول)

تظهر البيانات أن MG أكبر في الحجم بحوالي 50٪ من الحالة N. يُقارن هذا بالحالة المشوهة ، والتي يمكن أن تكون أكبر بنسبة 300٪ من الحالة الأصلية. ومن ثم ، فهي تشبه الحالة الأصلية كما تمت دراستها بواسطة التقنيات الهيدروديناميكية ، ولكن مع إمكانية الوصول إلى المذيبات في السلاسل الجانبية الكارهة للماء. يحتوي MG على أطياف CD مماثلة للحالة الأصلية ، لكن السلاسل الجانبية العطرية تعرض نفس امتصاص الأشعة فوق البنفسجية وخصائص الفلورسنت مثل البروتين في 6 M guanidine HCl ، مما يشير إلى أن الحالة الثالثة النهائية لم تتشكل بالكامل بعد. قد لا يكون الهيكل الثانوي في MG هو نفسه الموجود في الحالة الأصلية

يمكن أيضًا استخدام الرنين المغناطيسي النووي للكشف عن المواد الوسيطة القابلة للطي. باستخدام هذه التقنية ، تتكشف البروتينات في D2O ، مما يؤدي إلى تبادل جميع Cs مع البروتونات المؤينة ، بما في ذلك amide Hs. الأمين هو قاعدة ضعيفة (pKb حوالي 3.5) لذا فإن حمضه المتقارن ، الأمين البروتوني ، يحتوي على pKa حوالي 9.5. قد تكون رابطة الأميد أو الببتيد قاعدة أضعف من الأمينات نظرًا لأن زوجها الوحيد أقل توفرًا (بسبب إلغاء تحديد الموقع من خلال الرنين) للمشاركة مع البروتون. إن pKa للحمض المترافق للأميد (حيث يتم بروتون الأميد N وله شحنة موجبة) أقل بكثير ، حوالي -0.5 ، من pKa للحمض المترافق للأمين. عند 2 من وحدات الأس الهيدروجيني أكبر من pKa ، يكون الأميد المشحون N قريبًا من 100 ٪ منزوع البروتونات. يعد pka للمجموعة البروتونية مهمًا لأن معدل التبادل H مرتبط بـ pKa ، مع الاحتفاظ بالمتغيرات الأخرى ثابتة. إن pka للأمين غير المشبع (RNH2 - & gt RNH- مرتفع جدًا (30 ثانية) ، وبالتالي فإن نزع بروتين RNH2 أمين لتكوين RNH- ليس من المحتمل في ظل الظروف العادية.

الشكل: تبادل جميع Cs مع البروتونات المؤينة ، بما في ذلك amide Hs

يبدأ إعادة التشكيل عن طريق تخفيف البروتين إلى محلول بدون مسبب للتشبع ، ولكن لا يزال في D2O. عندما ينثني البروتين ويصبح أكثر إحكاما ، يتم الآن عزل الذرات المدفونة من المذيب ، ولم تعد تتبادل Ds بسهولة. ثم يوضع البروتين في H2O عند درجة حموضة 9.0 لمدة 10 مللي ثانية ، وبعد ذلك يتغير الرقم الهيدروجيني إلى 4.0. يتم تعزيز التبادل D - & gt H عند درجة حموضة عالية ، ويتم إخماده للأميد Ds و Hs عند درجة حموضة منخفضة. يجب أن تكون مياه Amide H التي تستمر في التبادل متاحة للمياه. وعادة ما يتم دفن تلك التي لم يتم دفنها في هيكل ثانوي.

الشكل: البيانات التجريبية على بروتينات النموذج. كيف تفسر هذه الرسوم البيانية.

عندما يتم تطبيق نفس التقنيات على البروتينات الكبيرة متعددة المجالات أو قليلة القسيمات ، يتم إعادة طوى نسبة قليلة فقط في المختبر. يبدو أن التفاعلات بين الجزيئات غير الصحيحة والتجميع غير المتجانسة هي المشاكل الرئيسية التي تمنع طي البروتين الصحيح في المختبر.

جمول: محدث Apolactalbumin (w / o Ca2 +) / Hololactalbumin Jmol14 (جافا) | JSMol (HTML5)

د 3. طي جزيئات البروتين المفردة

يمكن الآن دراسة تفاعلات طي / تفتح البروتين على جزيء بروتين واحد باستخدام ملاقط بصري ، كما هو موضح في الشكل أدناه بناءً على دراسة RNase H من E. Coli (Cecconi et al ، 2005). تم تحور RNaseH لاحتواء اثنين من بقايا Cys في الموضعين 4 و 155 (بالقرب من نهايات السلسلة). سمح هذا للبروتين بالربط تساهميًا من خلال sulfhydryl الحر لـ Cys إلى جزيئين من dsDNA (500 نقطة أساس) معدلين كيميائيًا في نهاية واحدة لتشكيل رابطة تساهمية مع البروتين المحتوي على Cys. كانت أطياف القرص المضغوط للبروتين المرتبط بحبل الحمض النووي مطابقة للبروتين غير المعدل. تم ربط روابط الحمض النووي بحبيبتين مختلفتين من الستايرين من خلال كيميائيات مختلفة لإنتاج البنية الموضحة أدناه.

كان الإنزيم نشطًا كما يتضح من قياسات نشاط الإنزيم. يمكن شد البروتين والتقلص عن طريق تحريك الخرزة المتصلة بالماصة بالنسبة للحبة الموجودة في المصيدة البصرية. مع زيادة القوة (المقاسة بالبيكونيوتن) ، يتمدد الجزيء. كعنصر تحكم ، تم ربط الكرتين مباشرة بمقابض الحمض النووي بدون البروتين. في حالة التحكم ، يزداد الرسم البياني الذي يظهر الامتداد بين الخرزات مقابل القوة ببطء بطريقة منحنية في البداية ثم بشكل خطي. عندما يتم إدخال البروتين ، يتم ملاحظة الاختلافات. عند التمدد والاسترخاء ، لوحظت تحولات (تحولات) مع RNase H التي لا تُرى مع الحمض النووي وحده. حدثت هذه عند حوالي 19 pN (تحول مفاجئ) وأخرى أصغر عند 5 pN. تتوافق هذه التحولات مع N → D و I - & gt D ، كما هو موضح في الشكل أدناه (مقتبس من Cecconi et al). تتوافق هذه البيانات مع الدراسات السابقة لهذا البروتين والتي تُظهر المركز المركزي المستقر لطيات البروتين أولاً.

على الرغم من أنه يمكن تحديد بنية الحالات الأصلية والشبيهة بالأصالة باستخدام علم البلورات بالأشعة السينية وفي الحل باستخدام الرنين المغناطيسي النووي ، إلا أن هناك القليل من المعلومات التفصيلية الموجودة حول البنية الفعلية للحالات المشوهة والحالات الوسيطة. يصعب حصر الحالات الوسيطة بطريقة تسمح بالتحليل الهيكلي التفصيلي. على النقيض من الحالة "الأصلية" التي تتكون من مجموعة من الدول وثيقة الصلة ، فإن الوسطاء والحالات المشوهة تتكون من مجموعة من العديد من الحالات المختلفة ، مما يجعل التحليل الهيكلي أكثر صعوبة. صممت Religa وآخرون من مختبر Fersht متحولة من المجال المنزلي المحفور (En-HD) من Drosophila melanogaster الذي يسمح بإجراء مثل هذه التحليلات الهيكلية. تؤدي الطفرة ، Leu16Ala (L16A) ، إلى زعزعة استقرار البروتين بحيث يمكن تغيير طبيعته ببساطة عن طريق تغيير القوة الأيونية. إنه مستقر عند القوة الأيونية العالية ويتم طيه بسرعة في ظل هذه الظروف. ومع ذلك ، في القوة الأيونية الفسيولوجية ، يتم "تغيير طبيعتها" ولكنها تحتوي على بنية ألفا حلزونية مهمة ولكن لها جهات اتصال غير أصلية. إنه يتصرف مثل وسيط قابل للطي مبكرًا لأنه إذا تم وضعه في محاليل ذات قوة أيونية أعلى ، فإنه يعيد ترتيبه لتشكيل الحالة الأصلية. إذا تم وضعها في قوة أيونية أقل ، فإنها "تتكشف" تدريجياً إلى حالات أخرى. نظرًا للغموض الذي يكتنف كيفية تعريف الحالات الوسيطة المشوهة والطيّة المبكرة ، تقترح مجموعة Ferscht تعريفًا "صريحًا" للحالة المشوهة. يعرّفون الحالة غير المطوية (U) على أنها "الحالة القصوى غير المطوية للبروتين ، حيث يكون لمجموعات NH الأساسية حماية قليلة ضد التبادل H / 2H". إنهم يعرّفون الحالة المشوهة ، D ، على أنها "أقل دولة غير أصلية من حيث الطاقة في ظل مجموعة محددة من الشروط". في هذا السيناريو ، يمكن أيضًا أن تكون الحالة التي تم تغيير طابعها وسيطًا قابلاً للطي إذا تم وضعها في ظروف تعزز الطي. أظهر العمل السابق من المجموعة أن الحالة المشوهة لـ En-HD لها ثلاث حلزونات محمية من التبادل 2H وكانت أقل بمقدار كيلو كالوري / مول في الطاقة من الحالة غير المطوية.

Jmol: تم تحديث النطاق المنزلي المحفور - الحالة المحولة والطبيعية الأصلية Jmol14 (جافا) | JSMol (HTML5)

D5. تطابقات متعددة من نفس التسلسل

1.تعدد أشكال النوكليوتيدات الفردية الصامتة (SNPs): بالنسبة لبعض الأحماض الأمينية ، تؤدي سلاسل النوكليوتيدات المتعددة (الكودونات) في مناطق ترميز الجين لبروتين ما إلى دمج نفس الحمض الأميني في تسلسل البروتين. ومن ثم فإن بروتينين متطابقين في تسلسل الأحماض الأمينية قد يكون لهما تسلسل نيوكليوتيدات مختلف قليلاً في الجين الذي يشفرهما. كان يُعتقد أن أشكال النوكليوتيدات المفردة (SNPs) في مناطق الترميز ليس لها أي تأثير على البنية الثلاثية والوظيفة البيولوجية للبروتين إذا لم يؤد تباين النوكليوتيدات المفردة إلى إدخال حمض أميني مختلف في سلسلة الببتيد المتنامية (أي كانت الكودونات مترادفة والطفرات صامتة مفترضة بدون أي تأثير). في الآونة الأخيرة ، تبين أن تعدد أشكال النوكليوتيدات المفردة (SNPs) في الجين لمنتج MDR1 (مقاومة الأدوية المتعددة 1) ، P-glycoprotein ، ينتج عنه بروتين بخصوصية ركيزة مختلفة وتفاعلات مثبطة ، وبالتالي بنية ثلاثية الأبعاد مختلفة. أحد التفسيرات المحتملة لهذه الملاحظة هو الاختلاف في معدل ترجمة الرنا المرسال لهذا البروتين الغشائي. قد تؤدي المعدلات المختلفة إلى ارتباطات مختلفة داخل الجزيئات وبين الجزيئات ، مما قد يؤدي إلى هياكل ثلاثية الأبعاد نهائية مختلفة حيث ينثني البروتين بشكل متزامن ويدخل في الغشاء. سيكون هذا صحيحًا بشكل خاص إذا كان هناك هيكلان محتملان يكونان قريبين بدرجة كافية من الطاقة الحرة ولكن مفصولة بحاجز طاقة تنشيط كبير ، مما يحول دون إعادة الترتيب التوافقي البسيط لتشكل إلى آخر.

2. البروتينات المتحولة: بالإضافة إلى بروتينات البريون ، يبدو أن العديد من البروتينات يمكن أن تتبنى أكثر من شكل واحد تحت نفس مجموعة الشروط. على عكس بروتينات البريون ، حيث يكون تكوين متغير بنية بيتا أمرًا لا رجوع فيه نظرًا لأن التغيير التوافقي مرتبط بالتجميع ، يمكن للعديد من البروتينات تغيير التطابق بشكل عكسي. في كثير من الأحيان ، لا يبدو أن هذه التغييرات مرتبطة فقط بتفاعلات الربط التي تؤدي إلى التغيير. وصف مورزين البروتينات التي تغير التوافق عند تغير الأس الهيدروجيني (البروتينات السكرية الفيروسية) ، وحالة الأكسدة والاختزال (قناة الكلوريد) ، وأزمرة ثاني كبريتيد (الليزوزيم) ، والليغند المرتبط (بوليميريز الحمض النووي الريبي عند بدء ثم إطالة بوليمر الحمض النووي الريبي المتنامي). يستشهد ببروتينين يبدو أنهما يغيران حالتهما بدون إشارات خارجية. وتشمل هذه المواد Mad2 ، حيث يتشارك المطابقان تشابهًا واسعًا ، و Ltn10 (lymphotactin) ، حيث لا يتشاركان فيهما. يرتبط أحد أشكال اللمفوتكتين (Ltn 10) بمستقبلات ليمفوكين مماثلة ، بينما يرتبط الآخر (Ltn 40) بالهيبارين. قد تلعب حركيات الطي دورًا في هذه الأمثلة أيضًا ، حيث إن البروتينات القادرة على الطي إلى اثنين من المطابقات بشكل مستقل وبسرعة قد تمنع حدوث خلل وتجميع قد يحدث إذا كان عليها أن تتكشف تمامًا أولاً قبل الانتقال التوافقي. يغير كل من Mad2 و Ltn10 التشكل من خلال تشكيلات عابرة من الثنائيات ، والتي تسهل التغييرات التوافقية دون الكشف على نطاق واسع. يمكن أن تؤدي الطفرات في Ltn10 إلى تبني البروتين للتشكيل Ltn40 ، وبالتالي يمكن للبروتينات "المتحولة" البدائية ، عن طريق الطفرة البسيطة ، إنتاج وظائف بروتينية جديدة.

3. البروتينات المضطربة جوهريًا (IDPs): تم العثور على العديد من الأمثلة على البروتينات المختلة جزئيًا أو كليًا ولكنها لا تزال تحتفظ بوظائفها البيولوجية. للوهلة الأولى ، قد يبدو هذا غير متوقع ، فكيف يمكن لمثل هذا البروتين أن يربط ليجنده الطبيعي بالخصوصية والانتقائية للتعبير عن وظيفته؟ بالطبع يمكن للمرء أن يفترض أن الارتباط بالرابط سيؤدي إلى تغييرات توافقية ضرورية للوظيفة (مثل الحفز) في مثال متطرف للملاءمة المستحثة للرابط مقارنة بتناسب "القفل والمفتاح". منذ عقود ، تنبأ لينوس بولينج بأن الأجسام المضادة ، وهي البروتينات التي تتعرف على الجزيئات الأجنبية (المستضدات) ، سترتبط بشكل غير محكم بالمستضد ، يليه تغيير في التركيب لتشكيل توافق أكثر تكاملاً وأكثر إحكامًا. كانت هذه أسهل طريقة للسماح لعدد محدود من الأجسام المضادة البروتينية المحتملة بربط عدد لا نهائي على ما يبدو من الجزيئات الأجنبية المحتملة. هذه بالفعل إحدى الطرق التي يمكن للأجسام المضادة من خلالها التعرف على المستضدات الأجنبية. الأجسام المضادة التي ترتبط بالمستضد ذي الألفة العالية وبالتالي الخصوصية العالية من المرجح أن ترتبط من خلال القفل وتناسب المفتاح. (ومع ذلك ، لم يكن بولينج يعلم أن الجينات التي تشفر سلاسل البروتينات في الأجسام المضادة يتم تقطيعها بشكل مختلف وتخضع لمعدلات طفرة محسّنة تسمح بتوليد تنوع لا يُصدق من الأجسام المضادة من مجموعة محدودة من الجينات).

تشير التقديرات إلى أن أكثر من نصف البروتينات الأصلية بها مناطق مضطربة (أكثر من 30 حمضًا أمينيًا) ، وأكثر من 20٪ من البروتينات مضطربة تمامًا. يتم إثراء مناطق الاضطراب في السلاسل الجانبية القطبية والمشحونة التي تتبع لأن هذه قد تتوقع أن تفترض العديد من المطابقات المتاحة في المحاليل المائية مقارنة بالتسلسلات المخصبة في السلاسل الجانبية الكارهة للماء ، والتي من المحتمل أن تنهار إلى قلب مضغوط مستقر بتأثير كاره للماء. تميل الطفرات في المناطق المضطربة إلى الحفاظ على المنطقة المضطربة ، مما يشير إلى أن المنطقة المضطربة مفيدة للوظيفة "المستقبلية". بالإضافة إلى ذلك ، فإن الطفرات التي تسبب تسلسلًا غير مشفر ينتج عنه ترميز واحد ينتج دائمًا تسلسلات بروتينية مضطربة. تميل البروتينات المضطربة إلى امتلاك خصائص تنظيمية وربط روابط متعددة ، مقارنةً بالبروتينات المطلوبة ، والتي تشارك في الارتباط الترابطي المحدد للغاية الضروري للحفز والنقل. تبين أيضًا أن التركيز داخل الخلايا للبروتينات المضطربة أقل من البروتينات المطلوبة ، ربما لمنع حدوث تفاعلات الارتباط غير المناسبة بوساطة التفاعلات الكارهة للماء ، على سبيل المثال. تشمل العمليات لتحقيق ذلك تحلل mRNA أسرع والبروتين وترجمة أبطأ لـ mRNA للبروتينات المضطربة. لسبب مشابه ، يتم استهداف البروتينات المشوهة للتحلل أيضًا. يوضح الشكل (أ) أدناه متوسط ​​الشحنة الصافية مقابل متوسط ​​الكراهية للماء لـ 275 بروتينًا مطويًا و 91 بروتينًا مكشوفًا محليًا. يوضح الشكل (ب) التركيب النسبي للأحماض الأمينية للبروتينات الكروية (المرتبة) مقارنة بمناطق الاضطراب التي تزيد عن 10 أحماض أمينية في البروتينات المضطربة. تم الحصول على الشريطين الرماديين المختلفين بإصدارين مختلفين من البرنامج المستخدم لتحليل البروتينات. مرة أخرى ، يوضح الرسم البياني إثراء الأحماض الأمينية المحبة للماء في البروتينات المضطربة.

من مجلة الوصول المفتوح: Dunker، A. et al. BMC Genomics 2008 ، 9 (ملحق 2): S1 دوى: 10.1186 / 1471-2164-9-S2-S1

يمكن استخدام العديد من الطرق التجريبية لاكتشاف المناطق المضطربة في البروتينات. لم يتم حل هذه المناطق جيدًا في الهياكل البلورية للأشعة السينية (لها عوامل B عالية). ستظهر هياكل حل الرنين المغناطيسي النووي تطابقات متعددة ومختلفة. وبالمثل ، فإن التحليل الطيفي للقرص المضغوط سيُظهر بنية ثانوية غير واضحة المعالم. بالإضافة إلى ذلك ، فإن قياسات حجم المحلول (تشتت الضوء والطرد المركزي) ستظهر توزيعات حجم أكبر لبروتين معين.

ما أنواع البروتينات التي تحتوي على اضطراب؟ تم تطوير الأساليب الحسابية التجريبية والجديدة المذكورة أعلاه لتصنيف البروتينات حسب درجة اضطرابها. يبدو أن هناك عددًا أكبر من النازحين داخليًا في حقيقيات النوى مقارنةً بأرشيا وبدائيات النوى. يشارك العديد من IDPS في عمليات إرسال الإشارات الخلوية (عندما تقوم الجزيئات الخارجية بإشارة الخلايا للاستجابة عن طريق التكاثر ، والتمايز ، والموت ، وما إلى ذلك). يبدو أن معظمهم يقيمون في النواة. ترتبط النسبة الأكبر من الأشخاص النازحين داخليًا ببروتينات أخرى وكذلك بالحمض النووي. تشير هذه النتائج إلى أن IEPs ضرورية لوظيفة البروتين وربما تمنح مزايا كبيرة للخلايا حقيقية النواة حيث يمكن استنباط وظائف متعددة من تفاعل IEP واحد (مشتق من جين واحد) مع شركاء ربط بروتين مختلفين. سيؤدي هذا إلى زيادة حجم الجينوم الفعال في البشر بشكل كبير ، على سبيل المثال ، من حوالي 25000 بوظيفة محددة إلى أكثر من ذلك بكثير. هذا لا يأخذ في الاعتبار حتى الوظائف المتزايدة المستمدة من التعديلات الكيميائية اللاحقة للترجمة.

سنناقش البروتينات المضطربة جوهريًا بشكل أكبر في الفصل 5. ما يتضح من الاكتشاف الأخير هو أن بنية البروتين سائلة ومعقدة وأن مفاهيمنا وكلماتنا البسيطة للإشارة إلى البروتينات على أنها أصلية أو مشوهة مضللة وتقيد أفكارنا حول كيفية إثارة بنية البروتين الوظيفة البيولوجية. على سبيل المثال ، ماذا تعني كلمة "أصلي" ، إذا كانت البروتينات موجودة في حالات متعددة في الجسم الحي وفي المختبر في وقت واحد؟ صاغ Dunker et al (2001) مفهوم "Protein Trinity" لتجاوز فكرة أن بروتينًا واحدًا ينثني إلى حالة واحدة تؤدي إلى وظيفة واحدة. بدلاً من ذلك ، تتعايش كل حالة في "الثالوث" ، المرتبة والمنهارة (أو الكريات المنصهرة) والممتدة (الملف العشوائي) في الخلية. ومن ثم يمكن اعتبار الجميع "أصليين" وكلهم يساهمون في وظيفة الخلية. يمكن أن يرتبط IDP واحد بالعديد من شركاء البروتين المختلفين ، كل منهم ينتج هياكل ووظائف نهائية مختلفة. سيكون النازحون داخليًا أيضًا أكثر سهولة في الوصول وبالتالي عرضة لتحلل البروتين ، مما قد يؤدي إلى آلية بسيطة للتحكم في تركيزاتهم ، وهي طريقة مهمة لتنظيم نشاطهم البيولوجي. وبالمثل ، فإن ميلهم إلى التعديل الكيميائي لما بعد الترجمة سيؤدي إلى أنواع جديدة من التنظيم البيولوجي.

هذه الأفكار لها تداعيات عميقة على فهمنا للتعبير عن النمط الظاهري الخلوي. بالإضافة إلى ذلك ، يتوفر عالم جديد تمامًا من أهداف الأدوية من خلال إيجاد الأدوية التي تعدل التحولات بين حالات البروتين المنتظمة والمنهارة والممتدة. وبالمثل ، يمكن فهم الآثار الجانبية للأدوية من خلال التحقيق في آثار الأدوية لهذه التحولات في الأشخاص النازحين داخليًا الذين لم يتم استهدافهم في البداية.

4. التحفيز بواسطة شركة Molten Globule: مثال حديث (Bemporad) على أن أسيل فوسفاتيز البكتيري له نشاط تحفيزي ككرة مصهورة تتساءل عن مفاهيمنا عن البنية ونشاط الإنزيم. في هذا المثال ، لم يؤدي تفاعل الركيزة إلى إحداث تغييرات توافقية عالمية في البروتين. أظهرت محاكاة الديناميكيات الجزيئية وجود العديد من التوافقات المختلة جزئيًا للبروتين ، وأن الاضطراب يشمل الموقع النشط. ومع ذلك ، فإن أجزاء من البروتين تكون مرتبة بشكل أكبر وتشكل "سقالة" تحافظ على الأحماض الأمينية الرابطة المحفزة والركيزة بالقرب بما يكفي بحيث يمكن أن يؤدي الارتباط إلى إعادة ترتيب مطابقة في الجانب النشط والنشاط التحفيزي اللاحق.

د 6. طي البروتين في الجسم الحي

هناك العديد من الاختلافات بين الكيفية التي يمكن أن ينثني بها البروتين أو يتكشف في الخلية مقارنةً بأنبوب الاختبار.

  • يقدر التركيز الكلي لجميع البروتينات والأحماض النووية في الخلايا بحوالي 350 جم / لتر ، أو 350 مجم / مل. يتم إجراء معظم القياسات في المختبر في حدود 0.1 إلى 10 مجم / مل
  • يتم تصنيع البروتينات في الخلايا من اتجاه طرفي N إلى C. ومن ثم فإن البروتين الناشئ ، كما يخرج من موقع تخليقه (الريبوسوم) ، قد ينثني إلى بنى وسيطة لأنه ليس كل تسلسل البروتين متاحًا بعد للطي المباشر.
  • يتم تصنيع البروتينات في السيتوبلازم ، ولكن يجب أن تجد مكانها الأخير في الخلية. ينتهي بعضها في أغشية ، والبعض يجب أن ينتقل عبر غشاء واحد أو حتى غشاءين مختلفين لينتهي به الأمر في عضيات معينة مثل جولجي ، والميتوكوندريا ، والبلاستيدات الخضراء (في الخلايا النباتية) ، والنوى ، والجسيمات الحالة ، والبيروكسيسومات ، وما إلى ذلك. هل تنتقل في حالتها الأصلية ؟

تشير الدلائل الإضافية إلى أن طي البروتين / الانتقال يتطلب مساعدة (مثل الحفز) في الخلية.

  • يمكن أن تؤدي الخلايا الطافرة المعيبة في بروتينات معينة إلى التراكم في خلايا البروتينات غير المطوية والمجمعة.
  • يمكن التعبير عن جينات حقيقيات النوى (المأخوذة من الخلايا العليا التي تحتوي على نوى وعضيات داخلية) ، عند نقلها إلى بدائيات النوى (البكتيريا ، مثل E. جثث.

ومن ثم فإن البروتينات المؤتلفة التي يتم التعبير عنها في الجسم الحي لها نفس المشاكل في الطي مثل البروتينات الأكبر في المختبر. في كلتا الحالتين ، تفضل الظروف تراكم البروتينات غير الأصلية مع مجموعات كارهة للماء مما يؤدي إلى التراكم. يحدث التجميع أيضًا في الجسم الحي عندما يتم التعبير عن البروتين بشكل مفرط أو التعبير عنه عند درجة حرارة أعلى من المعتاد. لماذا ا؟ تم اختيار الخلايا الطافرة التي تقوم بالفعل بقمع الأجسام المتضمنة في الجسم الحي. تم توسط هذا التأثير بواسطة فئة من البروتينات التي تعبر عنها البكتيريا والخلايا الأخرى عند ارتفاع درجة حرارتها. كانت وظيفة هذه البروتينات ، المسماة بروتينات الصدمة الحرارية (Hsp) ، غير معروفة حتى تم إدراك أنها تسهل طي البروتين الصحيح ، جزئيًا ، عن طريق الارتباط بالبروتينات المشوهة في الخلايا قبل أن تتجمع في أجسام متضمنة. اكتشفت دراسات أخرى عددًا كبيرًا من البروتينات التي يبدو أنها تسهل طي البروتين وتمنع التجمع في الجسم الحي. تسمى هذه البروتينات الآن مركبات البروتين الجزيئية. يتم تصنيفها على أساس وزنها الجزيئي) ويمكن تقسيمها إلى عائلتين على الأقل ، عائلة المرافقة Hsp-70 وعائلات المرافقة و Hsp 90 كما هو موضح وملخص في الشكل والنص أدناه.

عائلة Hsp-70: تشتمل هذه العائلة على بروتينات DnaK / DnaJ و GrpE في بدائيات النوى وبروتين الجلوبيولين المناعي المرتبط بالسلسلة الثقيلة (BiP) وبلورات ألفا في حقيقيات النوى. يشتمل بلوري ألفا على 30٪ من بروتينات العدسة في العين ، حيث تعمل جزئيًا على منع التكتلات غير المحددة التي لا رجعة فيها. هذه البروتينات لها أوزان جزيئية حوالي 70 كلفن وهي:

  • ترتبط بسلاسل عديد الببتيد المتنامية حيث يتم تصنيعها على الريبوسومات.
  • التعبير عن النشاط كمونومرات.
  • لها نشاط ATPase - أي أنها تشق فسفوانهيدريد ATP (الذي يمكن أن يؤدي إلى ردود فعل).
  • ربط الببتيدات القصيرة والممتدة ، مما يحفز نشاط ATPase
  • الافراج عن الببتيدات ملزمة بعد انقسام ATP

في بدائيات النوى ، يرتبط بروتين يسمى عامل الزناد (TF) في عملية ترجمة مشتركة بالبروتينات عندما تبدأ في الظهور من الريبوسوم ويحفز الطي الصحيح لحوالي 70٪ من البروتين البكتيري. يتطلب الباقي مرافقين إضافيين ، بما في ذلك DnaJ و DnaK اللذين يربطان البروتينات أثناء التوليف في عملية الترجمة المشتركة. عند التفاعل مع البروتين المرتبط بـ DnaJ ، يتحلل DnaK المائي المرتبط بـ ATP ، مما يؤدي إلى تكوين مركب مستقر بين DnaJ و DnaK. يسهل GrpE ، عامل تبادل النوكليوتيدات لـ DnaK ، إصدارات ADP من DnaK. يؤدي إعادة ربط ATP إلى DnaK إلى إطلاق بروتين الركيزة. هذه الدورة تكرر نفسها حتى يتم طي البروتين بالكامل. بالنسبة لحوالي 20٪ من البروتينات في E. Coli ، تؤدي دورة DnaK / DnaJ / GrpE إلى طي كامل للبروتينات بعد الترجمة. تستخدم حقيقيات النوى مجموعة مماثلة من البروتينات المعقدة Hsp70 بما في ذلك إذا كان الطي لا يزال غير مكتمل بعد عدة جولات ، فإن البروتين المركب بالكامل ولكنه غير المطوي بشكل كامل يتفاعل مع محفز مذهل لطي البروتين ، وهو نظام تشابيرونين.

Chaperonins- بما في ذلك chaperonin 60 (أو GroEL في E. Coli) و Chaperonin 10 (أو GroES في E. Coli) في البلاستيدات الخضراء والميتوكوندريا والبكتيريا ، و TCP-1 في السيتوبلازم حقيقية النواة.

  • ترتبط بالبروتينات بعد أن تترك الريبوسوم أو تنتقل إلى عضيات مثل الميتوكوندريا.
  • التعبير عن النشاط كما multimers. يتكون GroEL من مجموعتين من حلقات المونومرات ، مع 7 مونومرات في كل حلقة (كل مونومر حوالي 60 كيلو وات) ، مما يشكل أسطوانة مجوفة. تتكون GroES من حلقة واحدة من 7 مونومرات (كل 10K MW). يشكل مجمع GroES غطاءً على طرف مفتوح من أسطوانة GroEL. يمكن أن تنثني البروتينات داخل التجويف في GroEL (مبطنة ببقع كارهة للماء) دون "خوف" من التجمع. يقوم GroEL أيضًا بربط وشق ATP ، مما يؤدي إلى تغييرات توافقية داخل البرميل وإخفاء البقع الكارهة للماء في Gro EL ، مما يؤدي إلى إطلاق الببتيد غير المطوي. تستمر العملية حتى يمر البروتين القابل للطي عبر البرميل ويتم إطلاقه في حالته المطوية الصحيحة. هل تجد هذا مذهلا؟
  • اربط البروتينات غير الأصلية عند فتحة GroEL لمركب GroEL و GroES ، الذي يحتوي على تجويف كبير كاره للماء.
  • Chaperonins الجزيئية في المرض

وقد ثبت أيضًا أن GroEL يربط في تجويفه المقاوم للماء جسيمات متناهية الصغر من أشباه الموصلات CdS والتي يمكن إطلاقها عند إضافة وانقسام ATP. هناك فئتان من المرافقين:

  • الفئة الأولى: تلك الموجودة في البكتيريا والبلاستيدات الخضراء والميتوكوندريا. لها هياكل مماثلة لـ GroEL (حلقتان من 7 مونومرات متطابقة) و Gro ES.
  • الفئة الثانية: تلك الموجودة في البكتريا البدائية وفي سيتوبلازم الخلايا حقيقية النواة. تحتوي هذه على حلقتين من 8-9 وحدات فرعية قد لا تكون متطابقة.

جمول: محدث GroEL / ES Jmol14 (جافا) | JSMol (HTML5)

أثبت المرافقون الآخرون أن لهم أهمية إكلينيكية. Hsp 90 هو مساعد يتم التعبير عنه في كل من الخلايا الطبيعية والورم. يبدو أن لها أهمية خاصة في الخلايا السرطانية في مساعدة البروتينات الرئيسية المشاركة في الورم الخبيث (بروتينات نقل الإشارة مثل HER-2 / ErbB2 و Akt و Raf-1 و Bcr-Abl و p53) للحفاظ على أشكالها في ظل ظروف التعرض للعقاقير وعدم الاستقرار الجيني المتأصل الموجود في الخلايا. يبدو أن الأدوية التي ترتبط بـ Hsp90 وتثبطه لها تأثير أكبر بكثير على الخلايا السرطانية ، مما يجعل هذا البروتين هدفًا جديدًا للعلاج الكيميائي لعلاج السرطان. الدراسات الحديثة التي أجراها كمال وآخرون. أظهرت أن العقار 17-AAG يرتبط بـ Hsp90 بقوة 100 مرة في الخلايا السرطانية مقارنة بالخلايا الطبيعية. يبدو أن Hsp 90 معقدًا لـ "مرافقين مشاركين" آخرين في الخلايا السرطانية مما يؤدي إلى تقارب عالٍ لارتباط الأدوية. قد يحفز مجمع chaperone الدواء على تبني شكل مختلف. فيما يلي مقارنة بين الطي المحفز المحفز في بدائيات النوى و eukaroytes.

البروتينات الإضافية التي تحفز طي البروتين: تعمل Chaperons لتقليل تراكم البروتين ، مما يزيد من كفاءة العملية بأكملها. تحفز البروتينات الأخرى في الخلية بالفعل خطوات محددة. فيما يلي مثالان:

  • إيزوميراز ثنائي كبريتيد البروتين (PDI) - يحفز تحويل ثاني كبريتيد غير صحيح إلى تصحيح. يتكون الموقع النشط من مجموعتين من التسلسل التالي - Cys-Gly-His-Cys ، حيث يكون pKa لـ Cys أقل بكثير (7.3) من الطبيعي (8.5). كيف يمكن أن يسهل هذا أزمرة ثاني كبريتيد؟
  • Peptidyl Prolyl-Isomerase (PPI) - يحفز أزمرة X-Pro ، من خلال آلية تتضمن على الأرجح ثني رابطة الببتيد X-Pro. كيف سيسهل هذا العملية؟

تم العثور على العديد من البروتينات التي تمتلك نشاط PPI. فئة واحدة هي المناعية. هذه بروتينات صغيرة موجودة في السيتوبلازم تربط الأدوية المضادة للرفض المستخدمة لمنع رفض الأنسجة بعد الزرع. يرتبط بروتين immunophilin FK506 (FKBP) بـ FK506 بينما يرتبط بروتين السيكلوفيلين بعقار السيكلوسبورين المضاد للرفض. مركب السيكلوفيلين: السيكلوسبورين أو FKBP: يرتبط FK506 ببروتين يثبط الكالسينيورين ، وهو بروتين مهم (مع نشاط الفوسفاتيز) في الخلايا المناعية (الخلايا التائية) اللازمة لوظيفة الخلايا التائية. في هذه الحالة ، immunophilin: ارتباط الدواء بالكالسينيورين يثبط نشاط الخلية التائية ، ويمنع الهجوم المناعي على الأنسجة المزروعة ، ويمنع الرفض. تعمل الأدوية المثبطة للمناعة (FK506 و cyclosporin) على تثبيط نشاط PPI في المناعة المناعية الخاصة بها.إن مدى الحاجة إلى نشاط PPI من السيكلوفين لنشاطه غير واضح ، ولكن يبدو أنه مهم لبعض آثاره البيولوجية.

جمول: تحديث Cyclophilin Jmol14 (جافا) | JSMol (HTML5)

نظرًا لأن الموقع المسؤول عن طي بروتينات الغشاء والبروتينات المخصصة للإفراز ، بالإضافة إلى الموقع الرئيسي لتخليق الدهون ، يجب أن تكون الشبكة الإندوبلازمية (ER) قادرة على الحفاظ على ظروف الاستتباب لضمان تكوين البروتين المناسب. تظهر خلايا البلازما التي تصنع الأجسام المضادة للإفراز كجزء من تنشيط المناعة ، زيادات كبيرة في مرافقي البروتين وحجم غشاء ER

المسار الرئيسي الذي يتحكم في بيولوجيا ER هو مسار إشارات استجابة البروتين غير المكشوف (UPR). إذا تجاوز الطلب على تخليق البروتين في ER السعة ، تتراكم البروتينات غير المطوية. تعمل ظروف الإجهاد ER هذه على تنشيط بروتين يسمى IRE1 ، وهو عبارة عن كينازات بروتين Ser / Thr عبر الغشاء (الذي يعمل على فسفرة البروتينات). ينشط IRE1 عامل النسخ الذي يتحكم في نسخ العديد من الجينات المرتبطة بطي البروتين في ER. بروتين آخر ، ERAD (التحلل المرتبط بـ ER) الذي ينقل البروتينات غير المطوية إلى السيتوبلازم حيث يتم تحللها بواسطة البروتيازوم. يتم أيضًا تنشيط البروتينات المشاركة في تخليق الدهون حيث أن الدهون ضرورية للأغشية مع زيادة حجم ER. إذا تعذر تخفيف الضغط فإن مسار الإشارات يؤدي إلى موت الخلية المبرمج (موت الخلايا المبرمج).

قام Schuck at al بالتحقيق في الدور المحدد وأهمية UPR في استتباب ER كما هو الحال في الخميرة Saccharomyces cervisiae. تم تحليل مسار إشارات UPR باستخدام المجهر الضوئي والإلكتروني لتصور وقياس نمو ER تحت ظروف الإجهاد المختلفة. تم إجراء إجراءات النشاف الغربي لتحديد تركيزات البروتين المرافق بعد تحريض الإجهاد والارتباط بتوسيع ER بعد تعرض ER لظروف علاجية مختلفة. وجد المؤلفون أن تمدد غشاء ER حدث من خلال تخليق الدهون لأن تحريض الإجهاد أدى إلى زيادة تركيزات البروتينات المسؤولة عن تعزيز تخليق الدهون وفشل تمددها عندما كانت البروتينات غائبة وكان تركيز الدهون منخفضًا. بالإضافة إلى ذلك ، تم تنشيط بروتينات تخليق الدهون عن طريق مسار إشارات UPR. من خلال فصل التحكم في حجم ER وإشارات UPR ، وجدوا أن التوسع حدث بغض النظر عن تركيزات البروتين المرافق. ومع ذلك ، إذا لم تكن جينات تخليق الدهون متوفرة ، فإن رفع مستوى مرافق ER يساعد في تخفيف مستويات التوتر في ER.

د 7. كيمياء الأكسدة والاختزال وطي البروتين

بشكل عام ، نتصور الجزء الداخلي للخلية في بيئة مختزلة. تحتوي الخلايا على تركيزات كافية من جزيئات شبيهة "ب-مركابتوإيثانول" (تستخدم لتقليل روابط ثاني كبريتيد في البروتينات في المختبر) مثل الجلوتاثيون (g -Glu-Cys-Gly) وثيوردوكسين مخفض (مع موقع Cys نشط) لمنع رابطة ثاني كبريتيد تشكيل البروتينات السيتوبلازمية. لكي تحدث روابط ثاني كبريتيد في البروتين ، يتفاعل سلفهيدريل حر مع آخر على بروتين لتشكيل رابطة ثاني كبريتيد مؤكسدة أكثر. يحدث هذا التفاعل بسهولة أكبر إذا كان أحد سلاسل Cys الجانبية يحتوي على pKa منخفض (بسبب بيئته المباشرة) مما يجعله محبًا للنواة في التفاعل. تحتوي معظم البروتينات السيتوبلازمية على Cys مع سلسلة جانبية pKa و gt 8 ، مما يقلل من تكوين رابطة ثاني كبريتيد حيث يتم بروتونات Cys في الغالب عند هذا الرقم الهيدروجيني.

توجد روابط ثاني كبريتيد في البروتينات عادةً في البروتينات خارج الخلية ، حيث تعمل على إبقاء البروتينات متعددة الوحدات معًا عندما تصبح مخففة في البيئة خارج الخلية. يتم إدخال هذه البروتينات المخصصة للإفراز بشكل متماثل في الشبكة الإندوبلازمية (انظر أدناه) والتي تقدم بيئة مؤكسدة للبروتين القابل للطي وحيث يتم ربط السكريات تساهميًا بالبروتين القابل للطي وتتشكل روابط ثاني كبريتيد (انظر الفصل 3D: البروتينات السكرية - التركيب الحيوي والوظيفة ). تحتوي إنزيمات البروتين المشاركة في تكوين رابطة ثاني كبريتيد على Cys الحرة التي تشكل ثاني كبريتيدات مختلطة مع بروتينات الركيزة المستهدفة. تحتوي الإنزيمات (ثيول-ثنائي كبريتيد أوكسيدوروكتازات ، أيزوميراز ثنائي كبريتيد البروتين) على شكل Cys-XY-Cys ويمكن أن تعزز تكوين رابطة ثاني كبريتيد أو اختزالها إلى سلفهيدريلز حرة. إنها حساسة بشكل خاص للأكسدة والاختزال نظرًا لأن سلاسل Cys الجانبية يجب أن تتنقل بين أشكال ثاني كبريتيد الحرة.

تم العثور على روابط ثنائي كبريتيد داخل الخلايا في البروتين في محيط بدائيات النوى وفي الشبكة الإندوبلازمية (ER) والفضاء بين غشاء الميتوكوندريا (IMS) لحقيقيات النوى. بالنسبة لهذه البروتينات ، يتم فصل المرحلة الأولى من تخليق البروتين (في السيتوبلازم) مؤقتًا ومكانيًا عن موقع تكوين رابطة ثاني كبريتيد والطي النهائي. يمكن إنشاء روابط ثاني كبريتيد في بروتين مستهدف عن طريق الاختزال المصاحب لثاني كبريتيد في محفز بروتيني ، مما يترك العدد الصافي لثاني كبريتيد ثابتًا (ما لم تتم إعادة تأكسد الإنزيم بواسطة عملية مستقلة). بدلاً من ذلك ، يمكن تشكيل ثاني كبريتيد عن طريق نقل الإلكترونات إلى عوامل مؤكسدة مثل ثنائي الأكسجين.

في ER ، يتم تحفيز تكوين رابطة ثاني كبريتيد بواسطة البروتينات في عائلة إيزوميراز ثنائي كبريتيد (PDI). للعمل كمحفزات في هذه العملية ، يجب أن تكون PDIs في حالة مؤكسدة قادرة على قبول الإلكترونات من البروتين المستهدف لتكوين رابطة ثنائي كبريتيد. يعيد بروتين فلافوبروتين ، Ero1 ، إعادة تدوير PDI إلى حالة مؤكسدة ، ويتم تجديد Ero1 المختزل عند تمرير الإلكترونات إلى ديوكسجين لتكوين بيروكسيد الهيدروجين. باختصار ، عند تكوين ثاني كبريتيدات في ER ، تتدفق الإلكترونات من البروتين الناشئ إلى PDIs إلى بروتين flavin Ero1 إلى dioxgen (أي إلى مستقبلات أفضل وأفضل للإلكترون). الخطوة الأولى هي في الحقيقة خلط ثنائي كبريتيد ، والذي ، عند اقترانه بالخطوات اللاحقة ، يؤدي إلى تكوين رابطة دي نوفو ديسولفيد.

في الميتوكوندريا ، يحدث تكوين رابطة ثاني كبريتيد في الفضاء بين الغشاء (IMS) ويتم توجيهه بواسطة نظام مرحل ثاني كبريتيد الميتوكوندريا. يتطلب هذا النظام بروتينين مهمين: Mia40 و Erv1. يحتوي Mia40 على رابطة ثنائي كبريتيد الأكسدة النشط cys-pro-cys ويؤكسد بقايا cys في سلاسل polypeptide. يمكن لـ Erv1 بعد ذلك إعادة أكسدة Mia40 والتي يمكن بدورها إعادة أكسدة نفسها بواسطة الهيم في السيتوكروم ج. يتأكسد السيتوكروم C المختزل بواسطة أوكسيديز السيتوكروم C لنقل الإلكترون عبر مرور الإلكترونات إلى ديوكسجين لتكوين الماء. لا تزال أهمية أكسدة البروتين IMS غير مفهومة ، لكن يُعتقد أن الإجهاد التأكسدي الناجم عن خلل وظيفي يمكن أن يؤدي إلى أمراض تنكسية عصبية.

تقارن مراجعة حديثة أجراها Riemer et al بين عمليات ER والميتوكوندريا لتشكيل رابطة ثاني كبريتيد:

تشكل العديد من البروتينات المتنوعة والمتنوعة ثاني كبريتيدات في ER مقارنة بـ IMS. معظمهم في IMS لديهم كتلة جزيئية منخفضة ولديهم رابطان ثنائي كبريتيد بين الأشكال الحلزونية الدورانية الحلزونية. تتضمن ركائز البروتين هذه المرافق التي تسهل توطين البروتينات في الغشاء الداخلي ، وفي البروتينات المشاركة في نقل الإلكترون في الغشاء الداخلي.

هناك العديد من PDIs في ER ، مما يعكس على الأرجح التنوع الهيكلي لركائز البروتين في ER. ومع ذلك ، يبدو أن Mia40 هو PDI الوحيد في IMS.

بدأ تكوين رابطة ثنائي كبريتيد "De novo" بواسطة Ero1 في ER و Erv1 في IMS. أدى التطور المتقارب إلى بنى متشابهة لكليهما - حزمة 4-helix التي تربط FAD مع اثنين من Cys القريبين.

يؤدي مسار الميتوكوندريا إلى تكوين الماء عن طريق تقليل ثنائي الأكسجين ، وليس بيروكسيد الهيدروجين ، مما يقلل من تكوين أنواع الأكسجين التفاعلية في الميتوكوندريا. من المفترض أن يتم تحويل البيروكسيد المتكون في ER إلى شكل خامل.

إن IMS على اتصال أكثر حميمية مع السيتوبلازم من خلال بروتينات الغشاء الخارجي التي تسمى porins والتي من شأنها أن تسمح لبعض الجلوتاثيون بالوصول. يقدم IMS بيئة مؤكسدة أكثر من السيتوبلازم (مع المزيد من الجلوتاثيون). إن ER ، بدون نظير porin ، سيكون أكثر أكسدة.

ينظم التكوين العكسي لثاني كبريتيد في ER نشاط البروتين.

تنظيم رابطة ثاني كبريتيد في الفضاء المحيط بالبكتيريا

تعتبر حساسية الأكسدة والاختزال للسلسلة الجانبية Cys الموجودة في روابط ثاني كبريتيد مهمة في تنظيم نشاط البروتين. على وجه الخصوص ، يمكن تعديل مجموعة الثيول من الأحماض الأمينية Cys ، وهي مادة نيوكليوفيل مهمة توجد غالبًا في الموقع النشط ، للتحكم في نشاط البروتين. يمكن أن يؤدي تكوين رابطة ثاني كبريتيد أو أكسدة الثيول الحر إلى حمض السلفنيك أو حمض السلفنيك أو حمض السلفونيك إلى إعاقة نشاط البروتين. تقوم البروتينات E. Coli periplasmic DsbA (رابطة ثاني كبريتيد A) بتحويل الثيول الحر المجاور إلى السيستين المرتبط بثنائي كبريتيد ، في هذه العملية يتم تقليلها. DsbB أعاد أكسدة DsbA إلى شكله النشط تحفيزيًا. ماذا عن بروتين periplasmic مثل YbiS مع موقع نشط Cys؟ نظرًا لأن بيئة الطبقة المحيطة مؤكسدة ، فإن ضباب YbiS يكون محميًا من التحويل التأكسدي لـ Cys الحرة إلى أحماض سلفينيك أو سلفونيك مما يتسبب في أن يصبح البروتين غير نشط. تتضمن الآلية نوعين من البروتينات المحيطة بالبروتينات المعروفة باسم DsbG و DsbC والتي تشبه thioredoxin. هذان البروتينان قادران على التبرع بالإلكترونات للثيول غير المحمي مما يمنعه من أن يتأكسد ، مما يسمح لـ YbiS بالبقاء نشطًا في periplasm. للحفاظ على النشاط ، يتم تقليل DsbG و DsbC بواسطة بروتين آخر محيطي ، DsbD.

د 8. نقل البروتين عبر الأغشية

كيف "يقرر" البروتين موقعه النهائي بعد التوليف؟ يحدث تخليق البروتين في السيتوبلازم ، لكن قد ينتهي الأمر بالبروتينات خارج الخلية ، في أغشية الخلية ، داخل عضيات مختلفة ، أو تبقى في السيتوبلازم. كيف يتم اتخاذ القرار؟ يجب أن تكون هناك إشارات في البروتين تستهدف البروتينات إلى مواقع مختلفة في الخلية ، حيث يمكن أن تحدث المعالجة. تحتوي البروتينات المخصصة للإفراز أو إدخال غشاء البلازما عادةً على ببتيد إشارة عند الطرف N الذي يرتبط بجسيم التعرف على الإشارة في عملية الترجمة المشتركة التي توقف الترجمة مؤقتًا. يرسو هذا المركب للإشارة إلى مواقع الالتحام المعقدة في غشاء الشبكة الإندوبلازمية ، حيث تستمر الترجمة حيث يمتد عديد الببتيد الناشئ عبر مسام البروتين في غشاء ER. حصل Gunter Blobel على جائزة نوبل في الطب عام 1999 "لاكتشافه أن البروتينات لها إشارات جوهرية تتحكم في نقلها وتوطينها في الخلية".

(أعيد طبعه بإذن من مختبرات Kanehisa ومشروع KEGG: www.kegg.org)

إذا كان معدًا للإفراز ، فإنه يدخل في تجويف ER. تتعثر البروتينات المخصصة للإدخال في غشاء سطح الخلية في غشاء ER ، ومن خلال عملية الحويصلة تندمج مع Golgi وفي النهاية مع غشاء سطح الخلية. البروتينات التي تؤخذ في العضيات مثل الميتوكوندريا تتم في عملية ما بعد الترجمة التي تتطلب التيسير بواسطة مرافقي البروتين. يحدث الطي النهائي للبروتين داخل العضية. في كلتا الحالتين ، تمر البروتينات غير الأصلية عبر الغشاء وبعد ذلك يحدث الطي النهائي.

السؤال المثير للاهتمام هو كيف يتم اتخاذ القرار للاحتفاظ بالبروتين إما في الغشاء أو السماح له بالمرور بالكامل (في حالة البروتينات المعدة للإفراز). قامت Hessa وزملاؤها بالتحقيق في عملية "اتخاذ القرار" هذه من خلال دراسة مركب بروتين مسام غشاء حقيقيات النوى ، Sec 61 translocon (كما هو موضح في الأشكال أعلاه) ، والذي يجب تنظيم نشاطه عن كثب مع طي البروتين المتنامي. عند دراسة هذه العملية ، أخذوا بعين الاعتبار ثلاث مناطق محلية في الغشاء: المنطقة الكارهة للماء المكونة من ذيول الأسيل غير القطبية للدهون الغشائية ، والمنطقة البينية بالقرب من مجموعات الرأس القطبية ، والمناطق المائية (الماء الكتلي) على كل جانب. من مجموعات الرأس. تم استخدام 19 ببتيد من الأحماض الأمينية كبروتين نموذج تجريبي تمت إضافته إلى الترانكون. تم اختيار هذا الحجم لأنه طويل بما يكفي لتمتد الجزء الطارد للماء من الغشاء إذا كان الببتيد في شكل حلزوني ألفا (وهو أمر شائع في البروتينات الممتدة للغشاء). قاموا بتغيير نسبة الأحماض الأمينية التي تميل إلى الانقسام إلى كل منطقة من المناطق الثلاث ودرسوا التخلص من الببتيد بعد التفاعل مع الغشاء والتربوكون. لاختبار ما إذا كانت النتائج متوافقة مع الديناميكا الحرارية لتقسيم الأحماض الأمينية إلى بيئات غير قطبية (وليس الاعتبارات الحركية) ، استخدموا مقياس Wimley و White hydrophobicity ، بناءً على الطاقة المجانية لنقل سلاسل الأحماض الأمينية الجانبية إلى بيئات غير قطبية ، توقع التخلص من الببتيد المستهدف مع الغشاء. يوضح الجدول أدناه ميل الأحماض الأمينية إلى أن تكون في كل منطقة عند التوازن ، بناءً على مقياس مقاومة الماء هذا.

الجدول: تقسيم الأحماض الأمينية إلى مناطق الأغشية

منطقة أحماض أمينية
كميات كبيرة من المياه Arg، Asn، Asp، Gln، Glu، His، Lys، Pro
المياه السائبة + السطح البيني علاء ، السيسي ، جلي ، سر ، ثر
بين الوجه صور
نافرة من الماء إيل ، ليو ، ميت ، في ، ترب ، فال

كانت نتائجهم التجريبية متوافقة مع تلك التي تم توقعها باستخدام المقياس أعلاه. إذا تم استخدام polyalanine 19 mer ، لم يلاحظ أي إدخال. مع وجود خمسة ليوسينات في الببتيد ، يتم إدخال 90 ٪ تقريبًا في الغشاء. ستكون النتائج هي النمذجة باستخدام توازن من دولتين:
إدخال الببتيد & lt == & gt نقل الببتيد.
ثم قاموا باستبدال كل من الأحماض الأمينية العشرين في موضع معين في الببتيد المستهدف واستخدموا النتائج لتطوير مقياس تجريبي لنقل الغشاء ، وليس مقياسًا يعتمد على النقل البسيط إلى وسط غير قطبي. يطابق هذا المقياس الجديد مقياس كره الماء ، مما يشير إلى قرارات الإدراج والنقل حيث تستند إلى الديناميكا الحرارية لتقسيم السلسلة الجانبية. قاموا أيضًا بتغيير موضع الأحماض الأمينية المتنوعة في ببتيد الاختبار. إذا كان الحمض الأميني يفضل الجزء الأكبر و / أو المنطقة البينية ، فسيتم إدخال الببتيد إذا كان هذا الحمض الأميني في نهاية الببتيد ، وليس الوسط. من أجل الإزاحة ، يجب أن يكون الببتيد برمائيًا مع وجه واحد قطبي والآخر غير قطبي.

لقد طوروا نموذج توازن بسيط لإظهار العمليات المتضمنة ، كما هو موضح أدناه في عرض من أعلى لأسفل للغشاء.

الشكل: نموذج توازن Translocon

يحتوي الترانكون ، الموضح باللون الأخضر ، على مسام مملوءة بالماء ولكن أيضًا فتحة جانبية باتجاه الجزء الداخلي من الغشاء. يدخل الببتيد المستهدف إلى المسام. تعرض التغييرات التوافقية العابرة في المسام الببتيد إلى لب الغشاء غير القطبي. يقوم الببتيد المستهدف بأخذ عينات من البيئات المائية وغير القطبية والأقسام فيها بناءً على الاعتبارات المذكورة أعلاه. إذا تم تقسيمه بشكل أفضل في قلب كاره للماء ، فسوف يفعل ذلك ويتسبب في أن يصبح الببتيد مرتبطًا بالغشاء. وإلا فإنه سيمر إلى الجانب الآخر. يمكن نمذجة هذا كعملية توازن إذا كان معدل الانتقال بطيئًا مقارنة بمعدلات التغيير التوافقي الانتقالي وأخذ العينات البيئية بواسطة الببتيد. من الواضح أن العملية تصبح أكثر تعقيدًا إذا كان الهدف بروتينًا كبيرًا.

جمول: محدث SecYEB بروتين Translocase Jmol14 (جافا) | JSMol (HTML5)

طورت بروتينات السموم البكتيرية أيضًا طرقًا للمرور عبر غشاء الخلية ، مرة أخرى في حالة غير أصلية ، عبر قناة بروتين في الغشاء. توصل كرانتز وزملاؤه مؤخرًا إلى تفاصيل حول كيفية تحرك بروتين سم الجمرة الخبيثة عبر أغشية الخلايا حقيقية النواة. تشارك ثلاثة بروتينات الجمرة الخبيثة. أحدهما عبارة عن بروتين "ما قبل النضج" يرتبط ببروتينات معينة على غشاء الخلية ، حيث يتم تنشيطه عن طريق تحلل بروتيني محدود لتشكيل بروتين مسامي يتجمع في غشاء الهيبتامر المتماثل في الغشاء. يرتبط نوعان من البروتينات الأخرى التي تفرزها البكتيريا ، العامل المميت وعامل الوذمة ، بمركب هيبتامار ، ثم يتم إدخال المجموعة بأكملها في الخلية عن طريق الانغماس لتشكيل حويصلة مع مجمع المسام في الغشاء. تندمج هذه الحويصلات مع الليزوزوم في الخلية ، وعند التحميض ، يحدث تغيير توافقي في المركب المسبق لتنشيطه. تتكشف العوامل المميتة والوذمة جزئيًا ، ربما إلى حالة الكريات المنصهرة ، ثم يتم تمريرها عبر المسام إلى الخلية حيث تمارس تأثيرها السام. مطلوب تدرج الجهد الكهروكيميائي (الذي سنناقشه لاحقًا في الفصل الدراسي) لمرور العوامل عبر الغشاء. تعمل المسام النشطة على تفكيك بروتين العامل ، مما يسهل عملية النقل.

كرانتز وآخرون درس بروتين المسام عن طريق تحوير اثنين من الأحماض الأمينية ، Phe427 و Ser 429 ، على كل مونومر من المسام إلى Cys. ثم قاموا بعد ذلك بتعديل Cys باستخدام [2- (ثلاثي ميثيل الأمونيوم) إيثيل ميثان إيثيوسولفونات وتأثيرات ملحوظة على التوصيل الأيوني لمطابقة المسام والمسام. لاحظوا أنه عندما تم تحور كلا البقايا وتعديلهما كيميائيًا ، تم حظر هذا التوصيل الأيوني ، مما يشير إلى أن هذه السلاسل الجانبية كانت موضعية في أضيق جزء من القناة. عندما تم تحور Phe 427 وحده إلى سلاسل جانبية أصغر (Ala) ، زادت التوصيل الأيوني ولكن تم منع نقل الببتيدات من بروتينات العامل. يشير هذا إلى أن الحلقة العطرية في الجزء الضيق من فتحة القناة تشارك في انتقال البروتينات البكتيرية عبر الغشاء. ثم قاموا بتحليل انتقال مجموعة متنوعة من الجزيئات الصغيرة مع اختلاف الكراهية للماء من خلال المسام من النوع البري. كانت نتائجهم متسقة مع ارتباط الجزيئات من خلال تفاعلات الإلكترون الكارهة للماء والعطرية. يقترحون آلية نقل تتفق مع بياناتهم حيث "يرتفع" البروتين المكشوف من خلال المسام ، مما يعزز بروتين عامل يتكشف لفضح المزيد من المجموعات الكارهة للماء للحلقة العطرية غير القطبية في المسام. تشبه هذه الآلية الطريقة التي يتكشف بها مجمع GroEL / GroES المعقد للبروتين في تجويفه المركزي الكبير ، في عملية تتطلب الإمكانات الكيميائية الناتجة عن التحلل المائي لـ ATP ، وليس إمكانات الغشاء. بالإضافة إلى ذلك ، يحتوي Sec61 translocon الموجود في الغشاء الداخلي للبكتيريا وفي أغشية ER حقيقية النواة أيضًا على مسام يحتوي على حلقة من المجموعات الكارهة للماء (Ile).

  1. F. Ulrich Hartl، Andreas Bracher & amp Manajit Hayer-Hartl. المرافق الجزيئية في طي البروتين والبروتينات. Nature 475، 324-332 (2011) doi: 10.1038 / nature10317
  2. دنكر ، إيه وآخرون. البروتينات المضطربة جوهريا. مجلة الرسوم والنمذجة الجزيئية. 19 ، 26 (2001)
  3. Dunker، A. et al. عقد أونفولدوميكس: تحديث للبروتينات المضطربة جوهريًا .MC Genomics 2008، 9 (Suppl 2): ​​S1 doi: 10.1186 / 1471-2164-9-S2-S1
  4. شوك ، إس وآخرون. يخفف توسع الغشاء من إجهاد الشبكة الإندوبلازمية بشكل مستقل عن استجابة البروتين غير المطوية. جي سيل بيول 187 ، 525 (2009)
  5. ريمر ، جيه وآخرون. تشكيل ثنائي كبريتيد في ER والميتوكوندريا: حلان لعملية مشتركة. العلوم 324 ، 1284 (2009)
  6. ديبويدت ، إم وآخرون. يحمي نظام التخفيض Periplasmic بقايا السيستين المفردة من الأكسدة. العلوم 326 ، 1109 (2009)
  7. Uversky، V & amp Dunker، A. فوضى مسيطر عليها. علم. 320 ، 1340 (2008)
  8. بيمبوراد ، إف وآخرون. الوظيفة البيولوجية في حالة البروتين المطوية جزئيًا غير الأصلية. مجلة EMBO 27 ، 1525 (2008)
  9. مورزين ، أ. البروتينات المتحولة. العلوم 320 ، 1725 (2008)
  10. Kimchi-Sarfaty، C. et al. "تعدد الأشكال الصامت في جين MDR1 يغير خصوصية الركيزة. العلوم 315 ، 525 (2007)
  11. ريليجا ، ت. وآخرون.بنية المحلول لحالة مشوهة للبروتين وسيط قابل للطي. طبيعة سجية. 437 ، 1053 (2005)
  12. Cecconi et al. المراقبة المباشرة للطي ثلاثي الحالات لجزيء بروتين واحد. العلوم 309 ، 2057 (2005)
  13. كرانتز ، ب. وآخرون. يعمل مشبك فينيل ألانين على تحفيز نقل البروتين من خلال مسام سم الجمرة الخبيثة. العلوم 309 ، 777 (2005)
  14. هيسا ، ت وآخرون. التعرف على حلزونات الغشاء بواسطة الشبكة الإندوبلازمية. طبيعة 433 ، 377 (2005)
  15. بوي ، جي يو بيولوجيا الخلية: عبور الحدود. طبيعة 433 ، 367 (2005)
  16. فان دن بيرج ، ب وآخرون. بنية الأشعة السينية لقناة موصلة للبروتين. الطبيعة ، 427 ، الصفحة 36 (2004)
  17. دوبسون ، سي. طي البروتين وسوء تشكيله. طبيعة سجية. 426 ، الصفحة 884 (2003)
  18. كمال ، إيه وآخرون. يمنح التشكل عالي التقارب لـ Hsp90 انتقائية الورم لمثبطات Hsp90. طبيعة سجية. 425 ، الصفحة 407 ، 357 (2003)
  19. إيشي ، د وآخرون. استقرار بوساطة Chaperonin وإطلاق ATP للجسيمات النانوية أشباه الموصلات. طبيعة سجية. 423 ، الصفحة 628 (2003)
  20. هارتل وهارتل. المركبات الجزيئية في العصارة الخلوية: من السلسلة الوليدة إلى البروتين المطوي Sicence. 295 ، UG 1852 (2002)
  21. حوري وآخرون. تحديد ركائز في الجسم الحي من جرويل Chaperonin. الطبيعة نوفمبر 1999 ، ص 147. (المجلد 402؟)
  22. فيندروسكولو وآخرون. تشكل المخلفات الثلاثة الرئيسية شبكة اتصال حرجة في حالة انتقال طي البروتين. الطبيعة 409 ، الصفحة 641 (2001)
  23. خباز. بساطة مدهشة لطي البروتين. طبيعة سجية. 405 ، الصفحة 39 (2000)
  24. باتي وآخرون التركيب البلوري لبروتين النواة الريبية لجسيم التعرف على الإشارة. (الذي يربط بين البروتينات المركبة حديثًا cotranslationally ، ويوقف التوليف ، ويربط الجسيم في الشبكة الإندوبلازمية حيث يتم إعادة التوليف ويتم تفريغ البروتين في تجويف ER للحركة في أي مكان آخر في الخلية). علم. 287 ، الصفحة 1232 (2000)
  25. شين وآخرون. تفاعل الأشكال غير المطوية جزئيًا من Torpedo acetylcholinesterase مع الجسيمات الشحمية. علم البروتين. 5 ، ص 42 (1996)
  26. رن وآخرون. تفاعل مجال ذيفان الخناق T (مجال الغشاء) مع البروتينات الشبيهة بالكريات المنصهرة وتأثيره على الانتقال. علم. 284. الصفحة 955 (1999)
  27. نيتزر وهارتل. تم تسهيل إعادة تركيب مجالات البروتين من خلال الطي المشترك في حقيقيات النوى. طبيعة سجية. 388 ، الصفحة 329 ، 343 (1997)
  28. ويبر بان وآخرون. تتكشف عالميًا عن بروتين ركيزة (GFP) بواسطة Hsp 100 chaperone ClpA. طبيعة سجية. 401 ، الصفحة 29 ، 90 (1999)

/>
الكيمياء الحيوية عبر الإنترنت بواسطة Henry Jakubowski مرخصة بموجب ترخيص Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0 International License.


استكشاف مجموعة الحالة المُحوَّلة عن طريق الطي الكيميائي الميكانيكي أحادي الجزيء: تأثير القوة ودرجة الحرارة واليوريا

في حين أنه من المسلم به على نطاق واسع أن الحالة المشوهة للبروتين هي مجموعة متطابقة غير متجانسة ، لا يزال هناك جدل حول كيفية تغير هذه المجموعة مع الظروف البيئية. هنا ، نستخدم الكشف الكيميائي الميكانيكي أحادي الجزيء ، والذي يجمع بين القوة واليوريا باستخدام ملاقط بصرية ، جنبًا إلى جنب مع الدراسات التقليدية للكشف عن البروتين لاستكشاف كيفية تأثير الاضطرابات التي تُستخدم عادةً لتكشف البروتينات (اليوريا ، والقوة ، ودرجة الحرارة) على حالة التشوه. الفرقة. نقارن قيم اليوريا m ، التي تشير إلى التغيير في مساحة السطح التي يمكن الوصول إليها بواسطة المذيبات للتكشف ، للتحقق من حالة التشوه الطبيعي كدالة للقوة ودرجة الحرارة واليوريا. نجد أنه في حين أن حالات التشوه الطبيعي الناتجة عن اليوريا والقوة تعرض كميات مماثلة من مساحة السطح ، فإن حالة التحريف في درجة الحرارة المرتفعة وتركيز اليوريا المنخفض تكون أكثر إحكاما. لفصل هذين التأثيرين ، نستخدم الطفرات المزعزعة للاستقرار التي تحول T.م و جم. وجدنا أن ضغط الحالة المشوهة مرتبطًا بتغير درجة الحرارة حيث أن المتغيرات المختلفة لبروتين رابط أسيل الإنزيم A لها قيم متشابهة عندما تكون في نفس درجة الحرارة ولكن تركيز اليوريا مختلف. هذه النتائج لها آثار مهمة على طي البروتين واستقراره في ظل ظروف بيئية مختلفة.

الكلمات الدالة: قوة مطيافية m- القيمة ملاقط البروتين للطي حالة تكشفت.

حقوق النشر © 2017 Elsevier Ltd. جميع الحقوق محفوظة.

الأرقام

هيكل ACBP (بيانات البروتين ...

هيكل ACBP (رمز بنك بيانات البروتين 1NTI) يوضح نقاط السحب المستخدمة ...

أ. ذوبان اليوريا التمثيلي لـ ...

أ. ذوبان اليوريا التمثيلي لـ ACBP M46C / I86C عند 25 درجة مئوية في 100 ملي تريس ، ...

أ. منحنيات تمسخ اليوريا التمثيلية ...

أ. منحنيات تمسخ اليوريا التمثيلية لـ ACBP من النوع البري عند 25 درجة مئوية في 50 ملي مولار من البوتاسيوم ...

أ. البرية من نوع ACBP تمسخ اليوريا ...

أ. ملفات تعريف إفساد اليوريا من النوع البري ACBP في درجات حرارة تتراوح من 25 إلى 53 درجة مئوية ...

أ. ACBP Y28N تمسخ اليوريا ...

أ. ملفات تعريف تمسخ اليوريا ACBP Y28N في درجات حرارة تتراوح من 19 إلى 45 درجة مئوية ...

مؤامرة القوة مقابل التمديد ...

مؤامرة القوة مقابل الامتداد لـ ACBP محسوبة باستخدام نموذج السلسلة الشبيهة بالديدان ...


إظهار / إخفاء الكلمات المراد معرفتها

حمض أميني: الجزيئات التي تحتوي على الكربون والأكسجين والهيدروجين والنيتروجين. هذه هي اللبنات الأساسية للبروتين. أكثر

DNA (حمض الديوكسي ريبونوكلييك): التعليمات الجزيئية التي توجه كيف تتطور جميع الكائنات الحية وتعمل. أكثر

مركب: بنية كيميائية تحتوي على ذرتين أو أكثر مرتبطة ببعضها البعض بواسطة رابطة كيميائية. الماء عبارة عن جزيء من ذرتين هيدروجين وذرة أكسجين واحدة (H2O). أكثر

بروتين: نوع من الجزيء موجود في خلايا الكائنات الحية ، ويتكون من لبنات بناء خاصة تسمى الأحماض الأمينية.


التوازن بين الالتقاط والإفراج: كيف تنظم مركبات النانو إعادة تشكيل البروتينات المشوهة حرارياً

تم فك شفرات آليتي عمل nanochaperones في تنظيم إعادة تشكيل الليزوزيم المشوه حرارياً. يلعب التوازن بين التقاط وإطلاق بروتينات العميل التي يتم التحكم فيها بواسطة nanochaperones دورًا رئيسيًا في تنظيم إعادة تشكيل البروتينات المشوهة ، بغض النظر عن المرافقة المستقلة أو المعتمدة على ATP.

الملخص

صُممت مركبات التشعب النانوية واستخدامها في تنظيم (إعادة) طي البروتينات ، وعلاج الأمراض المرتبطة باختلال البروتين ، ومؤخراً في توصيل الأدوية. على الرغم من النجاحات المختلفة ، لا يزال الفهم الكامل لآليات العمل بعيد المنال ، مما يمثل تحديًا لتحقيق إمكاناتها الكاملة. هنا ، قمنا بالتحقيق بدقة في عمل مكبرات الصوت النانوية المختلفة الشحنة التي تنظم إعادة تشكيل الليزوزيم المشوه حرارياً. لقد وجدنا أن التوازن بين التقاط وإطلاق عملاء الليزوزيم التي تتحكم فيها مركبات النانو ، يلعب دورًا رئيسيًا في تنظيم إعادة التشكيل. الأهم من ذلك ، يمكن تطبيق النتائج على إنزيمات أخرى ذات خصائص فيزيائية كيميائية مختلفة. على أساس هذه النتائج ، يمكننا استعادة نشاط الإنزيمات بكفاءة عالية إما بعد 20 يومًا من التخزين عند 40 درجة مئوية أو التسخين عند درجات حرارة عالية لمدة 30-60 دقيقة. توفر نتائجنا استراتيجيات تصميم جديدة مهمة لأنظمة nanochaperone لتحسين خصائصها وتوسيع تطبيقاتها.

كخدمة لمؤلفينا وقرائنا ، توفر هذه المجلة المعلومات الداعمة المقدمة من المؤلفين. تتم مراجعة هذه المواد من قبل الأقران ويمكن إعادة تنظيمها للتسليم عبر الإنترنت ، ولكن لا يتم تحريرها أو طباعتها. يجب توجيه مشكلات الدعم الفني الناشئة عن المعلومات الداعمة (بخلاف الملفات المفقودة) إلى المؤلفين.

اسم الملف وصف
ange202101462-sup-0001-misc_information.pdf 3.5 ميغابايت تكميلي

يرجى ملاحظة ما يلي: الناشر غير مسؤول عن محتوى أو وظيفة أي معلومات داعمة مقدمة من المؤلفين. يجب توجيه أي استفسارات (بخلاف المحتوى المفقود) إلى المؤلف المقابل للمقالة.


شاهد الفيديو: أساسيات علم الأحياء الدقيقة مدخل إلى الميكروبيولوجي (أغسطس 2022).