تا شدن پروتئین ها (1)

پروتیین‌ها در اثر تا خوردگی شکل فضایی را ایجاد می‌کنند که دارای کمترین انرژی است.

تاشدگی پروتئین فرایندی فیزیکی است که در آن بس‌پپتید (یا پلی‌پپتید) به ساختار سه‌بعدی مشخصی پیچیده می‌شود. هر پروتئین از یکی بس‌پپتید آغاز می‌شود. بس‌پیپیدها زنجیره‌ای از اسیدهای آمینه هستند که در آغاز هیچ ساختار سه‌بعدی مشخصی ندارند (سمت چپ شکل روبه‌رو). ولی هر اسید آمینه در زنجیره می‌تواند ویژگی‌های شیمیایی خاصی بدارد؛ مثلاً آب‌دوست(هیدروفیل) یا آب‌گریز(هیدروفوب) یاباردار باشد. اسیدهای آمینه به خاطر این ویژگی‌ها با یکدیگر و با محیط سلول برهم‌کنش می‌کنند و سرانجام ساختار سه‌بعدی ویژه‌ای را که  همان ساختار اصلی پروتئین است به خود می‌گیرند (سمت راست شکل). این ساختار را ترتیب زنجیرهٔ اسیدهای آمینه تعیین می‌کنند. سازوکار تاشدگی پروتئین هنوز کاملاً شناخته نشده‌است.

بسیاری از پروتئین ها پس از واسرشت شدن کامل می توانند با قرار گرفتن در شرایط مناسب مجددا به حالت طبیعی اولیه خود تا بخورند، یعنی اطلاعات لازم برای تا شدن درست آنها در توالی آمینواسیدی آنها و در نتیجه در ماده ژنتیک رمز شده است. به عبارت دیگر تا شدن این پروتئین ها خود به خودی صورت می گیرد.

در بیشتر موارد می توان فرض کرد شکل طبیعی یک پروتئین، از نظر ترمودینامیکی پایدارترین حالت برای آن می باشد. هر پروتئین تمایل دارد از حالتی ناپایدارتر به حالتی پایدارتر تغییر کنند. به این ترتیب، مسیر تا شدن یک پروتئین از حالت تا نشده به حالت طبیعی، مشابه مسیری از لبه یک قیف به سمت درون آن است. این مسیر ممکن است به طور کامل سراشیب باشد، ولی ممکن است در مناطقی از این قیف نیز چاله هایی (کمینه های نسبی سطح انرژی) وجود داشته باشد.

پروتئین ممکن است طی حرکت خود به سمت حالت طبیعی (پایین قیف)، در این حالت های نادرست (چاله ها) گیر بیفتد. (شکل1) دورنمای انرژی تا شدن پروتئین ها دارای یک کمینه در حالت N است.

شکل1: دورنمای انرژی (Energy Landscape) تا شدن پروتئین ها. مسیر تا شدن پروتئین از حالت تا نشده به طبیعی (N) را می توان مشابه حرکت از بالا به پایین در سطح یک قیف ناهموار تصور کرد. در اینجا با توجه به محدودیت ما در درک دورنماهای چند بعدی، فقط دو پرامتر در نظر گرفته شده اند، ولی در واقع پارامترهای متعددی برای این فرآیند قابل در نظر گرفتن است.  (روی تصویر کلیک کنید.)

در نتیجه باید بدانیم که در اثر تا خوردن، پروتئین‌ها شکل نهایی پیدا می‌کنند که یکتا و دارای کمینه انرژی است. تمامی اطلاعات لازم برای تا خوردن پروتئین در توالی اسیدهای آمینه آن تهفته‌است. زیرا این توالی منحصربه‌فرد محل قرارگیری زنجیره‌ای جانبی را تعیین کرده وشکل نهایی پروتئین را تعیین می‌کنند.

تا خوردن پروتئین در درون سلول یکی از فرایندهای حیاتی زیستی است. در اثرتا خوردن نا مناسب تجمعاتی ایجاد می‌شود که می‌تواند به بافت سلول آسیب برساند. برخی از بیماری‌های عصبی مانند آلزایمر و بیماری هانتینگتون در اثر بد تا خوردن پروتئین در بافت‌های عصبی ایجاد می‌شوند.

پارادوکس لوینتال

یکی از مباحث جالب درتا خوردن پروتئین، مسئله زمان تا خوردن است. مدت زمان لازم برای این فرایند در درون سلول از مرتبه ثانیه‌است. نخستین بارلوینتال با محاسبه پارامتر سرعت واکنش از رابطه آرنیوس مدت زمان لازم برای تا خوردن پروتئین را محاسبه کرد. وی این زمان را با در نظر گرفتن تمامی  مسیرهای ممکن انرژی انجام داد وجوابی که بدست آورد یک عدد نجومی بود. لوینتال نتیجه گرفت که در فرایند تا خوردن پروتئین، همه مسیرهای ممکن انرژی طی نمی‌شوند و مسیر ویژه‌ای برای تا خوردن وجود دارد.

تعیین ساختار سه ‌بعدی پروتئین به طور تجربی بسیار دشوار است. ولی ترتیب زنجیرهٔ هر پروتئین معمولاً دانسته‌است. پژوهشگران می‌کوشند روش‌های زیست‌فیزیکی گوناگون را به کار بگیرند تا ساختار سه‌بعدی نهایی را از روی دنبالهٔ اسیدهای آمینه پیش‌بینی کنند.

بسیاری از پروتئین‌ها برای کار حتماً باید ساختار سه‌بعدی درست خود را بدارند. معمولاً اگر پروتئینی نتواند به ساختار درست خود تا شود، غیرفعال می‌شود. ادامه دارد...

منبع: https://fa.wikipedia.org

مرکز یادگیری سایت تبیان، مرجان سلیمانیان