Die tersiêre struktuur van 'n proteïen is die manier waarop 'n polipeptiedketting in driedimensionele ruimte gevou word. Hierdie konformasie ontstaan as gevolg van die vorming van chemiese bindings tussen aminosuurradikale wat van mekaar af is. Hierdie proses word uitgevoer met die deelname van die molekulêre meganismes van die sel en speel 'n groot rol om proteïene funksionele aktiwiteit te gee.
Kenmerke van die tersiêre struktuur
Die volgende tipes chemiese interaksies is kenmerkend van die tersiêre struktuur van proteïene:
- ionies;
- waterstof;
- hidrofobies;
- van der Waals;
- disulfied.
Al hierdie bindings (behalwe vir die kovalente disulfied) is egter baie swak as gevolg van die hoeveelheid wat hulle die ruimtelike vorm van die molekule stabiliseer.
Trouens, die derde vlak van vou van polipeptiedkettings is 'n kombinasie van verskeie elemente van die sekondêre struktuur (α-helikse; β-geplooide lae enlusse), wat in die ruimte georiënteer is as gevolg van chemiese interaksies tussen sy-aminosuurradikale. Om die tersiêre struktuur van 'n proteïen skematies aan te dui, word α-helikse aangedui deur silinders of spiraallyne, gevoude lae deur pyle, en lusse deur eenvoudige lyne.
Die aard van die tersiêre konformasie word bepaal deur die volgorde van aminosure in die ketting, dus sal twee molekules met dieselfde primêre struktuur onder gelyke toestande ooreenstem met dieselfde variant van ruimtelike pakking. Hierdie konformasie verseker die funksionele aktiwiteit van die proteïen en word inheems genoem.
Tydens die vou van die proteïenmolekule kom die komponente van die aktiewe sentrum nader aan mekaar, wat in die primêre struktuur aansienlik van mekaar verwyder kan word.
Vir enkelstrengige proteïene is die tersiêre struktuur die finale funksionele vorm. Komplekse multi-subeenheid proteïene vorm 'n kwaternêre struktuur wat die rangskikking van verskeie kettings in verhouding tot mekaar kenmerk.
Karakterisering van chemiese bindings in die tersiêre struktuur van 'n proteïen
In 'n groot mate is die vou van die polipeptiedketting te wyte aan die verhouding van hidrofiele en hidrofobiese radikale. Eersgenoemde is geneig om met waterstof ('n samestellende element van water) in wisselwerking te tree en is dus op die oppervlak, terwyl hidrofobiese streke, inteendeel, na die middel van die molekule jaag. Hierdie bouvorm is energiek die gunstigste. BYdie resultaat is 'n bolletjie met 'n hidrofobiese kern.
Hidrofiele radikale, wat nietemin in die middel van die molekule val, tree in wisselwerking met mekaar om ioniese of waterstofbindings te vorm. Ioniese bindings kan tussen teenoorgestelde gelaaide aminosuurradikale voorkom, wat is:
- kationiese groepe arginien, lisien of histidien (het 'n positiewe lading);
- Karboksielgroepe van glutamiensuur- en asparaginsuurradikale (het 'n negatiewe lading).
Waterstofbindings word gevorm deur die interaksie van ongelaaide (OH, SH, CONH2) en gelaaide hidrofiliese groepe. Kovalente bindings (die sterkste in die tersiêre konformasie) ontstaan tussen die SH-groepe sisteïenreste, wat die sogenaamde disulfiedbrûe vorm. Tipies is hierdie groepe uitmekaar gespasieer in 'n lineêre ketting en nader mekaar slegs tydens die stapelproses. Disulfiedbindings is nie kenmerkend van die meeste intrasellulêre proteïene nie.
Konformasie-labiliteit
Aangesien die bindings wat die tersiêre struktuur van 'n proteïen vorm baie swak is, kan die Brownse beweging van atome in 'n aminosuurketting veroorsaak dat hulle breek en op nuwe plekke vorm. Dit lei tot 'n effense verandering in die ruimtelike vorm van individuele dele van die molekule, maar skend nie die inheemse konformasie van die proteïen nie. Hierdie verskynsel word konformasielabiliteit genoem. Laasgenoemde speel 'n groot rol in die fisiologie van sellulêre prosesse.
Proteïen-konformasie word beïnvloed deur sy interaksies met andermolekules of veranderinge in die fisiese en chemiese parameters van die medium.
Hoe die tersiêre struktuur van 'n proteïen gevorm word
Die proses om 'n proteïen in sy oorspronklike vorm te vou, word vou genoem. Hierdie verskynsel is gebaseer op die begeerte van die molekule om 'n konformasie aan te neem met 'n minimum waarde van vrye energie.
Geen proteïen benodig intermediêre instrukteurs wat die tersiêre struktuur sal bepaal nie. Die lêpatroon word aanvanklik "aangeteken" in die volgorde van aminosure.
Onder normale toestande sou dit egter meer as 'n triljoen jaar neem om 'n groot proteïenmolekule 'n inheemse bouvorm aan te neem wat ooreenstem met die primêre struktuur. Nietemin, in 'n lewende sel duur hierdie proses net 'n paar tien minute. So 'n aansienlike vermindering in tyd word verskaf deur die deelname aan vou van gespesialiseerde hulpproteïene - foldases en chaperones.
Die vou van klein proteïenmolekules (tot 100 aminosure in 'n ketting) vind redelik vinnig plaas en sonder die deelname van tussengangers, wat deur in vitro-eksperimente getoon is.
Vufaktore
Hulpproteïene wat by vou betrokke is, word in twee groepe verdeel:
- foldases - het katalitiese aktiwiteit, word benodig in 'n hoeveelheid wat aansienlik minder is as die konsentrasie van die substraat (soos ander ensieme);
- chaperones - proteïene met 'n verskeidenheid meganismes van werking, benodig in 'n konsentrasie vergelykbaar met die hoeveelheid gevoude substraat.
Albei tipe faktore neem deel aan vou, maar is nie ingesluit niefinale produk.
Die groep foldases word deur 2 ensieme voorgestel:
- Proteïendisulfied-isomerase (PDI) - beheer die korrekte vorming van disulfiedbindings in proteïene met 'n groot aantal sisteïenreste. Hierdie funksie is baie belangrik, aangesien kovalente interaksies baie sterk is, en in die geval van foutiewe verbindings, sal die proteïen nie in staat wees om homself te herrangskik en 'n inheemse konformasie aan te neem nie.
- Peptidiel-prolyl-cis-trans-isomerase - verskaf 'n verandering in die konfigurasie van radikale wat aan die kante van prolien geleë is, wat die aard van die buiging van die polipeptiedketting in hierdie area verander.
Dus speel foldases 'n korrektiewe rol in die vorming van die tersiêre konformasie van die proteïenmolekule.
Chaperones
Chaperones word andersins hitteskok- of stresproteïene genoem. Dit is as gevolg van 'n aansienlike toename in hul afskeiding tydens negatiewe effekte op die sel (temperatuur, bestraling, swaar metale, ens.).
Chaperones behoort aan drie proteïenfamilies: hsp60, hsp70 en hsp90. Hierdie proteïene verrig baie funksies, insluitend:
- Beskerming van proteïene teen denaturering;
- uitsluiting van die interaksie van nuut gesintetiseerde proteïene met mekaar;
- voorkoming van die vorming van verkeerde swak bande tussen radikale en hul labialisering (regstelling).
Daarom dra chaperones by tot die vinnige verkryging van die energeties korrekte bouvorm, uitgesluit die ewekansige opsomming van baie opsies en die beskerming van nog nie rypproteïenmolekules van onnodige interaksie met mekaar. Boonop voorsien chaperones:
- sommige tipes proteïenvervoer;
- hervoubeheer (herstel van die tersiêre struktuur na die verlies daarvan);
- handhaaf 'n onvoltooide voutoestand (vir sommige proteïene).
In laasgenoemde geval bly die chaperone-molekule aan die einde van die vouproses aan die proteïen gebind.
Denaturering
Oortreding van die tersiêre struktuur van 'n proteïen onder die invloed van enige faktore word denaturasie genoem. Die verlies van die inheemse konformasie vind plaas wanneer 'n groot aantal swak bindings wat die molekule stabiliseer, verbreek word. In hierdie geval verloor die proteïen sy spesifieke funksie, maar behou sy primêre struktuur (peptiedbindings word nie tydens denaturering vernietig nie).
Tydens denaturering vind 'n ruimtelike toename in die proteïenmolekule plaas, en hidrofobiese areas kom weer na die oppervlak. Die polipeptiedketting verkry die konformasie van 'n ewekansige spoel, waarvan die vorm afhang van watter bindings van die proteïen se tersiêre struktuur gebreek is. In hierdie vorm is die molekule meer vatbaar vir die effekte van proteolitiese ensieme.
Faktore wat die tersiêre struktuur oortree
Daar is 'n aantal fisiese en chemiese invloede wat denaturasie kan veroorsaak. Dit sluit in:
- temperatuur bo 50 grade;
- straling;
- verandering van die pH van die medium;
- swaarmetaalsoute;
- sommige organiese verbindings;
- skoonmaakmiddels.
Na die beëindiging van die denaturerende effek, kan die proteïen die tersiêre struktuur herstel. Hierdie proses word renaturasie of hervou genoem. Onder in vitro toestande is dit slegs vir klein proteïene moontlik. In 'n lewende sel word hervou deur chaperones verskaf.
