Ang tertiary na istraktura ng isang protina ay ang paraan kung saan ang polypeptide chain ay nakatiklop sa tatlong-dimensional na espasyo. Ang conformation na ito ay lumitaw dahil sa pagbuo ng mga kemikal na bono sa pagitan ng mga amino acid radical na malayo sa bawat isa. Isinasagawa ang prosesong ito kasama ng partisipasyon ng mga molecular mechanism ng cell at gumaganap ng malaking papel sa pagbibigay ng functional activity ng mga protina.
Mga tampok ng tertiary structure
Ang mga sumusunod na uri ng pakikipag-ugnayan ng kemikal ay katangian ng tertiary structure ng mga protina:
- ionic;
- hydrogen;
- hydrophobic;
- van der Waals;
- disulfide.
Lahat ng mga bono na ito (maliban sa covalent disulfide) ay napakahina, gayunpaman, dahil sa dami ng mga ito na nagpapatatag sa spatial na hugis ng molekula.
Sa katunayan, ang ikatlong antas ng pagtitiklop ng mga polypeptide chain ay kumbinasyon ng iba't ibang elemento ng pangalawang istraktura (α-helice; β-pleated na mga layer atloops), na nakatuon sa espasyo dahil sa mga pakikipag-ugnayan ng kemikal sa pagitan ng mga side amino acid radical. Upang schematically ipahiwatig ang tertiary structure ng isang protina, ang α-helice ay ipinapahiwatig ng mga cylinder o spiral lines, nakatiklop na layer sa pamamagitan ng mga arrow, at mga loop sa pamamagitan ng mga simpleng linya.
Ang likas na katangian ng tertiary conformation ay tinutukoy ng pagkakasunud-sunod ng mga amino acid sa chain, kaya dalawang molekula na may parehong pangunahing istraktura sa ilalim ng magkaparehong mga kondisyon ay tumutugma sa parehong variant ng spatial packing. Tinitiyak ng conformation na ito ang functional activity ng protina at tinatawag itong native.
Sa panahon ng pagtitiklop ng molekula ng protina, ang mga bahagi ng aktibong sentro ay magkakalapit, na sa pangunahing istraktura ay maaaring maalis nang husto sa isa't isa.
Para sa mga single-stranded na protina, ang tertiary structure ay ang panghuling functional form. Ang mga kumplikadong multi-subunit na protina ay bumubuo ng isang quaternary na istraktura na nagpapakilala sa pagkakaayos ng ilang mga chain na may kaugnayan sa isa't isa.
Pagsasalarawan ng mga chemical bond sa tersiyaryong istraktura ng isang protina
Sa malaking lawak, ang pagtitiklop ng polypeptide chain ay dahil sa ratio ng hydrophilic at hydrophobic radical. Ang dating ay may posibilidad na makipag-ugnayan sa hydrogen (isang bumubuong elemento ng tubig) at samakatuwid ay nasa ibabaw, habang ang mga hydrophobic na rehiyon, sa kabaligtaran, ay nagmamadali sa gitna ng molekula. Ang conformation na ito ay energetically ang pinaka-kanais-nais. ATang resulta ay isang globule na may hydrophobic core.
Hydrophilic radical, na nahuhulog sa gitna ng molekula, ay nakikipag-ugnayan sa isa't isa upang bumuo ng mga ionic o hydrogen bond. Ang mga ionic bond ay maaaring mangyari sa pagitan ng magkasalungat na sisingilin na mga amino acid radical, na:
- cationic na grupo ng arginine, lysine o histidine (may positibong charge);
- Mga pangkat ng carboxyl ng glutamic at aspartic acid radical (may negatibong singil).
Ang
Hydrogen bonds ay nabuo sa pamamagitan ng interaksyon ng mga hindi naka-charge (OH, SH, CONH2) at mga naka-charge na hydrophilic na grupo. Ang mga covalent bond (ang pinakamatibay sa tertiary conformation) ay bumangon sa pagitan ng mga SH group ng cysteine residues, na bumubuo ng tinatawag na disulfide bridges. Karaniwan, ang mga pangkat na ito ay magkakahiwalay sa isang linear na kadena at lumalapit sa isa't isa lamang sa panahon ng proseso ng pagsasalansan. Ang mga disulfide bond ay hindi katangian ng karamihan sa mga intracellular na protina.
Conformational lability
Dahil ang mga bono na bumubuo sa tertiary na istraktura ng isang protina ay napakahina, ang Brownian motion ng mga atom sa isang amino acid chain ay maaaring maging sanhi ng pagkasira at pagbuo ng mga ito sa mga bagong lugar. Ito ay humahantong sa isang bahagyang pagbabago sa spatial na hugis ng mga indibidwal na seksyon ng molekula, ngunit hindi lumalabag sa katutubong conformation ng protina. Ang kababalaghang ito ay tinatawag na conformational lability. Ang huli ay gumaganap ng malaking papel sa pisyolohiya ng mga proseso ng cellular.
Ang pagbabago sa protina ay naiimpluwensyahan ng mga pakikipag-ugnayan nito sa ibamga molekula o pagbabago sa pisikal at kemikal na mga parameter ng medium.
Paano nabuo ang tertiary structure ng isang protina
Ang proseso ng pagtitiklop ng protina sa katutubong anyo nito ay tinatawag na pagtitiklop. Ang hindi pangkaraniwang bagay na ito ay batay sa pagnanais ng molekula na magpatibay ng isang conformation na may pinakamababang halaga ng libreng enerhiya.
Walang protina ang nangangailangan ng mga intermediary instructor na tutukuyin ang tertiary structure. Ang pattern ng pagtula ay unang "naitala" sa pagkakasunud-sunod ng mga amino acid.
Gayunpaman, sa ilalim ng normal na mga kondisyon, upang ang isang malaking molekula ng protina ay magkaroon ng isang katutubong conform na tumutugma sa pangunahing istraktura, aabutin ito ng higit sa isang trilyong taon. Gayunpaman, sa isang buhay na selula, ang prosesong ito ay tumatagal lamang ng ilang sampu-sampung minuto. Ang ganitong makabuluhang pagbawas sa oras ay ibinibigay ng pakikilahok sa pagtitiklop ng mga dalubhasang auxiliary protein - mga foldase at chaperone.
Ang pagtitiklop ng maliliit na molekula ng protina (hanggang sa 100 amino acid sa isang kadena) ay nangyayari nang mabilis at walang partisipasyon ng mga tagapamagitan, na ipinakita ng mga in vitro na eksperimento.
Folding factor
Ang mga pantulong na protina na kasama sa pagtitiklop ay nahahati sa dalawang pangkat:
- foldases - may catalytic activity, kinakailangan sa halagang mas mababa sa konsentrasyon ng substrate (tulad ng ibang enzymes);
- chaperones - mga protina na may iba't ibang mekanismo ng pagkilos, kailangan sa isang konsentrasyon na maihahambing sa dami ng nakatiklop na substrate.
Ang parehong uri ng mga salik ay lumalahok sa pagtitiklop, ngunit hindi kasama sahuling produkto.
Ang pangkat ng mga fold ay kinakatawan ng 2 enzyme:
- Protein disulfide isomerase (PDI) - kinokontrol ang tamang pagbuo ng mga disulfide bond sa mga protina na may malaking bilang ng cysteine residues. Napakahalaga ng function na ito, dahil napakalakas ng mga covalent na pakikipag-ugnayan, at kung sakaling magkaroon ng maling koneksyon, hindi magagawang muling ayusin ng protina ang sarili nito at magkaroon ng native conformation.
- Peptidyl-prolyl-cis-trans-isomerase - nagbibigay ng pagbabago sa configuration ng mga radical na matatagpuan sa mga gilid ng proline, na nagbabago sa likas na katangian ng liko ng polypeptide chain sa lugar na ito.
Kaya, ang mga fold ay gumaganap ng isang corrective role sa pagbuo ng tertiary conformation ng protein molecule.
Chaperones
Ang mga chaperone ay tinatawag na heat shock o stress protein. Ito ay dahil sa isang makabuluhang pagtaas sa kanilang pagtatago sa panahon ng mga negatibong epekto sa cell (temperatura, radiation, mabibigat na metal, atbp.).
Ang
Chaperones ay nabibilang sa tatlong pamilya ng protina: hsp60, hsp70 at hsp90. Ang mga protina na ito ay gumaganap ng maraming function, kabilang ang:
- Proteksyon ng mga protina mula sa denaturation;
- pagbubukod ng pakikipag-ugnayan ng mga bagong synthesize na protina sa isa't isa;
- pag-iwas sa pagbuo ng maling mahihinang ugnayan sa pagitan ng mga radical at kanilang labialization (pagwawasto).
Kaya, ang mga chaperone ay nag-aambag sa mabilis na pagkuha ng masigasig na tamang conform, hindi kasama ang random na pagbilang ng maraming mga opsyon at pagprotekta sa hindi pa hinog.mga molekula ng protina mula sa hindi kinakailangang pakikipag-ugnayan sa isa't isa. Bilang karagdagan, ang mga chaperone ay nagbibigay ng:
- ilang uri ng transportasyon ng protina;
- refolding control (pagpapanumbalik ng tertiary structure pagkatapos nitong mawala);
- pagpapanatili ng hindi natapos na estado ng pagkakatiklop (para sa ilang protina).
Sa huling kaso, ang molekula ng chaperone ay nananatiling nakagapos sa protina sa pagtatapos ng proseso ng pagtitiklop.
Denaturation
Ang paglabag sa tertiary structure ng isang protina sa ilalim ng impluwensya ng anumang mga kadahilanan ay tinatawag na denaturation. Ang pagkawala ng katutubong conformation ay nangyayari kapag ang isang malaking bilang ng mga mahinang bono na nagpapatatag sa molekula ay nasira. Sa kasong ito, nawawalan ng espesipikong paggana ang protina, ngunit pinapanatili ang pangunahing istraktura nito (hindi nasisira ang mga peptide bond sa panahon ng denaturation).
Sa panahon ng denaturation, nangyayari ang isang spatial na pagtaas sa molekula ng protina, at muling lumalabas ang mga hydrophobic na lugar. Ang polypeptide chain ay nakakakuha ng conformation ng isang random coil, ang hugis nito ay depende sa kung aling mga bond ng tertiary structure ng protina ang nasira. Sa form na ito, ang molekula ay mas madaling kapitan sa mga epekto ng proteolytic enzymes.
Mga salik na lumalabag sa tertiary structure
May ilang pisikal at kemikal na impluwensyang maaaring magdulot ng denaturation. Kabilang dito ang:
- temperatura sa itaas 50 degrees;
- radiation;
- pagbabago ng pH ng medium;
- heavy metal s alts;
- ilang organic compound;
- detergents.
Pagkatapos ng pagwawakas ng denaturing effect, maibabalik ng protina ang tertiary structure. Ang prosesong ito ay tinatawag na renaturation o refolding. Sa ilalim ng mga kondisyon ng in vitro, posible lamang ito para sa maliliit na protina. Sa isang buhay na cell, ang refolding ay ibinibigay ng mga chaperone.
