Bir proteinin üçüncül yapısı, bir polipeptit zincirinin üç boyutlu uzayda katlanma şeklidir. Bu konformasyon, birbirinden uzak amino asit radikalleri arasında kimyasal bağların oluşması nedeniyle ortaya çıkar. Bu işlem hücrenin moleküler mekanizmalarının katılımıyla gerçekleşir ve proteinlere fonksiyonel aktivite verilmesinde büyük rol oynar.
Üçüncül yapının özellikleri
Aşağıdaki kimyasal etkileşim türleri, proteinlerin üçüncül yapısının özelliğidir:
- iyonik;
- hidrojen;
- hidrofobik;
- van der Waals;
- disülfit.
Bütün bu bağlar (kovalent disülfid hariç) çok zayıftır, ancak molekülün uzaysal şeklini stabilize ettikleri miktar nedeniyle.
Aslında, polipeptit zincirlerinin üçüncü katlanma seviyesi, ikincil yapının çeşitli elemanlarının (α-helisler; β-pileli katmanlar veyan amino asit radikalleri arasındaki kimyasal etkileşimler nedeniyle uzayda yönlendirilen döngüler). Bir proteinin üçüncül yapısını şematik olarak göstermek için, α-helisler silindirler veya spiral çizgilerle, katlanmış katmanlar oklarla ve ilmekler basit çizgilerle gösterilir.
Üçüncül konformasyonun doğası, zincirdeki amino asitlerin dizisi tarafından belirlenir, bu nedenle eşit koşullar altında aynı birincil yapıya sahip iki molekül, aynı uzamsal paketleme varyantına karşılık gelir. Bu konformasyon, proteinin fonksiyonel aktivitesini sağlar ve doğal olarak adlandırılır.
Protein molekülünün katlanması sırasında, aktif merkezin bileşenleri birbirine yaklaşır, bu da birincil yapıda birbirinden önemli ölçüde çıkarılabilir.
Tek sarmallı proteinler için üçüncül yapı, son fonksiyonel formdur. Karmaşık çok alt birimli proteinler, birkaç zincirin birbirine göre düzenlenmesini karakterize eden bir kuaterner yapı oluşturur.
Bir proteinin üçüncül yapısındaki kimyasal bağların karakterizasyonu
Büyük ölçüde, polipeptit zincirinin katlanması hidrofilik ve hidrofobik radikallerin oranından kaynaklanır. İlki hidrojen (suyu oluşturan bir element) ile etkileşime girme eğilimindedir ve bu nedenle yüzeydedir, hidrofobik bölgeler ise tam tersine molekülün merkezine koşar. Bu konformasyon enerjik olarak en uygun olanıdır. ATsonuç, hidrofobik çekirdekli bir küredir.
Yine de molekülün merkezine düşen hidrofilik radikaller, iyonik veya hidrojen bağları oluşturmak için birbirleriyle etkileşime girer. Zıt yüklü amino asit radikalleri arasında iyonik bağlar oluşabilir, bunlar:
- arginin, lizin veya histidin katyonik grupları (pozitif yüklü);
- Glutamik ve aspartik asit radikallerinin karboksil grupları (negatif yüke sahiptir).
Hidrojen bağları, yüksüz (OH, SH, CONH2) ve yüklü hidrofilik grupların etkileşimi ile oluşur. Kovalent bağlar (üçüncül konformasyondaki en güçlü), sistein kalıntılarının SH grupları arasında ortaya çıkar ve sözde disülfür köprülerini oluşturur. Tipik olarak, bu gruplar doğrusal bir zincir halinde birbirinden ayrılır ve yalnızca istifleme işlemi sırasında birbirine yaklaşır. Disülfid bağları çoğu hücre içi proteinin özelliği değildir.
Konformasyonel değişkenlik
Bir proteinin üçüncül yapısını oluşturan bağlar çok zayıf olduğundan, bir amino asit zincirindeki atomların Brownian hareketi onların kırılmasına ve yeni yerlerde oluşmasına neden olabilir. Bu, molekülün tek tek bölümlerinin uzamsal şeklinde hafif bir değişikliğe yol açar, ancak proteinin doğal konformasyonunu bozmaz. Bu fenomene konformasyonel kararsızlık denir. İkincisi, hücresel süreçlerin fizyolojisinde büyük bir rol oynar.
Protein yapısı, başkalarıyla olan etkileşimlerinden etkilenirortamın fiziksel ve kimyasal parametrelerindeki moleküller veya değişiklikler.
Bir proteinin üçüncül yapısı nasıl oluşur
Bir proteini doğal formuna katlama işlemine katlama denir. Bu fenomen, molekülün minimum serbest enerji değerine sahip bir konformasyon benimseme arzusuna dayanır.
Hiçbir proteinin üçüncül yapıyı belirleyecek aracı eğitmenlere ihtiyacı yoktur. Döşeme modeli başlangıçta amino asit dizisinde "kaydedilir".
Ancak, normal şartlar altında, büyük bir protein molekülünün birincil yapıya karşılık gelen doğal bir konformasyon benimsemesi için bir trilyon yıldan fazla bir süre geçmesi gerekir. Ancak canlı bir hücrede bu süreç sadece birkaç on dakika sürer. Zamanda böylesine önemli bir azalma, özel yardımcı proteinlerin (foldazlar ve şaperonlar) katlanmasına katılımla sağlanır.
Küçük protein moleküllerinin (bir zincirde 100 amino aside kadar) katlanması, in vitro deneylerle gösterildiği gibi oldukça hızlı ve aracıların katılımı olmadan gerçekleşir.
Katlama çarpanları
Katlanmaya dahil olan yardımcı proteinler iki gruba ayrılır:
- foldazlar - katalitik aktiviteye sahiptir, substratın konsantrasyonundan önemli ölçüde daha düşük bir miktarda gereklidir (diğer enzimler gibi);
- şaperonlar - çeşitli etki mekanizmalarına sahip proteinler, katlanmış substrat miktarına benzer bir konsantrasyonda ihtiyaç duyulur.
Her iki tür faktör de katlamaya katılır, ancaknihai ürün.
Klaslar grubu 2 enzim ile temsil edilir:
- Protein disülfid izomeraz (PDI) - çok sayıda sistein kalıntısı olan proteinlerde disülfid bağlarının doğru oluşumunu kontrol eder. Bu işlev çok önemlidir, çünkü kovalent etkileşimler çok güçlüdür ve hatalı bağlantılar durumunda, protein kendini yeniden düzenleyemez ve doğal bir konformasyon alamaz.
- Peptidil-prolil-cis-trans-izomeraz - prolinin kenarlarında bulunan radikallerin konfigürasyonunda bir değişiklik sağlar, bu da bu alandaki polipeptit zincirinin bükülme yapısını değiştirir.
Böylece, kıvrımlar protein molekülünün üçüncül konformasyonunun oluşumunda düzeltici bir rol oynar.
Refakatçiler
Şaperonlara ısı şoku veya stres proteinleri denir. Bunun nedeni hücre üzerindeki olumsuz etkiler (sıcaklık, radyasyon, ağır metaller vb.) sırasında salgılarının önemli ölçüde artmasıdır.
Şaperonlar üç protein ailesine aittir: hsp60, hsp70 ve hsp90. Bu proteinler, aşağıdakiler dahil birçok işlevi yerine getirir:
- Proteinlerin denatürasyondan korunması;
- yeni sentezlenen proteinlerin birbirleri ile etkileşiminin hariç tutulması;
- radikaller arasında hatalı zayıf bağların oluşmasını ve labializasyonlarını (düzeltme) önleme.
Böylece şaperonlar, birçok seçeneğin rastgele numaralandırılmasını ve henüz olgunlaşmamış korumayı hariç tutarak, enerjik olarak doğru konformasyonun hızlı bir şekilde edinilmesine katkıda bulunur.protein moleküllerinin birbirleriyle gereksiz etkileşiminden. Ek olarak, refakatçiler şunları sağlar:
- bazı protein taşıma türleri;
- yeniden katlama kontrolü (kaybolduktan sonra üçüncül yapının restorasyonu);
- bitmemiş bir katlanma durumunu sürdürmek (bazı proteinler için).
İkinci durumda, şaperon molekülü katlama işleminin sonunda proteine bağlı kalır.
Denatürasyon
Herhangi bir faktörün etkisi altında bir proteinin üçüncül yapısının ihlaline denatürasyon denir. Doğal konformasyonun kaybı, molekülü stabilize eden çok sayıda zayıf bağ kırıldığında meydana gelir. Bu durumda, protein spesifik işlevini kaybeder, ancak birincil yapısını korur (denatürasyon sırasında peptit bağları yok edilmez).
Denatürasyon sırasında protein molekülünde uzamsal bir artış meydana gelir ve hidrofobik alanlar tekrar yüzeye çıkar. Polipeptit zinciri, şekli proteinin üçüncül yapısının hangi bağlarının kırıldığına bağlı olan rastgele bir bobinin şeklini alır. Bu formda molekül, proteolitik enzimlerin etkilerine daha duyarlıdır.
Üçüncül yapıyı ihlal eden faktörler
Denatürasyona neden olabilecek bir dizi fiziksel ve kimyasal etki vardır. Bunlar şunları içerir:
- sıcaklık 50 derecenin üzerinde;
- radyasyon;
- ortamın pH'ını değiştirme;
- ağır metal tuzları;
- bazı organik bileşikler;
- deterjanlar.
Denatürasyon etkisinin sona ermesinden sonra, protein üçüncül yapıyı eski haline getirebilir. Bu işleme renatürasyon veya yeniden katlama denir. In vitro koşullarda bu sadece küçük proteinler için mümkündür. Canlı bir hücrede yeniden katlanma refakatçiler tarafından sağlanır.
