معلومة

لماذا تحتوي بروتينات الغشاء في درجات حرارة منخفضة على حلزون ألفا أكثر من صفائح بيتا؟

لماذا تحتوي بروتينات الغشاء في درجات حرارة منخفضة على حلزون ألفا أكثر من صفائح بيتا؟


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.

لماذا الكائنات الحية الموجودة في درجات حرارة منخفضة تحتوي على بروتينات غشائية مع نسبة أعلى من حلزونات ألفا مقارنة بألواح بيتا؟


قد يكون السبب هو الحركة الأكبر للحلزون ألفا ، مقارنةً بورقة بيتا الأكثر صلابة. هذا يسمح للإنزيم بالبقاء وظيفيًا عند درجة حرارة منخفضة. تميل بروتينات هذه الكائنات أيضًا إلى امتلاك مناطق أقل كارهة للماء وروابط تساهمية.

https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC1692995/pdf/12171655.pdf الأساس الجزيئي للتكيف البارد سالفينو داميكو ، بول كلافيري ، توني كولينز ، دافني جورجليت ، إيمانويل جراتيا ، آن هويوكس وماري أليس مويس وجورج فيلر وتشارلز جيرداي *

هذا لا يشير إلى alpha helix صراحة ، ولكن من المعروف أن alpha helix تسمح بمرونة أكبر من أوراق بيتا ، لذلك من المنطقي القول بأن الزيادة في alpha helix يمكن أن تكون إحدى الاستراتيجيات العديدة المستخدمة للحصول على إنزيمات أكثر مرونة ، وكذلك وسائل أخرى مذكورة في الورقة.

تم توضيح هذه النقطة أيضًا بواسطة Brock-Biology of microorganisms (2015) pag.161

تُظهر العديد من الإنزيمات النشطة على البارد التي يُعرف تركيبها محتوى أكبر من اللولب ألفا ومحتوى أقل من البنية الثانوية للورقة (القسم 4.14) مقارنة بالأنزيمات التي تظهر نشاطًا ضئيلًا أو معدومًا في البرد. نظرًا لأن الهياكل الثانوية للصفائح β تميل إلى أن تكون أكثر صلابة من α-helices ، فإن المحتوى الحلزوني الأكبر للأنزيمات النشطة على البارد يسمح لهذه البروتينات بمزيد من المرونة لتحفيز تفاعلاتها في درجات الحرارة الباردة.

ومع ذلك ، للأسف ، لم يتم تقديم أي مرجع حول هذه المطالبة.


الوصلات في الجزيئات الحيوية

تيجاس إم جوبت ،. Sivaraj Sivaramakrishnan ، في طرق في علم الإنزيمات ، 2021

1.1 α-helices هي عنصر هيكلي مهيمن في البروتينات

تعتبر α-helices و-sheet والملفات العشوائية هي العناصر الأكثر شيوعًا للبنية الثانوية في البروتينات. تتشكل حلزونات α وتحافظ عليها من خلال تفاعلات العمود الفقري الموازية للمحور الأساسي للحلزون. هذه التفاعلات هي روابط هيدروجينية بين أكسجين الكربونيل والنيتروجين الأميني في أناال و أنا + 4 أحماض أمينية. يتم توجيه السلاسل الجانبية لجميع المخلفات في الحلزون α للخارج وبعيدًا عن المحور الحلزوني ، ويمكن لحدوث السلاسل الجانبية القطبية أو المشحونة في اللولب تسهيل تفاعلات إضافية مع السلاسل الجانبية الأخرى في الحلزون أو مع عناصر أخرى خارج البنية الحلزونية ، مما يضفي مزيدًا من الاستقرار (Pauling، Corey، & amp Branson، 1951). وبالتالي ، فإن α-helices هي البنية الثانوية الأكثر شيوعًا ، وتمثل 30 ٪ من بنية البروتين الكروي المتوسط ​​(Pace & amp Scholtz ، 1998). في المجالات الكروية ، يمكن أيضًا أن تحزم α-helices مع أوراق β بترتيبات مختلفة. من بين هؤلاء ، يُفضل توجيه α-helix على طول خيوط صفائح بقوة ، يليه في الاستقرار اتجاه عمودي للمحور الحلزوني إلى خيوط β (Chou ، Némethy ، Rumsey ، Tuttle ، & amp Scheraga ، 1985 ). تعتبر α-helices أيضًا المكون الأساسي لمجالات الملف الملفوف وحزم الغشاء. تتكون نطاقات الملف الملفوف من اثنين إلى سبع حلزونات ألفا ، حيث تثبت الحلزونات المنفصلة بعضها البعض من خلال بقع كارهة للماء لتفاعلات السلسلة الجانبية بعد فكرة "المقابض في الثقوب" (كريك ، 1953). يمكن أن تؤدي أيضًا حلزونات ألفا المتعددة المكونة أساسًا من الأحماض الأمينية الكارهة للماء إلى ظهور حزم عبر الغشاء ، من خلال تفاعلات البروتين والبروتين والدهون (لي ، 2003).


الوصلات في الجزيئات الحيوية

تيجاس إم جوبت ،. Sivaraj Sivaramakrishnan ، في طرق في علم الإنزيمات ، 2021

1.1 α-helices هي عنصر هيكلي مهيمن في البروتينات

تعتبر α-helices و-sheet والملفات العشوائية هي العناصر الأكثر شيوعًا للبنية الثانوية في البروتينات. تتشكل حلزونات α وتحافظ عليها من خلال تفاعلات العمود الفقري الموازية للمحور الأساسي للحلزون. هذه التفاعلات هي روابط هيدروجينية بين أكسجين الكربونيل والنيتروجين الأميني في أناال و أنا + 4 أحماض أمينية. يتم توجيه السلاسل الجانبية لجميع المخلفات في الحلزون α للخارج وبعيدًا عن المحور الحلزوني ، ويمكن لحدوث السلاسل الجانبية القطبية أو المشحونة في اللولب تسهيل تفاعلات إضافية مع السلاسل الجانبية الأخرى في الحلزون أو مع عناصر أخرى خارج البنية الحلزونية ، مما يضفي مزيدًا من الاستقرار (Pauling، Corey، & amp Branson، 1951). وبالتالي ، فإن α-helices هي البنية الثانوية الأكثر شيوعًا ، حيث تمثل 30 ٪ من بنية البروتين الكروي المتوسط ​​(Pace & amp Scholtz ، 1998). في المجالات الكروية ، يمكن أيضًا أن تحزم α-helices مع أوراق β بترتيبات مختلفة. من بين هؤلاء ، يُفضل توجيه α-helix على طول خيوط صفائح بقوة ، يليه في الاستقرار اتجاه عمودي للمحور الحلزوني إلى خيوط β (Chou ، Némethy ، Rumsey ، Tuttle ، & amp Scheraga ، 1985 ). تعتبر α-helices أيضًا المكون الأساسي لمجالات الملف الملفوف وحزم الغشاء. تتكون نطاقات الملف الملفوف من اثنين إلى سبع حلزونات ألفا ، حيث تثبت الحلزونات المنفصلة بعضها البعض من خلال بقع كارهة للماء لتفاعلات السلسلة الجانبية بعد فكرة "المقابض في الثقوب" (كريك ، 1953). يمكن أن تؤدي أيضًا حلزونات ألفا المتعددة المكونة أساسًا من الأحماض الأمينية الكارهة للماء إلى ظهور حزم عبر الغشاء ، من خلال تفاعلات البروتين والبروتين والدهون (لي ، 2003).


CH450 و CH451: الكيمياء الحيوية - تحديد الحياة على المستوى الجزيئي

البروتيناتهي واحدة من أكثر الجزيئات العضوية وفرة في الأنظمة الحية ولديها مجموعة متنوعة من الوظائف لجميع الجزيئات الكبيرة. قد تكون البروتينات هيكلية أو تنظيمية أو مقلصة أو واقية قد تعمل في النقل أو التخزين أو الأغشية أو قد تكون سموم أو إنزيمات. قد تحتوي كل خلية في نظام حي على آلاف البروتينات المختلفة ، ولكل منها وظيفة فريدة. تختلف هياكلها ، مثل وظائفها ، بشكل كبير. ومع ذلك ، فهي كلها عبارة عن بوليمرات من أحماض ألفا الأمينية ، مرتبة في تسلسل خطي ومتصلة ببعضها البعض بواسطة روابط تساهمية.

هيكل ألفا الأحماض الأمينية

تسمى اللبنة الرئيسية للبروتينات أحماض أمينية ألفا (ألفا). كما يوحي اسمها ، فإنها تحتوي على مجموعة وظيفية من حمض الكربوكسيل ومجموعة وظيفية أمين. يستخدم التعيين ألفا للإشارة إلى أن هاتين المجموعتين الوظيفيتين منفصلتان عن بعضهما البعض بواسطة مجموعة كربون واحدة. بالإضافة إلى الأمين وحمض الكربوكسيل ، يرتبط كربون ألفا أيضًا بهيدروجين ومجموعة إضافية يمكن أن تختلف في الحجم والطول. في الرسم البياني أدناه ، تم تصنيف هذه المجموعة على أنها مجموعة R. يوجد داخل الكائنات الحية 20 من الأحماض الأمينية المستخدمة كوحدات بناء البروتين. وهي تختلف عن بعضها البعض فقط في موقع المجموعة R. يظهر الهيكل الأساسي للحمض الأميني أدناه:

الشكل 2.1 الهيكل العام لحمض ألفا أميني

يوجد ما مجموعه 20 من الأحماض الأمينية ألفا التي يتم دمجها بشكل شائع في هياكل البروتين (الشكل 2.x). تتمتع مجموعات R المختلفة بخصائص مختلفة بناءً على طبيعة الذرات المدمجة في المجموعات الوظيفية. هناك مجموعات R تحتوي في الغالب على الكربون والهيدروجين وهي غير قطبية أو كارهة للماء. يحتوي البعض الآخر على مجموعات وظيفية قطبية غير مشحونة مثل الكحول والأميدات والثيول. بعض الأحماض الأمينية أساسية (تحتوي على مجموعات وظيفية أمين) أو حمضية (تحتوي على مجموعات وظيفية من الأحماض الكربوكسيلية). هذه الأحماض الأمينية قادرة على تكوين شحنات كاملة ويمكن أن يكون لها تفاعلات أيونية. يمكن اختصار كل حمض أميني باستخدام رمز مكون من ثلاثة أحرف وحرف واحد.

الشكل 2.2 هيكل 20 من الأحماض الأمينية ألفا المستخدمة في تخليق البروتين. يشار إلى مجموعات R بواسطة جزء دائري / ملون من كل جزيء. تشير الألوان إلى فئات أحماض أمينية محددة: مسعور & # 8211 أخضر وأصفر ، ماء قطبي غير مشحون & # 8211 برتقالي ، حمض مائي & # 8211 أزرق ، ماء أساسي & # 8211 روز.

أحماض أمينية غير قطبية (كارهة للماء)

يمكن تقسيم الأحماض الأمينية غير القطبية إلى فئتين أكثر تحديدًا ، وهما أليفاتية الأحماض الأمينية و عطري أحماض أمينية. ال الأحماض الأمينية الأليفاتية (جلايسين ، ألانين ، فالين ، ليسين ، آيزولوسين ، وبرولين) عادةً ما تحتوي على سلاسل هيدروكربونية متفرعة مع أبسطها جليكاين إلى الهياكل الأكثر تعقيدًا من الليوسين والفالين. يصنف البرولين أيضًا على أنه حمض أميني أليفاتي ولكنه يحتوي على خصائص خاصة حيث أن سلسلة الهيدروكربونات قد تدور مع الأمين الطرفي مما يخلق بنية حلقة فريدة من 5 أعضاء. كما سنرى في القسم التالي الذي يغطي الهيكل الأساسي ، يمكن للبرولين أن يغير بشكل كبير البنية ثلاثية الأبعاد للهيكل بسبب الصلابة الهيكلية لهيكل الحلقة عندما يتم دمجه في سلسلة البولي ببتيد ويوجد بشكل شائع في مناطق البروتين حيث الطيات أو المنعطفات تحدث.

ال الأحماض الأمينية العطرية (فينيل ألانين ، تيروزين ، وتريبتوفان) ، كما يوحي اسمها ، تحتوي على مجموعات وظيفية عطرية داخل هيكلها مما يجعلها إلى حد كبير غير قطبية وكارهة للماء بسبب ارتفاع محتوى الكربون / الهيدروجين. ومع ذلك ، تجدر الإشارة إلى أن الكراهية للماء والماء يمثلان مقياسًا منزلقًا ويمكن أن يكون لكل من الأحماض الأمينية المختلفة خواص فيزيائية وكيميائية مختلفة اعتمادًا على هيكلها. على سبيل المثال ، تزيد مجموعة الهيدروكسيل الموجودة في التيروزين من تفاعلها وقابليتها للذوبان مقارنةً بفينيل ألانين.

الميثيونين ، أحد الأحماض الأمينية المحتوية على الكبريت تصنف عادة تحت الأحماض الأمينية غير القطبية ، كارهة للماء حيث أن مجموعة الميثيل الطرفية تخلق مجموعة ثيويثير وظيفية والتي لا يمكن أن تشكل بشكل عام ثنائي القطب داخل الجزيء وتحتفظ بقابلية منخفضة للذوبان.

أحماض أمينية قطبية (ماء)

يمكن تقسيم الأحماض الأمينية القطبية المحبة للماء إلى ثلاث فئات رئيسية ، المجموعات القطبية غير المشحونة ، والمجموعات الحمضية ، والمجموعات الوظيفية الأساسية. في حدود فئة غير مشحونة القطبية، تحتوي السلاسل الجانبية على ذرات غير متجانسة (O ، S ، أو N) قادرة على تكوين ثنائيات أقطاب دائمة داخل المجموعة R. وتشمل هذه الأحماض الأمينية المحتوية على الهيدروكسيل والسلفوكسيل والسيرين والثريونين والسيستين، و ال الأحماض الأمينية المحتوية على الأميد والجلوتامين والأسبارجين.اثنين من الأحماض الأمينية يشكل حمض الجلوتاميك (الجلوتامات) وحمض الأسبارتيك (الأسبارتات) الأحماض الأمينية الحمضية وتحتوي على سلاسل جانبية مع مجموعات وظيفية من حمض الكربوكسيل قادرة على التأين الكامل في المحلول. ال الأحماض الأمينية الأساسية ، ليسين ، أرجينين ، وهيستيدينتحتوي على مجموعات وظيفية أمين يمكن بروتوناتها لتحمل شحنة كاملة.

يمكن للعديد من الأحماض الأمينية مع مجموعات R المحبة للماء المشاركة داخل موقع نشط من الانزيمات. ان موقع نشطهو جزء من الإنزيم الذي يرتبط مباشرة بالركيزة ويحمل رد فعل. تحتوي الإنزيمات المشتقة من البروتين المجموعات الحفازة تتكون من مجموعات R من الأحماض الأمينية التي تعزز تكوين الروابط وتدهورها. الأحماض الأمينية التي تلعب دورًا مهمًا في خصوصية الارتباط للموقع النشط لا تكون عادةً متجاورة مع بعضها البعض في الهيكل الأساسي ، ولكنها تشكل الموقع النشط نتيجة الطي في إنشاء البنية الثلاثية ، كما سترى لاحقًا في الفصل.

يمكن أن تتكون هياكل البروتين المبنية من الأحماض الأمينية الأساسية من مئات الأحماض الأمينية. وبالتالي ، من أجل البساطة ، تحتوي الأحماض الأمينية العشرين المستخدمة في تخليق البروتين على اختصارات رمز مكونة من ثلاثة أحرف وحرف واحد (الجدول 2.1). تُستخدم هذه الاختصارات بشكل شائع لتحديد تسلسل البروتين لأغراض المعلوماتية الحيوية والبحثية.

الجدول 2.1 اختصارات الأحماض الأمينية ألفا

سؤال الفكر: يحتوي التربتوفان على مجموعة وظيفية أمين ، فلماذا ليس & # 8217t مادة التربتوفان الأساسية؟

إجابة: يحتوي التربتوفان على بنية حلقة إندول تتضمن مجموعة أمين وظيفية. ومع ذلك ، نظرًا لقرب بنية الحلقة العطرية وسحب الإلكترون منها ، فإن الزوج الوحيد من الإلكترونات على النيتروجين غير متاح لقبول البروتون. بدلا من ذلك هم يشاركون في تشكيل بيروابط داخل العديد من هياكل الرنين المختلفة الممكنة لحلقة الإندول. يوضح الشكل 2.3 أ أربعة من هياكل الرنين الممكنة للإندول. على العكس من ذلك ، داخل بنية حلقة إيميدازول الموجودة في الهيستيدين ، توجد ذرتان من النيتروجين ، إحداهما تشارك في تكوين هياكل الرنين (النيتروجين رقم 1 في الشكل 2.3 ب) ولا يمكنها قبول بروتون ، والأخرى (نيتروجين # 3) ) يحتوي على زوج وحيد من الإلكترونات متاح لقبول البروتون.

الشكل 2.3 مقارنة التوافر الهيكلي للزوج الوحيد من الإلكترونات على النيتروجين لقبول بروتون في هياكل إندول وإيميديزول الحلقية. (أ) تظهر أربعة هياكل رنين لهيكل حلقة الإندول مما يدل على أن الزوج الوحيد من الإلكترونات على النيتروجين متورط في تكوين بي-سندات. (ب) يحتوي هيكل حلقة إيميدازول على نيتروجين واحد (1) يشارك في هياكل الرنين (غير موضح) وغير متاح لقبول بروتون ، بينما يحتوي النيتروجين الثاني (3) على زوج وحيد من الإلكترونات المتاحة لقبول بروتون كما هو مبين.

اعمل بها بنفسك:

بالنظر إلى المثال أعلاه ، صِف باستخدام مخطط كيميائي ، لماذا لا تكون ذرات نيتروجين الأميد الموجودة في الأسباراجين والجلوتامين أساسية.

الأحماض الأمينية ألفا هي جزيئات مراوان

إذا قمت بفحص بنية الكربون ألفا داخل كل من الأحماض الأمينية ، ستلاحظ أن جميع الأحماض الأمينية ، باستثناء الجلايسين غير متناظر الجزيئات (الشكل 2.4) جزيء مراوان هي تلك التي لا يمكن تركيبها بصورتها المرآة. مثل الأيدي اليسرى واليمنى التي لها إبهام ، وأصابع بنفس الترتيب ، ولكنها صور معكوسة وليست متطابقة ، فإن الجزيئات اللولبية لها نفس الأشياء مرتبطة بنفس الترتيب ، ولكنها صور معكوسة وليست متشابهة. تتميز نسخ الصور المعكوسة للجزيئات اللولبية بخصائص فيزيائية متطابقة تقريبًا مع بعضها البعض ، مما يجعل من الصعب جدًا تمييزها عن بعضها البعض أو فصلها. بسبب هذه الطبيعة ، يتم إعطاؤهم اسمًا مجسمًا خاصًا يسمى المتشاهدينوفي الواقع ، يتم إعطاء المركبات نفسها نفس الاسم! تختلف هذه الجزيئات في طريقة تدوير الضوء المستقطب البسيط والطريقة التي تتفاعل بها مع الجزيئات البيولوجية وتتفاعل معها. تسمى الجزيئات التي تقوم بتدوير الضوء في الاتجاه الأيمن dextrorotary ويتم إعطاؤها تسمية حرف D. تسمى الجزيئات التي تقوم بتدوير الضوء في الاتجاه الأيسر levorotary وتعطي تسمية حرف L لتمييز أحد المتماثلات عن الآخر. تظهر الأشكال D- و L- من الألانين في الشكل 2.4 ب.

على الرغم من أن معظم الأحماض الأمينية يمكن أن توجد في كل من الأشكال اليمنى واليسرى ، إلا أن الحياة على الأرض تتكون من الأحماض الأمينية اليسرى ، بشكل حصري تقريبًا. تكون الأحماض الأمينية المولدة للبروتينات المدمجة في البروتينات بواسطة الريبوسومات دائمًا في شكل L. يمكن لبعض البكتيريا أن تدمج الأحماض الأمينية D في الببتيدات غير المشفرة بالريبوزوم ، لكن استخدام الأحماض الأمينية D في الطبيعة نادر. من المثير للاهتمام ، عندما نناقش بنية السكريات في الفصل العشرين ، سنجد أن السكريات التي يتم دمجها في هياكل الكربوهيدرات تكون حصرية تقريبًا في الشكل D. لا أحد يعرف لماذا هذا هو الحال. ومع ذلك ، د. أظهر John Cronin و Sandra Pizzarello أنه من بين الأحماض الأمينية التي تسقط على الأرض من الفضاء على النيازك ، يوجد الكثير منها في شكل L أكثر من D-conformation. وبالتالي ، فإن حقيقة أننا مصنوعون في الغالب من الأحماض الأمينية L قد تكون بسبب الأحماض الأمينية من الفضاء.

لماذا تفضل الأحماض الأمينية في الفضاء التشكل L؟ لا أحد يعرف حقًا ، ولكن من المعروف أن الإشعاع يمكن أن يوجد أيضًا في أشكال اليد اليمنى واليسرى. لذلك ، هناك نظرية تسمى فرضية بونر، يقترح ذلك أن الأشكال السائدة للإشعاع في الفضاء (أي من نجم نيوتروني دوار على سبيل المثال) يمكن أن تؤدي إلى تكوين انتقائي للجزيئات المتجانسة ، مثل الأحماض الأمينية L والسكريات D. لا يزال هذا مجرد تخمين ، لكن النتائج الأخيرة من النيازك تجعل هذه الفرضية أكثر منطقية.

الشكل 2.4 تباين الأحماض الأمينية. باستثناء أبسط الأحماض الأمينية ، الجلايسين ، فإن جميع الأحماض الأمينية الأخرى التي يتم دمجها في هياكل البروتين هي ذات طبيعة مراوان. (أ) يوضح chirality الأساسية لبنية الأحماض الأمينية ألفا عند استخدام مجموعة R غير المحددة. (ب) زوج متماثل D- و L- ألانين ، يمثل الرسم التخطيطي العلوي نموذج الكرة والعصا ويمثل الرسم التخطيطي السفلي هيكل الخط.

لاحظ أن التعيينات D و L هي مصطلحات محددة تستخدم للطريقة التي يدور بها الجزيء الضوء المستقطب البسيط. لا يشير إلى التكوين المجسم المطلق للجزيء. ان التكوين المطلق يشير إلى الترتيب المكاني لذرات الكيان الجزيئي (أو المجموعة) ووصفه الفراغي الكيميائي ، على سبيل المثال ص أو س، بالاشارة الى المستقيم، أو شرير، على التوالى.

غالبًا ما يتم الحصول على التكوينات المطلقة للجزيء اللولبي (في شكل نقي) بواسطة التصوير البلوري بالأشعة السينية. التقنيات البديلة هي التشتت الدوراني البصري ، ازدواج اللون الدائري الاهتزازي ، استخدام كواشف التحول اللولبي في تصوير البروتون بالرنين المغناطيسي النووي وتصوير انفجار كولوم. عندما يتم الحصول على التكوين المطلق ، فإن التنازل عن ص أو س يعتمد على قواعد أولوية Cahn - Ingold - Prelog ، والتي يمكن مراجعتها باتباع الرابط وفي الشكل 2.5. جميع الأحماض الأمينية اللولبية ، باستثناء السيستين ، موجودة أيضًا في شكل S. يحتوي السيستين على ذرة الكبريت مما يجعل المجموعة R لها أولوية أعلى من المجموعة الوظيفية لحمض الكربوكسيل ، مما يؤدي إلى التشكل R للكيمياء الفراغية المطلقة. ومع ذلك ، فإن السيستين يقوم بتدوير الضوء المستقطب البسيط في اتجاه ليفوروتاري أو اليسار. وبالتالي ، فإن التعيينات R و S لا تتوافق دائمًا مع D- و L- التشكل.

الشكل 2.5 يتم تحديد التكوين المطلق من خلال تعيينات Rectus (R) و Sinister (S). في نظام Cahn Ingold Prelog لتسمية المراكز اللولبية ، يتم ترتيب المجموعات المرتبطة بالمركز اللولبي وفقًا لعددها الذري مع أعلى رقم ذري يتلقى الأولوية القصوى (A في الرسم البياني أعلاه) وأقل رقم ذري يتلقى أقل أولوية (د في الرسم البياني أعلاه). ثم يتم توجيه أدنى أولوية بعيدًا عن العارض لتوجيه الجزيء بشكل صحيح لمزيد من التقييم. ثم يتم تتبع مسار الأولويات # 1 و # 2 و # 3 (المقابلة لـ A و B و C أعلاه).إذا كان المسار في اتجاه عقارب الساعة ، فإن المركز اللولبي يُعطى التعيين R ، بينما إذا كان المسار عكس اتجاه عقارب الساعة ، فإنه يُعطى التعيين S.

الأحماض الأمينية هي Zwitterions

في الكيمياء ، أ زويتيريون هو جزيء به مجموعتان وظيفيتان أو أكثر ، واحدة منها على الأقل لها شحنة موجبة والأخرى لها شحنة كهربائية سالبة والشحنة الصافية للجزيء بأكمله تساوي صفرًا عند درجة حموضة معينة. لأنها تحتوي على شحنة موجبة واحدة على الأقل وشحنة سالبة واحدة ، تسمى أيضًا zwitterions أحيانًا أملاح داخلية. تعمل الشحنات على المجموعات الوظيفية المختلفة على موازنة بعضها البعض ، ويمكن للجزيء ككل أن يكون محايدًا كهربائيًا عند درجة حموضة معينة. يُعرف الرقم الهيدروجيني حيث يحدث هذا باسم نقطة متساوية الكهرباء.

على عكس المركبات المذبذبة البسيطة التي قد تتشكل فقط إما نوع كاتيوني أو أنيوني ، يحتوي zwitterion في وقت واحد على كلتا الحالتين الأيونيتين. الأحماض الأمينية هي أمثلة على zwitterions (الشكل 2.6). تحتوي هذه المركبات على مجموعة أمونيوم وكربوكسيلات ، ويمكن اعتبارها ناشئة عن طريق نوع من تفاعل حمض-قاعدي داخل الجزيئي: تقوم مجموعة الأمين بنزع بروتين حمض الكربوكسيل.

الشكل 2.6 الأحماض الأمينية هي Zwitterions. يحتوي الأحماض الأمينية على كل من المراكز الحمضية (جزء من حمض الكربوكسيل) والمراكز الأساسية (جزء الأمين). الأيزومر الموجود على اليمين هو الشكل zwitterionic.

لأن الأحماض الأمينية عبارة عن zwitterions ، والعديد منها يحتوي أيضًا على إمكانية التأين داخل مجموعات R الخاصة بهم ، حالة الشحن الخاصة بهم في الجسم الحي، وبالتالي ، يمكن أن يختلف تفاعلها اعتمادًا على درجة الحموضة ودرجة الحرارة وحالة الذوبان للبيئة الدقيقة المحلية التي توجد فيها. مخطط المعيار pKأ تظهر قيم الأحماض الأمينية في الجدول 2.1 ويمكن استخدامها للتنبؤ بحالة تأين / شحن الأحماض الأمينية والببتيدات / البروتينات الناتجة عنها. ومع ذلك ، تجدر الإشارة إلى أن حالة الذوبان في البيئة المكروية للحمض الأميني يمكن أن تغير النسبي pKأ قيم هذه المجموعات الوظيفية وتوفر خصائص تفاعلية فريدة داخل المواقع النشطة للأنزيمات (الجدول 2.1). سيتم إعطاء مناقشة أكثر عمقًا لتأثيرات الإزالة في الفصل العشرين لمناقشة آليات تفاعل الإنزيم.

الجدول 2.1

كما هو موضح في الجدول 2.1 ، تحتوي سبعة من الأحماض الأمينية على مجموعات R ذات سلاسل جانبية قابلة للتأين وتوجد بشكل شائع في المواقع النشطة للأنزيمات. أذكر أن ملف pKأ يُعرَّف بأنه الرقم الهيدروجيني الذي توجد عنده الأشكال المؤينة والمتحدة لمجموعة وظيفية مؤينة داخل الجزيء بتركيزات متساوية. وهكذا ، كمجموعة وظيفية تتحول إلى أعلى أو أسفل pKأ القيمة ، سيكون هناك تحول في تركيزات الأشكال المؤينة والنقابية لصالح دولة على الأخرى. يوضح الشكل 2.7 المجموعات R المختلفة في حالاتها النقابية والمتأينة وحالاتها المفضلة إما أعلى أو أسفل pKأ القيمة.

الشكل 2.7 المجموعات الوظيفية المؤينة في الأحماض الأمينية الشائعة. ضمن جميع الأحماض الأمينية ، كل من مجموعة حمض الكربوكسيل الوظيفية (C-terminus) والمجموعة الوظيفية الأمينية (N-terminus) قادرة على التأين. بالإضافة إلى ذلك ، تحتوي سبعة أحماض أمينية (حمض الأسبارتيك ، وحمض الجلوتاميك ، والأرجينين ، والهيستيدين ، والليسين ، والتيروزين ، والسيستين) على مجموعات وظيفية قابلة للتأين ضمن مجموعات R. تظهر المجموعة الوظيفية & # 8217s الحالات المفضلة إما أعلى أو أسفل pK الخاص بهمأ القيم.

عادةً ما تفضل المجموعة المؤينة الحالة البروتونية في ظروف الأس الهيدروجيني أقل من pK الخاص بهاأ القيم وستفضل الحالة المنبثقة في ظروف الأس الهيدروجيني أعلى من pK الخاص بهاأ القيمة. وهكذا ، pKأ يمكن استخدام القيم للمساعدة في التنبؤ بحالات الشحن الإجمالية للأحماض الأمينية والببتيدات / البروتينات الناتجة في بيئة محددة. على سبيل المثال ، إذا نظرنا إلى منحنى معايرة للحمض الأميني الأساسي ، الهيستيدين (الشكل 2.8). كل pKأ يتم الوصول إلى حالة شحن الحمض الأميني لصالح الحالة المنبثقة. وبالتالي ، سيتقدم الهيستيدين ببطء من شحنة شاملة +2 عند درجة حموضة منخفضة جدًا (بروتونية بالكامل) إلى شحنة شاملة -1 عند درجة حموضة عالية جدًا (منزوعة البروتونات بالكامل).

الشكل 2.8 حالة التأين للهستيدين في بيئات الأس الهيدروجيني المختلفة. (أ) منحنى معايرة الهيستيدين من درجة حموضة منخفضة إلى درجة حموضة عالية. كل نقطة تكافؤ (pKأ) يشار. (ب) يُظهر حالة التأين المفضلة للهستيدين بعد مرور كل pKأ القيمة.

تمرين إضافي:

ارسم حمض الجلوتاميك وتوقع حالة الشحن الكلية للحمض الأميني عند الرقم الهيدروجيني = 1 ، ودرجة الحموضة = 3 ، ودرجة الحموضة = 7 ، ودرجة الحموضة = 12.

تشكيل رابطة السيستين وثاني كبريتيد

السيستين هو أيضًا حمض أميني فريد لأن هذه السلسلة الجانبية قادرة على الخضوع لتقليل الأكسدة العكسي (الأكسدة والاختزال) التفاعل مع بقايا السيستين الأخرى مما يؤدي إلى تكوين تساهمية السندات ثاني كبريتيدفي الحالة المؤكسدة (الشكل 2.9). تذكر أنه عندما تتأكسد الجزيئات فإنها تفقد الإلكترونات وأنه عندما يتم تقليل الجزيئات فإنها تكتسب إلكترونات. أثناء تفاعلات الأكسدة والاختزال البيولوجية ، أيونات الهيدروجين (البروتونات) غالبًا مع الإلكترونات من الجزيء أثناء الأكسدة ، وتعاد أثناء الاختزال. وبالتالي ، إذا كان التفاعل يفقد البروتونات أو يكتسبها ، فهذا مؤشر جيد على أنه يفقد أو يكتسب إلكترونات وأن تفاعل الأكسدة والاختزال يحدث. وبالتالي ، يمكن أن يكون كسب أو خسارة البروتون طريقة سهلة لتحديد نوع التفاعل هذا.

تعتبر روابط ثاني كبريتيد جزءًا لا يتجزأ من تكوين البنية ثلاثية الأبعاد للبروتينات ، وبالتالي يمكن أن تؤثر بشكل كبير على وظيفة البروتين الناتج. في الأنظمة الخلوية ، يعتبر تكوين / تعطيل رابطة ثاني كبريتيد تفاعلًا بوساطة إنزيم ويمكن استخدامه كآلية للتحكم في نشاط البروتين. ستتم مناقشة سندات ثنائي الكبريتيد بمزيد من التفصيل في القسم 2.xx في هذا الفصل وفي الفصل XX.

الشكل 2.9 يمكن أن يتأكسد السيستين لإنتاج روابط ثاني كبريتيد. أثناء تكوين رابطة ثاني كبريتيد ، يتأكسد سيستين لتشكيل جزيء سيستين. وهذا يتطلب فقدان بروتونين وإلكترونين.

العودة إلى الصدارة

2.2 تكوين رابطة الببتيد وهيكل البروتين الأساسي

داخل الأنظمة الخلوية ، ترتبط البروتينات معًا بمركب إنزيمي كبير يحتوي على خليط من الحمض النووي الريبي والبروتينات. هذا المجمع يسمى الريبوسوم. وبالتالي ، نظرًا لأن الأحماض الأمينية مرتبطة معًا لتكوين بروتين معين ، يتم وضعها في ترتيب محدد للغاية تمليه المعلومات الجينية الموجودة في جزيء الرنا المرسال (mRNA). يُعرف هذا الترتيب المحدد للأحماض الأمينية بالبروتين & # 8217s التسلسل الأساسي. ستتم مناقشة آلية الترجمة التي يستخدمها الريبوسوم لتجميع البروتينات بالتفصيل في الفصل العشرين. سيركز هذا الفصل فقط على التفاعل الكيميائي الذي يحدث أثناء التخليق والخصائص الفيزيائية للببتيدات / البروتينات الناتجة.

يرتبط التسلسل الأساسي للبروتين معًا باستخدام التوليف الجفاف (فقدان الماء) الذي يجمع بين الحمض الكربوكسيلي للحمض الأميني المنبع مع المجموعة الوظيفية الأمينية للحمض الأميني المصب لتكوين رابط أميد (الشكل 2.10). وبالمثل ، فإن رد الفعل العكسي التحلل المائي ويتطلب دمج جزيء الماء لفصل اثنين من الأحماض الأمينية وكسر رابطة الأميد. والجدير بالذكر أن الريبوسومبمثابة الإنزيم الذي يتوسط تفاعلات تخليق الجفاف المطلوبة لبناء جزيئات البروتين ، في حين أن فئة من الإنزيمات تسمى البروتياز مطلوبة لتحلل البروتين.

داخل هياكل البروتين ، يُعرف ارتباط الأميد بين الأحماض الأمينية باسم السندات الببتيد. ستتم إضافة الأحماض الأمينية اللاحقة إلى طرف الأحماض الكربوكسيلية للبروتين النامي. وهكذا ، يتم تصنيع البروتينات دائمًا بطريقة اتجاهية تبدأ بالأمين وتنتهي بذيل حمض الكربوكسيل. تضاف الأحماض الأمينية الجديدة دائمًا إلى ذيل حمض الكربوكسيل ، ولا تضاف أبدًا إلى أمين الحمض الأميني الأول في السلسلة. يحدد الريبوسوم اتجاه تخليق البروتين ويعرف باسم N- إلى C- توليف.

الشكل 2.10 تشكيل رابطة الببتيد. تتطلب إضافة اثنين من الأحماض الأمينية لتكوين الببتيد تخليق الجفاف.

كما هو مذكور أعلاه في قسم zwitterion ، فإن روابط الأميد لها بنية رنين لن تسمح لزوج النيتروجين الوحيد من الإلكترونات بالعمل كقاعدة (الشكل 2.11).

الشكل 2.11 أميد هيكل الرنين. أثناء رنين الأميد ، تشارك إلكترونات الزوج الوحيد من النيتروجين بي- تكوين رابطة مع الكربونيل الذي يشكل الرابطة المزدوجة. وبالتالي ، فإن النيتروجين الأميد ليست أساسية. بالإضافة إلى ذلك ، يتم تثبيت رابطة C-N داخل هيكل الأميد في الفضاء ولا يمكن تدويرها بسبب بيشخصية الرابطة.

بدلا من ذلك ، هم متورطون في بيتشكيل الرابطة مع الكربونيل. علاوة على ذلك ، يتم تثبيت رابطة C-N داخل هيكل الأميد في الفضاء ولا يمكن تدويرها بسبب بيشخصية السندات. هذا يخلق مواقع مادية ثابتة للمجموعات R داخل الببتيد المتنامي في أي من رابطة الدول المستقلة أو عبر المطابقات. نظرًا لأن مجموعات R يمكن أن تكون ضخمة جدًا ، فإنها عادة ما تتناوب على جانبي سلسلة البروتين المتنامية في عبر التشكل. ال رابطة الدول المستقلة يُفضل التشكل فقط مع حمض أميني واحد محدد ، برولين. هذا يرجع إلى الهيكل الدوري لمجموعة البرولين R والعائق الستيري الذي يتم إنشاؤه عندما يتبنى البرولين عبر التشكل (الشكل 2.12). وبالتالي ، يمكن أن يكون لبقايا البرولين تأثير كبير على البنية ثلاثية الأبعاد للببتيد الناتج.

الشكل 2.12 رابطة الدول المستقلة و عبر تشكيل مجموعات الأحماض الأمينية. يعرض الرسم التخطيطي العلوي ملف رابطة الدول المستقلة و عبر تطابق اثنين من الأحماض الأمينية المجاورة المشار إليها باسم X و Y والتي تشير إلى أي من الأحماض الأمينية العشرين ، باستثناء البرولين. في ال عبر يتم تدوير مجموعة R من الأحماض الأمينية X بعيدًا وعلى الجانب الآخر من الجزيء عند مقارنتها مع مجموعة R من الحمض الأميني Y. يعطي هذا التشكل أقل قدر من العائق الفراغي مقارنة مع رابطة الدول المستقلة التشكل حيث توجد المجموعات R على نفس الجانب وعلى مقربة من بعضها البعض. في الرسم البياني السفلي ، يتم وضع أي حمض أميني ، X في اتجاه المنبع لبقايا البرولين. بسبب تحلل مجموعة البرولين R مع نيتروجين الأميد في العمود الفقري ، فإن هذا يغير موضع مجموعة البرولين R لتكون على مقربة من مجموعة R من الأحماض الأمينية X عندما تتبنى عبر التشكل. وهكذا ، يفضل البرولين رابطة الدول المستقلة التشكل الذي لديه عائق أقل صرامة.

البروتينات هي جزيئات كبيرة جدًا تحتوي على العديد من بقايا الأحماض الأمينية المرتبطة ببعضها البعض بترتيب محدد للغاية. يتراوح حجم البروتينات من 50 حمضًا أمينيًا في الطول إلى أكبر بروتين معروف يحتوي على 33423 حمضًا أمينيًا. تُعرف الجزيئات الكبيرة التي تحتوي على أقل من 50 من الأحماض الأمينية باسم الببتيدات(الشكل 2.13).


الشكل 2.13 الببتيدات والبروتينات عبارة عن جزيئات ضخمة مبنية من سلاسل طويلة من الأحماض الأمينية مرتبطة ببعضها البعض من خلال روابط أميد. يحدد ترتيب وطبيعة الأحماض الأمينية في التسلسل الأولي للبروتين نمط الطي للبروتين بناءً على البيئة المحيطة بالبروتين (أي إذا كان داخل الخلية ، فمن المحتمل أن يكون محاطًا بالماء في بيئة قطبية للغاية ، بينما إذا كان البروتين مضمنًا في غشاء البلازما ، فسيكون محاطًا بذيول هيدروكربونية غير قطبية جدًا).

بسبب المجموعة الكبيرة من الأحماض الأمينية التي يمكن دمجها في كل موضع داخل البروتين ، هناك مليارات من تركيبات البروتين الممكنة المختلفة التي يمكن استخدامها لإنشاء هياكل بروتينية جديدة! على سبيل المثال ، فكر في ثلاثي الببتيد مصنوع من تجمع الأحماض الأمينية. يوجد في كل مركز 20 خيارًا مختلفًا يمكن دمجها. وبالتالي ، سيكون العدد الإجمالي للبتيدات الثلاثية الناتجة الممكنة 20 × 20 × 20 أو 20 3 ، أي ما يعادل 8000 خيار ثلاثي الببتيد مختلف! فكر الآن في عدد الخيارات المتاحة لببتيد صغير يحتوي على 40 حمضًا أمينيًا. سيكون هناك 20 40 خيارًا ، أو 1.09 X 10 52 خيارات تسلسل محتملة محيرة للعقل! قد يختلف كل خيار من هذه الخيارات في شكل البروتين الكلي ، حيث تساعد طبيعة السلاسل الجانبية للأحماض الأمينية في تحديد تفاعل البروتين مع المخلفات الأخرى في البروتين نفسه ومع البيئة المحيطة به.

تساعد طبيعة الأحماض الأمينية في جميع أنحاء البروتين البروتين على الانطواء وتشكيل هيكله ثلاثي الأبعاد. هذا الشكل ثلاثي الأبعاد المطلوب للنشاط الوظيفي للبروتين (أي. شكل البروتين = وظيفة البروتين). بالنسبة للبروتينات الموجودة داخل البيئات المائية للخلية ، غالبًا ما توجد الأحماض الأمينية الكارهة للماء في داخل بنية البروتين ، في حين أن الأحماض الأمينية المحبة للماء ستكون على السطح حيث يمكنها الرابطة الهيدروجينية والتفاعل مع جزيئات الماء. البرولين فريد من نوعه لأنه يحتوي على مجموعة R الوحيدة التي تشكل بنية دورية مع مجموعة أمين وظيفية في السلسلة الرئيسية. هذا cyclization هو ما يجعل البرولين يتبنى رابطة الدول المستقلة التشكل بدلا من عبر التشكل داخل العمود الفقري. غالبًا ما يعني هذا التحول بنية أن البرولينات هي مواضع تحدث فيها الانحناءات أو تغيرات الاتجاه داخل البروتين. الميثيونين فريد من نوعه ، من حيث أنه يعمل كحمض أميني أساسي لجميع آلاف البروتينات المعروفة في الطبيعة تقريبًا. تحتوي السيستين على مجموعات ثيول الوظيفية ، وبالتالي ، يمكن أن تتأكسد مع بقايا السيستين الأخرى لتشكيل روابط ثاني كبريتيد تساهمية داخل بنية البروتين (الشكل 2.14). تضيف جسور ثاني كبريتيد ثباتًا إضافيًا إلى الهيكل ثلاثي الأبعاد وغالبًا ما تكون مطلوبة من أجل طي البروتين الصحيح ووظيفته (الشكل 2.14).

الشكل 2.14 روابط ثاني كبريتيد. تتشكل روابط ثاني كبريتيد بين بقايا سيستين داخل تسلسل ببتيد أو بروتين أو بين سلاسل مختلفة من الببتيد أو البروتين. في المثال أعلاه ، تم تصوير سلسلتي الببتيد التي تشكل هرمون الأنسولين. جسور ثاني كبريتيد بين السلسلتين مطلوبة من أجل الوظيفة المناسبة لهذا الهرمون لتنظيم مستويات السكر في الدم.

شكل البروتين ووظيفته

يؤدي الهيكل الأساسي لكل بروتين إلى نمط الطي الفريد الذي يتميز به هذا البروتين المحدد. باختصار ، التسلسل الأساسي هو الترتيب الخطي للأحماض الأمينية لأنها مرتبطة ببعضها البعض في سلسلة البروتين (الشكل 2.15). في القسم التالي ، سنناقش طي البروتين الذي يؤدي إلى تكوينات البروتين الثانوية والثالثية وأحيانًا الرباعية.

الشكل 2.15 هيكل البروتين الأساسي هو التسلسل الخطي للأحماض الأمينية.

العودة إلى الصدارة

2.3 بنية البروتين الثانوية

في القسم السابق ، لاحظنا الصلابة التي أنشأتها رابطة C-N في ارتباط الأميد عندما يتم ضم الأحماض الأمينية مع بعضها البعض وتعلمنا أن هذا يتسبب في تفضيل مجموعات الأحماض الأمينية R عبر confromation (باستثناء البرولين الذي يفضل رابطة الدول المستقلة التشكل). تحد هذه الصلابة مع العمود الفقري للبروتين من إمكانية الطي وأنماط البروتين الناتج. ومع ذلك ، يمكن للروابط المرتبطة بكربون ألفا أن تدور بحرية وتساهم في المرونة وأنماط الطي الفريدة التي تظهر داخل البروتينات. لتقييم أنماط الدوران المحتملة التي يمكن أن تنشأ حول α-carbon ، يتم قياس زوايا الالتواء Phi (Φ) و Psi (ψ) بشكل شائع. تقيس زاوية الالتواء Phi (Φ) الدوران حول رابطة النيتروجين α-carbon & # 8211 من خلال تقييم الزاوية بين كربونيل الكربون المتجاورين عندما تنظر مباشرةً إلى أسفل رابطة النيتروجين α-carbon & # 8211 في مستوى ورقة (الشكل 2.16). على العكس من ذلك ، تقيس زاوية الالتواء Psi () الدوران حول رابطة الكربون α-carbon & # 8211 carbonyl عن طريق تقييم الزاوية بين ذرتين من النيتروجين المتجاورتين عندما تنظر مباشرةً إلى أسفل رابطة الكربون α-carbon & # 8211 carbonyl ( الشكل 2.16).

الشكل 2.16 Phi (Φ) و Psi (ψ) زوايا الالتواء. (أ) زاوية التواء فاي (Φ) هي مقياس للدوران حول الرابطة بين الكربون ألفا والنيتروجين الأميد. يتم قياسه كزاوية بين ذرتين من الكربونيل المتاخم للرابطة ، كما هو موضح في اللوحة السفلية. (ب) زاوية الالتواء Psi (ψ) هي مقياس للدوران حول الرابطة بين α-carbon و carbonyl carbon. يتم قياسها كزاوية بين ذرتين من النيتروجين المتجاورتين للرابطة ، كما هو موضح في اللوحة السفلية.

في حين أن الروابط حول الكربون ألفا يمكن أن تدور بحرية ، فإن زوايا الالتواء المفضلة تقتصر على مجموعة فرعية أصغر من الاحتمالات حيث تتجنب الذرات المجاورة التوافقات التي لها عائق ستيري عالي مرتبطة بها. ج. أنشأ راماشاندران نماذج حاسوبية من الببتيدات الصغيرة لتحديد التوافق المستقر لزوايا التواء فاي (Φ) و Psi (ψ). مع نتائجه ، أنشأ ما يُعرف باسم مخطط راماشاندران ، والذي يعرض بيانياً مناطق التداخل لزوايا التواء فاي (Φ) و Psi (ψ) الأكثر ملاءمة (الشكل 2.17)

الشكل 2.17 مؤامرة راماشاندران. يشار إلى زوايا التواء المواتية والمفضلة للغاية Phi (Φ) و Psi (ψ) باللونين الأصفر والأحمر ، على التوالي. يشار إلى زوايا الروابط لهياكل البروتين الثانوية الشائعة.

داخل كل مناطق بروتينية صغيرة من البروتين قد تتبنى أنماط طي محددة ومتكررة. تسمى هذه الزخارف أو الأنماط المحددة الهيكل الثانوي. اثنان من أكثر السمات الهيكلية الثانوية شيوعًا تشمل ألفا الحلزون و ورقة مطوية بيتا(الشكل 2.18). ضمن هذه الهياكل ، تعد التفاعلات داخل الجزيئات ، وخاصة الرابطة الهيدروجينية بين مجموعات أمين العمود الفقري ومجموعات الكربونيل الوظيفية ضرورية للحفاظ على الشكل ثلاثي الأبعاد.

الشكل 2.18 الميزات الهيكلية الثانوية في بنية البروتين. تعتبر لولب ألفا الأيمن والورقة المطوية بيتا من الأشكال الهيكلية الشائعة الموجودة في معظم البروتينات. يتم تجميعها معًا عن طريق الرابطة الهيدروجينية بين الأمين والأكسجين الكربوني داخل العمود الفقري للحمض الأميني.

ألفا الحلزون

بالنسبة للبنى الحلزونية ألفا ، فإن اللولب الأيمن شائع جدًا ، في حين أن الحلزونات اليسرى نادرة جدًا. ويرجع ذلك إلى زوايا الالتواء Phi (Φ) و Psi (ψ) المطلوبة للحصول على بنية حلزونية ألفا أعسر. سيتعين على البروتين أن ينثني ويلتف عبر العديد من الزوايا غير المواتية قبل الحصول على الاتجاه الصحيح للحلزون الأيسر. وبالتالي ، فهي ليست شائعة جدًا في الطبيعة.

بالنسبة إلى حلزون ألفا الأيمن ، يحتوي كل منعطف حلزوني على 3.6 من بقايا الأحماض الأمينية (الشكل 2.19). تبرز مجموعات R (المجموعات المتغيرة) من عديد الببتيد من αسلسلة الحلزون. يشكل العمود الفقري متعدد الببتيد بنية حلزونية متكررة يتم تثبيتها بواسطة روابط هيدروجينية بين أكسجين الكربونيل وهيدروجين أمين.تحدث هذه الروابط الهيدروجينية على فترات منتظمة من رابطة هيدروجينية واحدة كل أربعة حمض أميني وتتسبب في تكوين العمود الفقري متعدد الببتيد لتشكيل حلزون. يدفع كل حمض أميني اللولب ، على طول محوره ، بمقدار 1.5 Å. يتكون كل منعطف من اللولب من 3.6 من الأحماض الأمينية ، وبالتالي فإن درجة اللولب هي 5.4 Å. يوجد في المتوسط ​​عشرة بقايا من الأحماض الأمينية لكل حلزون. الأحماض الأمينية المختلفة لها ميول مختلفة للتكوين α- حلزوني. تشمل الأحماض الأمينية التي تفضل اعتماد التماثلات الحلزونية في البروتينات ميثيونين ، ألانين ، ليسين ، جلوتامات ولايسين. لا يميل البرولين والجليسين تقريبًا إلى تكوين الحلزونات.

الشكل 2.19 هيكل حلزون ألفا الأيمن. (أ) عرض جانبي لنموذج الكرة والعصا. مطلوب ما مجموعه 3.6 من الأحماض الأمينية لتشكيل دورة واحدة من α- حلزوني. تعمل الرابطة الهيدروجينية بين الأكسجين الكربوني والنيتروجين للحمض الأميني الرابع على تثبيت الهيكل الحلزوني. في الهيكل الموضح ، الذرات السوداء هي كربون ألفا ، والرمادي عبارة عن كربونيل كربونيل ، والأحمر عبارة عن أكسجين ، وأزرق نيتروجين ، وأخضر عبارة عن مجموعات R ، وبنفسجي فاتح عبارة عن ذرات هيدروجين. (ب) هيكل خطي عرض جانبي موسع ونموذج ملء الفراغ (C) هيكل خطي ذو رؤية علوية موسعة ونموذج ملء الفراغ

صورة معدلة من: Maksim الصورة "ب" و "ج" من: Henry Jakubowski

نقاط أساسية حول Alpha Helix:

  • يعتبر حلزون ألفا أكثر إحكاما من سلسلة البولي ببتيد الممتدة بالكامل بزوايا phi / psi تبلغ 180 درجة
  • في البروتينات ، متوسط ​​عدد الأحماض الأمينية في اللولب هو 11 ، مما يعطي 3 دورات.
  • نادراً ما يتم ملاحظة اللولب ألفا الأيسر ، على الرغم من السماح به من عمليات التفتيش على مؤامرة راماشاندران ، لأن الأحماض الأمينية المستخدمة لبناء بنية البروتين هي أحماض أمينية L وهي منحازة نحو تشكيل الحلزون الأيمن. عندما تتشكل الحلزونات اليسرى ، فإنها غالبًا ما تكون ضرورية لطي البروتين الصحيح ، أو استقرار البروتين ، أو تشارك بشكل مباشر في تكوين الموقع النشط.

الشكل 2.20 هيكل ألفا اللولب أعسر. في هذا الرسم البياني ، حلزون ألفا الأيسر ، الموضح باللون الأصفر ، هو جزء من منعطف شعر داخل بنية البروتين ويتم تثبيته بواسطة جسرين ثنائي كبريتيد موضحين باللون الأصفر.

  • يتم تعبئة قلب اللولب بإحكام. لا توجد ثقوب أو مسام في اللولب.
  • تمتد جميع مجموعات R للخارج وبعيدًا عن محور اللولب. يمكن أن تكون المجموعات R محبة للماء أو كارهة للماء ، ويمكن تحديد موقعها في مواضع محددة على اللولب المكون من مناطق amphipathic على البروتين أو قد تمتد الحلزونات الكارهة للماء بالكامل عبر غشاء البلازما كما هو موضح في الشكل 2.21

الشكل 2.21 تحديد موضع المجموعات R داخل الهياكل الحلزونية ألفا. يمكن وضع مجموعات R داخل حلزون ألفا لإنشاء مناطق أمفيباثيك داخل البروتين ، حيث يتم وضع البقايا المحبة للماء على جانب واحد من اللولب وكارهة للماء على الجانب الآخر كما هو موضح في المنظر الجانبي (أ) أو مناظر من أعلى لأسفل (ب) & أمبير ج). قد تكون مجموعات R أيضًا كارهة تمامًا للماء داخل حلزونات ألفا التي تمتد عبر غشاء البلازما كما هو موضح في (D).

  • توجد بعض الأحماض الأمينية بشكل أكثر شيوعًا في حلزونات ألفا أكثر من غيرها. فيما يلي الأحماض الأمينية التي عادة ما تكون ليس الموجودة في الهياكل الحلزونية ألفا: جلاي صغير جدًا ومرن من حيث التوافق بحيث لا يمكن العثور عليه بتردد عالٍ في حلزونات ألفا ، بينما طليعة جامد جدا وفي رابطة الدول المستقلة- المعلومات. طليعة غالبًا ما يعطل البنية الحلزونية عن طريق التسبب في حدوث انحناءات في البروتين. بعض الأحماض الأمينية ذات السلاسل الجانبية التي يمكن أن تربط H (Ser ، Asp ، و أسن) و aren & # 8217t لفترة طويلة جدًا للعمل كمنافسين لسلسلة H الرئيسية المانحين والمقبولين ، ويزعزعون استقرار حلزونات ألفا. مجموعات R المتفرعة المبكرة ، مثل فالو إيل ،يزعزع استقرار حلزون ألفا بسبب التفاعلات الفراغية للسلاسل الجانبية الضخمة مع العمود الفقري الحلزوني.
  • ملخص لتناسب الأحماض الأمينية مع حلزونات ألفا (وهيكل بيتا أيضًا)
  • الكيراتين ألفا ، المكون الرئيسي للشعر والجلد والفراء والمناقير وأظافر الأصابع ، كلها تقريبًا هيليكس ألفا.

Jmol: تم تحديث حلزون معزول من بروتين مضاد التجمد Jmol14 (جافا) | JSMol (HTML5)

ورقة مطوية بيتا:

في الصفيحة المطوية β ، تتشكل "الطيات" بواسطة رابطة هيدروجينية بين الذرات على العمود الفقري لسلسلة البولي ببتيد. مجموعات R متصلة بالكربون وتمتد أعلى وأسفل طيات الطية في عبر التشكل. تتم محاذاة الأجزاء المطوية بالتوازي أو مع بعضها البعض ، وتتشكل الروابط الهيدروجينية بين ذرة النيتروجين الموجبة جزئيًا في المجموعة الأمينية وذرة الأكسجين السالبة جزئيًا في مجموعة الكاربونيل في العمود الفقري للببتيد (الشكل 2.21).

الشكل 2.21 هيكل ورقة مطوية بيتا. يمكن توجيه الورقة المطوية على شكل β في الاتجاه الموازي أو الاتجاه المعاكس ، كما هو موضح في (أ) أعلاه مع الورقة المطوية β التي يتم تمثيلها بواسطة أسهم الشريط الأحمر. يشير اتجاه السهم إلى اتجاه البروتين مع تشغيل السهم في الاتجاه N- إلى C-. استقرت الرابطة الهيدروجينية بين كربونيل العمود الفقري ومجموعات أمين العمود الفقري الوظيفية على كلا من الهياكل الموازية (B يسار) والتوازي (B الأيمن) المطوي.

الزخارف الهيكلية الثانوية الأخرى:

وتشمل الهياكل الثانوية الهامة الأخرى المنعطفات ، الحلقات ، دبابيس الشعر و روابط مرنة. هناك العديد من التصنيفات المختلفة لـ يتحولداخل بنية البروتين ، بما في ذلك α-turn، β-turn، γ-turn،-turn و π المنعطفات. β المنعطفات (الشكل الأكثر شيوعًا) يحتوي عادةً على أربعة بقايا من الأحماض الأمينية (الشكل 2.22). تم العثور على البرولين والجليسين بشكل شائع في الزخارف بدورها ، حيث يفضل تشكيل رابطة الدول المستقلة للبرولين الانحناءات التوافقية الأكثر حدة ، في حين أن الحد الأدنى من السلسلة الجانبية للجليسين يسمح بتعبئة أكثر إحكامًا للأحماض الأمينية لصالح بنية الدوران.

الشكل 2.22 رسم تخطيطي للنوع الأول والثاني من المنعطفات.

ان ω- حلقة هو مصطلح شامل للحلقة الطويلة أو الممتدة أو غير المنتظمة بدون رابطة هيدروجينية داخلية ثابتة. أ دبوس الشعر هي حالة خاصة من الانعطاف ، حيث ينعكس اتجاه العمود الفقري للبروتين وتتفاعل عناصر البنية الثانوية المرافقة. على سبيل المثال ، أ دبوس الشعر بيتا يربط بين خيوط β مرتبطة بالهيدروجين ، ومضادة للتوازي. توجد المنعطفات أحيانًا داخل روابط مرنة أو حلقات تربط مجالات البروتين. تتفاوت متواليات الوصلة في الطول وتكون عادةً غنية بالأحماض الأمينية القطبية غير المشحونة. روابط مرنةالسماح لمجالات الاتصال بالالتواء والتدوير بحرية لتجنيد شركائها الملزمين عبر ديناميكيات مجال البروتين.

العودة إلى الصدارة

2.4 البنية الفائقة الثانوية وزخارف البروتين

بين البنية الثانوية والبنية الثلاثية للبروتينات ، هناك سمات ثلاثية الأبعاد أكبر تم تحديدها في العديد من هياكل البروتين المختلفة. هم معروفون ب هيكل فوق الثانوي و كما بروتين الزخارف. هيكل فوق الثانوييتكون عادةً من بنيتين ثانويتين مرتبطين ببعضهما البعض عن طريق منعطف ويتضمن اللولب الحلزوني اللولبي الحلزوني الحلزوني الحلزوني الحلزوني الحلزون الحلزوني الزوايا α-α ​​الزوايا β-β و β-hairpin-(الشكل 2.23).

الشكل 2.23 أمثلة على الهياكل فوق الثانوية. (أ) تتميز هياكل β-hairpin-بمنعطف حاد لا يؤدي إلى تعطيل الترابط الهيدروجيني لهياكل الألواح ثنائية الطيات. (ب) هيكل حلزون حلزوني مقترح لبروتين Taspase1 ، (C) α-α بنية الزاوية الموجودة في بروتين Myoglobin.

الزخارف البروتينية هي هياكل أكثر تعقيدًا تم إنشاؤها من مكونات هيكلية ثانوية وفوق الثانوية وهي طرائق متكررة يتم تصورها في العديد من هياكل البروتين.

تميل خيوط بيتا إلى الالتواء في اتجاه اليد اليمنى للمساعدة في تقليل الطاقة التوافقية. يؤدي هذا إلى تكوين عناصر هيكلية مثيرة للاهتمام توجد في العديد من أنواع البروتينات. يشتمل اثنان من هذه الهياكل على صفائح أو سروج ملتوية بالإضافة إلى براميل بيتا (الشكل 2.24)

الشكل 2.24 الزخارف الإنشائية الشائعة لبيتا ستراند. (أ) ملاءة ملتوية من أعلى لليمين ومنظر جانبي ، (ب) منظر جانبي لبراميل بيتا ، و (ج) منظر علوي لبراميل بيتا

يمكن أن تخدم الأشكال الهيكلية وظائف معينة داخل البروتينات مثل تمكين ربط الركائز أو العوامل المساعدة. على سبيل المثال ، فإن طية روسمان مسؤولة عن الارتباط بالعوامل المساعدة للنيوكليوتيدات مثل نيكوتيناميد الأدينين ثنائي النوكليوتيد (NAD +) (الشكل 2.25). تتكون طية روسمان من ستة خيوط بيتا متوازية تشكل ورقة بيتا ممتدة. ترتبط الخيوط الثلاثة الأولى بواسطة حلزونات α مما ينتج عنه بنية بيتا ألفا بيتا ألفا بيتا. يتم تكرار هذا النمط مرة واحدة لإنتاج تكرار ترادفي معكوس يحتوي على ستة خيوط. بشكل عام ، يتم ترتيب الخيوط بترتيب 321456 (1 = N-terminal ، 6 = C-terminal). يتم ترتيب خمس طيات شبيهة بروسمان المجدولة بالترتيب 32145. يشبه الهيكل الثلاثي العام للطية شطيرة من ثلاث طبقات حيث تتكون الحشوة من صفيحة بيتا ممتدة وتتكون شريحتا الخبز بواسطة حلزونات ألفا المتوازية المتصلة .

الشكل 2.25 طية روسمان. (أ) هيكل نيكوتيناميد الأدينين ثنائي النوكليوتيد (NAD +) (ب) رسم تخطيطي لطي روسمان (حلزونات A-F حمراء وخيوط 1-6 أصفر) من بكتريا قولونية إنزيم مالات ديهيدروجينيز. يظهر العامل المساعد NAD + الارتباط كجزيء ملء الفراغ. (ج) رسم تخطيطي لأضعاف روسمان الستة الذين تقطعت بهم السبل.

إحدى ميزات طية روسمان هي خصوصية ارتباط العامل المشترك. الجزء الأكثر حفظًا من طيات روسمان هو أول مقطع بيتا ألفا بيتا. نظرًا لأن هذا الجزء على اتصال بجزء ADP من ثنائي النوكليوتيدات مثل FAD و NAD و NADP ، يُطلق عليه أيضًا & # 8220ADP- طية بيتا بيتا ملزمة & # 8221.

ومن المثير للاهتمام ، أن الأشكال الهيكلية المتشابهة ليس لها دائمًا سلف تطوري مشترك ويمكن أن تنشأ عن طريق التطور المتقارب. هذا هو الحال مع TIM Barrel ، وهي طية بروتينية محفوظة تتكون من ثمانية حلزونات ألفا وثمانية خيوط متوازية تتناوب على طول العمود الفقري للببتيد. تمت تسمية الهيكل على اسم إيزوميراز ثلاثي فوسفات ، وهو إنزيم استقلابي محفوظ. براميل TIM هي واحدة من أكثر طيات البروتين شيوعًا. واحدة من أكثر السمات إثارة للاهتمام بين أعضاء هذه الفئة من البروتينات هي أنه على الرغم من أنهم جميعًا يظهرون نفس الطية الثلاثية ، إلا أن هناك تشابهًا ضئيلًا للغاية في التسلسل بينهم. تستخدم ما لا يقل عن 15 عائلة إنزيمية متميزة هذا الإطار لتوليد هندسة الموقع النشط المناسبة ، دائمًا في الطرف C من خيوط بيتا المتوازية الثمانية للبرميل.

الشكل 2.26 برميل TIM. تعتبر براميل TIM طيات بروتين α / لأنها تتضمن نمطًا متناوبًا من α-helices و-strands في مجال واحد. في برميل TIM ، تشكل الحلزونات والخيوط (عادةً 8 ​​من كل منها) ملفًا لولبيًا ينحني ليغلق على نفسه في شكل دونات ، يُعرف طوبولوجيًا باسم حلقي. تشكل الخيوط β المتوازية الجدار الداخلي للدونات (وبالتالي ، برميل) ، بينما تشكل α-helices الجدار الخارجي للدونات. تتصل كل-strand بالحبل المجاور التالي في البرميل من خلال حلقة طويلة لليد اليمنى تتضمن إحدى الحلزونات ، بحيث يستمر تلوين الشريط N إلى C في العرض العلوي (A) بترتيب قوس قزح حول برميل. يمكن أيضًا التفكير في برميل TIM ، بعد ذلك ، على أنه مكون من 8 هياكل β-α-فائقة الثانوية اليمنى متداخلة ، كما هو موضح في المنظر الجانبي (B).

على الرغم من أن الرسم التخطيطي لشريط TIM Barrel يظهر ثقبًا في النواة المركزية للبروتين # 8217 ، إلا أن السلاسل الجانبية للأحماض الأمينية لا تظهر في هذا التمثيل (الشكل 2.26). إن لب البروتين & # 8217s معبأ بإحكام ، في الغالب مع بقايا الأحماض الأمينية الضخمة الكارهة للماء على الرغم من أن هناك حاجة إلى عدد قليل من الجلايسينات للسماح بمجال كبير للمناورة للمركز المقيد للغاية من التكرارات الثمانية التقريبية لتلائم معًا. تهيمن على تفاعلات التعبئة بين الخيوط واللوالب أيضًا كره الماء وتشكل المخلفات الأليفاتية المتفرعة فالين ، والليوسين ، والإيزولوسين حوالي 40٪ من إجمالي المخلفات في السلاسل β.

مع استمرار معرفتنا في الزيادة حول عدد لا يحصى من الأشكال الهيكلية الموجودة في الطبيعة وكنز # 8217s من هياكل البروتين ، نواصل اكتساب نظرة ثاقبة حول كيفية ارتباط بنية البروتين بالوظيفة ويتم تمكينها بشكل أفضل لتوصيف تسلسلات البروتين المكتسبة حديثًا باستخدام في السيليكو التقنيات.

العودة إلى الصدارة

2.5 هيكل البروتين العالي والرباعي

يُعرف الشكل الكامل ثلاثي الأبعاد للبروتين بأكمله (أو مجموع كل الأشكال الهيكلية الثانوية) باسم الهيكل الثالث من البروتين وهي ميزة فريدة ومحددة لهذا البروتين (الشكل 2.27). في المقام الأول ، تخلق التفاعلات بين مجموعات R بنية ثلاثية الأبعاد معقدة للبروتين. يمكن لطبيعة مجموعات R الموجودة في الأحماض الأمينية المعنية أن تتعارض مع تكوين روابط الهيدروجين الموصوفة للهياكل الثانوية القياسية مثل حلزون ألفا. على سبيل المثال ، يتم صد مجموعات R ذات الرسوم المتشابهة من قبل بعضها البعض وتلك التي تحمل رسومًا مختلفة تنجذب إلى بعضها البعض (الروابط الأيونية). يمكن أن تشكل السلاسل الجانبية غير القطبية غير المشحونة تفاعلات كارهة للماء. يمكن أن يؤدي التفاعل بين السلاسل الجانبية للسيستين إلى تكوين روابط ثاني كبريتيد.

الشكل 2.27 هيكل البروتين العالي. يتم تحديد البنية الثلاثية للبروتينات من خلال مجموعة متنوعة من التفاعلات الكيميائية. وتشمل هذه التفاعلات الكارهة للماء ، والترابط الأيوني ، والروابط الهيدروجينية ، وروابط ثاني كبريتيد.

كل هذه التفاعلات ، الضعيفة والقوية ، تحدد الشكل النهائي ثلاثي الأبعاد للبروتين. عندما يفقد البروتين شكله ثلاثي الأبعاد ، فإنه عادة ما يكون غير فعال.

في الطبيعة ، تتكون بعض البروتينات من عدة عديدات ببتيدات ، تُعرف أيضًا بالوحدات الفرعية ، ويشكل تفاعل هذه الوحدات الفرعية هيكل رباعي. تساعد التفاعلات الضعيفة بين الوحدات الفرعية على استقرار الهيكل العام. على سبيل المثال ، يحتوي الأنسولين (بروتين كروي) على مزيج من روابط الهيدروجين وروابط ثاني كبريتيد التي تتسبب في تكتلها في الغالب على شكل كرة. يبدأ الأنسولين كبولي ببتيد منفرد ويفقد بعض التسلسلات الداخلية أثناء المعالجة الخلوية التي تشكل سلسلتين مرتبطتين ببعضهما البعض بواسطة روابط ثاني كبريتيد كما هو موضح في الشكل 2.14. ثم يتم تجميع ثلاثة من هذه الهياكل بشكل إضافي لتشكيل سداسي غير نشط (الشكل 2.28). شكل الأنسولين السداسي هو وسيلة للجسم لتخزين الأنسولين في شكل مستقر وغير نشط بحيث يكون متاحًا للإفراج وإعادة التنشيط في شكل مونومر.

الشكل 2.28 هرمون الأنسولين هو مثال جيد للبنية الرباعية. يتم إنتاج الأنسولين وتخزينه في الجسم على شكل سداسي (وحدة من ستة جزيئات أنسولين) ، بينما الشكل النشط هو المونومر. السداسي هو شكل غير نشط يتمتع باستقرار طويل الأمد ، والذي يعمل كطريقة للحفاظ على الأنسولين عالي التفاعل محميًا ، ولكنه متاح بسهولة.

يعد توقع نمط الطي للبروتين بناءً على تسلسله الأساسي مهمة صعبة للغاية بسبب المرونة الكامنة في بقايا الأحماض الأمينية التي يمكن استخدامها لتشكيل ميزات ثانوية مختلفة. كما وصفه فوجيوارا وآخرون ، يعتبر تصنيف SCOP (التصنيف الهيكلي للبروتين) و SCOPe (الإصدار الموسع) قواعد بيانات رئيسية توفر وصفًا تفصيليًا وشاملًا لجميع هياكل البروتين المعروفة. يعتمد تصنيف SCOP على المستويات الهرمية: أول مستويين ، الأسرة والعائلة، تصف العلاقات التطورية القريبة والبعيدة ، في حين أن الثالثة ، يطوى، يصف العلاقات الهندسية والزخارف الهيكلية داخل البروتين. ضمن مخطط تصنيف الطيات ، يتم تخصيص معظم البروتينات لواحدة من أربع فئات هيكلية: (1) كل α-helix ، (2) كل ورقة β ، (3) α / للبروتينات ذات الأنماط المشتتة ، و (4) α + β للبروتينات ذات المناطق التي يسودها نوع نمط واحد أو آخر.

بناءً على شكلها ووظيفتها وموقعها ، يمكن وصف البروتينات على نطاق واسع بأنها ليفية أو كروية أو غشائية أو مضطربة.

البروتينات الليفية

البروتينات الليفية تتميز بهياكل بروتينية ممدودة. غالبًا ما تتجمع هذه الأنواع من البروتينات في خيوط أو حزم تشكل سقالات هيكلية في الأنظمة البيولوجية. داخل الحيوانات ، أكثر عائلتين من البروتينات الليفية وفرة هما ألفا كيراتين والكولاجين.

ألفا كيراتين

α-keratin هو العنصر الأساسي في تكوين الشعر والأظافر والقرون والمخالب والحوافر والطبقة الخارجية من الجلد. نظرًا لبنية الجرح المحكم ، يمكن أن تعمل كواحدة من أقوى المواد البيولوجية ولها استخدامات مختلفة في الثدييات ، من المخالب المفترسة إلى الشعر للتدفئة. يتم تصنيع α-keratin من خلال التخليق الحيوي للبروتين ، باستخدام النسخ والترجمة ، ولكن عندما تنضج الخلية ومليئة بـ α-keratin ، فإنها تموت ، مما يخلق وحدة قوية غير وعائية من الأنسجة الكيراتينية.

تم تحديد التسلسلات الأولى من α-keratins بواسطة Hanukoglu و Fuchs. كشفت هذه التسلسلات عن وجود عائلتين متميزتين ولكن متماثلتين من الكيراتين تم تسميتهما باسم النوع الأول من الكيراتين والنوع الثاني من الكيراتين. يوجد 54 جينًا من جينات الكيراتين في البشر ، 28 منها رمز للنوع الأول ، و 26 جينًا للنوع الثاني. بروتينات النوع الأول حمضية ، بمعنى أنها تحتوي على المزيد من الأحماض الأمينية الحمضية ، مثل حمض الأسبارتيك ، بينما بروتينات النوع الثاني أساسية ، مما يعني أنها تحتوي على المزيد من الأحماض الأمينية الأساسية ، مثل اللايسين. هذا التمايز مهم بشكل خاص في α-keratins لأنه في تركيب وحداتها الفرعية dimer ، لفائف ملفوفة، يجب أن يكون ملف بروتين واحد من النوع الأول ، بينما يجب أن يكون الملف الآخر من النوع الثاني (الشكل 2.29). حتى في النوع الأول والثاني ، هناك كيراتينات حمضية وقاعدية مكملة بشكل خاص داخل كل كائن حي. على سبيل المثال ، في جلد الإنسان ، K5 ، وهو نوع II α-keratin ، يتزاوج بشكل أساسي مع K14 ، وهو النوع الأول α-keratin ، لتكوين مركب α-keratin لطبقة البشرة من الخلايا في الجلد.

ثم يتم تجميع الثنائيات الملفوفة الملفوفة في خيوط أولية ، وهو شكل خارق حلزوني أيسر مستقر للغاية والذي يؤدي إلى مزيد من التعدد ، مكونًا خيوطًا تتكون من نسخ متعددة من مونومرات الكيراتين (الشكل 2.29). القوة الرئيسية التي تحافظ على هياكل الملفوف المرتبطة ببعضها البعض هي التفاعلات الكارهة للماء بين المخلفات القطبية على طول مقاطع الكيراتين الحلزونية.

الشكل 2.29. تشكيل خيوط وسيطة. تتكون الخيوط الوسيطة من مركب α-keratin superhelical. في البداية ، يشكل اثنان من مونومرات الكيراتين (A) بنية ثنائية لفائف ملفوفة (B) ينضم اثنان من ثنائيات الملف الملفوف لتشكيل رباعي متداخلة (C) ، تبدأ الرباعية في الانضمام معًا (D) ، وتشكل في النهاية ورقة من ثمانية رباعي (E). ). ثم يتم لف الورقة المكونة من ثمانية رباعيات في لولب أعسر لتشكيل الفتيل الوسيط النهائي (E) ويظهر صورة مجهرية إلكترونية للخيوط الوسيطة في الزاوية اليسرى العليا.

الكولاجين

البروتين الليفي الكولاجين هو البروتين الأكثر وفرة في الثدييات ، حيث يشكل 25٪ إلى 35٪ من محتوى البروتين لكامل الجسم. يوجد في الغالب في الفضاء خارج الخلية داخل الأنسجة الضامة المختلفة في الجسم. يحتوي الكولاجين على هيكل رباعي فريد من ثلاثة خيوط بروتين ملفوفة معًا لتشكيل حلزون ثلاثي. يوجد في الغالب في الأنسجة الليفية مثل الأوتار والأربطة والجلد.

اعتمادًا على درجة التمعدن ، قد تكون أنسجة الكولاجين صلبة (عظم) أو متوافقة (وتر) أو متدرجة من صلب إلى متوافق (غضروف). كما أنه يتواجد بكثرة في القرنيات والأوعية الدموية والأمعاء والأقراص الفقرية وعاج الأسنان. في الأنسجة العضلية ، يعمل كمكون رئيسي في بطانة الرحم. يشكل الكولاجين 1 إلى 2٪ من أنسجة العضلات ويمثل 6٪ من وزن العضلات القوية والأوتار. الخلايا الليفية هي الخلية الأكثر شيوعًا التي تنتج الكولاجين. الجيلاتين ، الذي يستخدم في الأغذية والصناعة ، هو كولاجين تم تحلله بالماء بشكل لا رجعة فيه. بالإضافة إلى ذلك ، تستخدم مساحيق الكولاجين المتحللة جزئيًا وكاملًا كمكملات غذائية. للكولاجين استخدامات طبية عديدة في علاج مضاعفات الجلد والعظام.

الاسم الكولاجين يأتي من اليونانية (كولا) ، ومعنى & # 8220glue & # 8221 ، واللاحقة الجيل، للدلالة على & # 8220prising & # 8221. يشير هذا إلى المركب & # 8217s الاستخدام المبكر في عملية غليان جلد وأوتار الخيول والحيوانات الأخرى للحصول على الغراء.

أكثر من 90٪ من الكولاجين في جسم الإنسان من النوع الأول. ومع ذلك ، اعتبارًا من عام 2011 ، تم التعرف على 28 نوعًا من الكولاجين ووصفها وتقسيمها إلى عدة مجموعات وفقًا للبنية التي تشكلها. الأنواع الخمسة الأكثر شيوعًا هي:

  • النوع الأول: الجلد والأوتار والأوعية الدموية والأعضاء والعظام (المكون الرئيسي للجزء العضوي من العظام)
  • النوع الثاني: الغضروف (المكون الكولاجيني الرئيسي للغضروف)
  • النوع الثالث: شبكي (المكون الرئيسي للألياف الشبكية) ، يوجد عادة بجانب النوع الأول
  • النوع الرابع: يشكل الصفيحة القاعدية ، الطبقة التي تفرز الظهارة من الغشاء القاعدي
  • النوع الخامس: أسطح الخلايا والشعر والمشيمة

سنركز هنا على السمات الفريدة للكولاجين من النوع الأول. يحتوي الكولاجين من النوع الأول على تركيبة وتسلسل غير عادي من الأحماض الأمينية:

  • تم العثور على الجليسين في كل بقايا ثالثة تقريبًا.
  • يشكل البرولين حوالي 17٪ من الكولاجين.
  • يحتوي الكولاجين على اثنين من الأحماض الأمينية المشتقة غير الشائعة التي لا يتم إدخالها مباشرة أثناء الترجمة. تم العثور على هذه الأحماض الأمينية في مواقع محددة بالنسبة للجليسين ويتم تعديلها بعد متعدية بواسطة إنزيمات مختلفة ، وكلاهما يتطلب فيتامين C كعامل مساعد (الشكل 2.30).
    • هيدروكسي برولين مشتق من البرولين
    • هيدروكسي ليسين مشتق من ليسين & # 8211 اعتمادًا على نوع الكولاجين ، يتم معالجة أعداد مختلفة من الهيدروكسيليسين (معظمها يحتوي على سكريات مرتبطة).

    الشكل 2.30. هيدروكسيل البرولين والليسين أثناء التعديل اللاحق للترجمة للكولاجين من النوع الأول. إن الإنزيمات برولايل هيدروكسيلاز و ليسيل هيدروكسيلاز مطلوبة من أجل الهيدروكسيل لبقايا البرولين (أ) و ليسين (ب) ، على التوالي. (ملاحظة: بينما يظهر الموضع 3 أعلاه ، يمكن بدلاً من ذلك معالجة بقايا البرولايل بالهيدروكسيل في الموضع 4). تقوم إنزيمات الهيدروكسيلاز بتعديل بقايا الأحماض الأمينية بعد دمجها في البروتين كتعديل لاحق للترجمة وتتطلب فيتامين سي (أسكوربات) كعامل مساعد. (ج) يمكن أن يؤدي التعديل الإضافي لبقايا الهيدروكسيليزين عن طريق الارتباط بالجليكوزيل إلى دمج السكاريد (الجالاكتوز الجلوكوز) في الأكسجين الهيدروكسي.

    يتشكل معظم الكولاجين بطريقة مماثلة. يتم وصف عملية توليف الكولاجين من النوع الأول أدناه وتعرض تعقيد طي البروتين ومعالجته (الشكل 2.31).

    1. داخل الزنزانة
      1. يتم تكوين نوعين من سلاسل ألفا أثناء الترجمة على الريبوسومات على طول الشبكة الإندوبلازمية الخشنة (RER): سلاسل alpha-1 و alpha-2. تحتوي سلاسل الببتيد هذه (المعروفة باسم preprocollagen) على ببتيدات تسجيل على كل طرف وببتيد إشارة.
      2. يتم تحرير سلاسل البولي ببتيد في تجويف RER.
      3. يتم شق ببتيدات الإشارة داخل RER وتعرف السلاسل الآن باسم سلاسل pro-alpha.
      4. يحدث هيدروكسيل الأحماض الأمينية ليسين وبرولين داخل التجويف. تعتمد هذه العملية على حمض الأسكوربيك (فيتامين ج) كعامل مساعد.
      5. يحدث الارتباط بالجليكوزيل لبقايا هيدروكسي ليسين معينة.
      6. يتكون هيكل حلزوني ثلاثي ألفا داخل الشبكة الإندوبلازمية من سلسلتين alpha-1 وسلسلة alpha-2 واحدة.
      7. يتم شحن Procollagen إلى جهاز Golgi ، حيث يتم تعبئته وإفرازه عن طريق طرد الخلايا.
      1. يتم شق الببتيدات المسجلة ويتم تشكيل التروبوكولاجين بواسطة ببتيداز البروكولاجين.
      2. تشكل جزيئات التروبوكولاجين المتعددة أليافًا من الكولاجين ، عبر الارتباط التساهمي (تفاعل ألدول) بواسطة أوكسيديز ليسيل الذي يربط بين بقايا الهيدروكسي ليسين والليسين. تتكون ألياف الكولاجين المتعددة في ألياف الكولاجين.
      3. يمكن ربط الكولاجين بأغشية الخلايا عبر عدة أنواع من البروتين ، بما في ذلك الفبرونيكتين واللامينين والفيبولين والإنتيجرين.

      الشكل 2.31. تركيب الكولاجين من النوع الأول. يتم تصنيع سلاسل عديد الببتيد في الشبكة الإندوبلازمية ويتم إطلاقها في التجويف حيث يتم هيدروكسيلها وجليكوزيلاتها. يتم تشكيل اللولب الثلاثي procollagen ونقله من خلال جهاز golgi حيث تتم معالجته بشكل أكبر. يتم إفراز البروكولاجين في المصفوفة خارج الخلية حيث يتم شقها في التروبوكولاجين. يتجمع التروبوكولاجين في ليف كولاجين حيث يحدث التشابك والترابط الهيدروجينى لتكوين ألياف الكولاجين النهائية.

      يسبب نقص فيتامين سي الإسقربوط ، وهو مرض خطير ومؤلم يمنع فيه الكولاجين المعيب تكوين أنسجة ضامة قوية. تتدهور اللثة وتنزف مع فقدان الأسنان وتغير لون الجلد ولا تلتئم الجروح. قبل القرن الثامن عشر ، كانت هذه الحالة سيئة السمعة بين الحملات العسكرية طويلة الأمد ، ولا سيما البحرية ، والتي حُرم المشاركون خلالها من الأطعمة التي تحتوي على فيتامين سي.

      قد يهاجم أحد أمراض المناعة الذاتية مثل الذئبة الحمامية أو التهاب المفاصل الروماتويدي ألياف الكولاجين الصحية. يحفز الكورتيزول تحلل الكولاجين إلى أحماض أمينية ، مما يشير إلى أن الإجهاد يمكن أن يؤدي إلى تفاقم حالات المرض هذه.

      تفرز العديد من البكتيريا والفيروسات عوامل الضراوة ، مثل إنزيم كولاجيناز ، الذي يدمر الكولاجين أو يتعارض مع إنتاجه.

      العودة إلى الصدارة

      بروتينات كروية

      بروتينات كروية أو البروتينات الكرويةهي بروتينات كروية (& # 8220 تشبه الكرة & # 8221) وهي واحدة من أنواع البروتين الشائعة. البروتينات الكروية قابلة للذوبان في الماء إلى حد ما (تشكل الغرويات في الماء) ، على عكس البروتينات الليفية أو الغشائية. هناك فئات متعددة من البروتينات الكروية ، نظرًا لوجود العديد من البنى المختلفة التي يمكن أن تطوي إلى شكل كروي تقريبًا.

      المصطلح غلوبين يمكن أن تشير بشكل أكثر تحديدًا إلى البروتينات بما في ذلك طية الغلوبين. ال أضعاف غلوبين هي طية ثلاثية الأبعاد شائعة في البروتينات وتحدد عائلة البروتين الشبيهة بالجلوبين (الشكل 2.32). تتكون هذه الطية عادةً من ثمانية حلزونات ألفا ، على الرغم من أن بعض البروتينات لها امتدادات حلزونية إضافية عند أطرافها. تم العثور على طية الغلوبين في عائلات بروتين الغلوبين التي تحمل الاسم نفسه: الهيموغلوبين والميوغلوبين ، وكذلك في الفيكوسيانين. نظرًا لأن الميوغلوبين كان أول بروتين تم حل هيكله ، فإن طية الغلوبين كانت بالتالي أول طية بروتين تم اكتشافها. نظرًا لأن طية الغلوبين تحتوي على حلزونات فقط ، فإنها تصنف على أنها طية بروتين ألفا بالكامل.

      الشكل 2.32 طية Globin. (أ) مثال على طية الغلوبين ، بروتين الميوغلوبين الحامل للأكسجين (PBD ID 1MBA) من الرخويات Aplysia limacina. (ب) هيكل بروتين الهيموجلوبين الرباعي الذي يحتوي على ما مجموعه أربعة طيات غلوبين.

      مصطلح البروتين الكروي قديم جدًا (يرجع تاريخه على الأرجح إلى القرن التاسع عشر) وهو الآن قديم نوعًا ما نظرًا لمئات الآلاف من البروتينات ومفردات هيكلية وصفية وأكثر أناقة. يتم تحفيز البنية الكروية بواسطة البروتين والبنية الثلاثية للبروتين # 8217s. يرتبط الجزيء & # 8217s أحماض أمينية (كاره للماء) باتجاه الجزيء والداخلية # 8217 بينما ترتبط الأحماض الأمينية القطبية (المحبة للماء) للخارج ، مما يسمح بتفاعلات ثنائي القطب مع المذيب ، مما يفسر قابلية الذوبان للجزيء.

      على عكس البروتينات الليفية التي تلعب وظيفة هيكلية سائدة ، يمكن أن تعمل البروتينات الكروية على النحو التالي:

      • الإنزيمات ، عن طريق تحفيز التفاعلات العضوية التي تحدث في الكائن الحي في ظروف معتدلة وبخصوصية كبيرة. الأستراتس المختلفة تفي بهذا الدور.
      • الرسل ، عن طريق إرسال رسائل لتنظيم العمليات البيولوجية. يتم تنفيذ هذه الوظيفة عن طريق الهرمونات ، مثل الأنسولين وما إلى ذلك.
      • ناقلات الجزيئات الأخرى عبر الأغشية
      • مخزون الأحماض الأمينية.
      • يتم تنفيذ الأدوار التنظيمية أيضًا بواسطة البروتينات الكروية بدلاً من البروتينات الليفية.
      • البروتينات الهيكلية ، على سبيل المثال ، الأكتين والتوبولين ، وهي كروية وقابلة للذوبان كمونومرات ، ولكنها تتبلمر لتشكيل ألياف طويلة وصلبة

      العديد من البروتينات التي سيتم تفصيلها في فصول لاحقة ستندرج ضمن هذه الفئة من البروتينات.

      بروتينات الغشاء

      بروتينات الغشاءهي بروتينات تشكل جزءًا من أغشية بيولوجية أو تتفاعل معها. وهي تشمل: 1) بروتينات غشائية متكاملة ، والتي هي جزء من الغشاء أو مثبتة بشكل دائم فيه ، و 2) بروتينات الغشاء المحيطي ، والتي يتم ربطها مؤقتًا بالغشاء عبر بروتينات متكاملة أو طبقة ثنائية الدهون. تُصنف بروتينات الغشاء المتكاملة أيضًا على أنها بروتينات عبر الغشاء تمتد عبر الغشاء ، أو بروتينات أحادية متكاملة مرتبطة بجانب واحد فقط من الغشاء.

      بروتينات الغشاء ، مثل البروتينات الكروية القابلة للذوبان ، والبروتينات الليفية ، والبروتينات المضطربة ، شائعة. تعتبر بروتينات الغشاء ، رمزًا لأهميتها في الطب ، أهدافًا لأكثر من 50٪ من جميع الأدوية الطبية الحديثة. تشير التقديرات إلى أن 20-30٪ من جميع الجينات في معظم الجينومات تشفر بروتينات غشائية. مقارنة بفئات البروتينات الأخرى ، لا يزال تحديد هياكل البروتين الغشائي يمثل تحديًا في جزء كبير منه بسبب صعوبة إنشاء ظروف تجريبية يمكنها الحفاظ على التشكل الصحيح للبروتين بمعزل عن بيئته الأصلية (الشكل 2.33).

      تؤدي بروتينات الغشاء مجموعة متنوعة من الوظائف الحيوية لبقاء الكائنات الحية:

      • تقوم بروتينات مستقبلات الغشاء بترحيل الإشارات بين البيئات الداخلية والخارجية للخلية.
      • تنقل بروتينات النقل الجزيئات والأيونات عبر الغشاء. يمكن تصنيفها وفقًا لقاعدة بيانات تصنيف الناقل.
      • قد يكون للأنزيمات الغشائية العديد من الأنشطة ، مثل أوكسيريدوكتاز أو ترانسفيراز أو هيدرولاز.
      • تسمح جزيئات التصاق الخلايا للخلايا بتحديد بعضها البعض والتفاعل. على سبيل المثال ، البروتينات المشاركة في الاستجابة المناعية.

      الشكل 2.33 تمثيل تخطيطي لبروتينات الغشاء. 1. غشاء وحيد α-helix (بروتين غشائي بيتوبي) 2. بروتين α-helical عبر الغشاء متعدد النسق 3. بروتين β-sheet عبر غشاء متعدد التنظير. يتم تمثيل الغشاء باللون البني الفاتح.

      بروتينات غشاء لا يتجزأ ترتبط بشكل دائم بالغشاء. يمكن فصل هذه البروتينات عن الأغشية البيولوجية فقط باستخدام المنظفات ، أو المذيبات غير القطبية ، أو في بعض الأحيان عوامل تغيير الطبيعة. يمكن تصنيفها وفقًا لعلاقتها بالطبقة الثنائية:

      • بروتينات متعددة النسق لا يتجزأهي بروتينات عبر الغشاء تمتد عبر الغشاء أكثر من مرة. قد يكون لهذه البروتينات طوبولوجيا غشائية مختلفة. تحتوي هذه البروتينات على معمارتين هيكليتين:
        • بروتينات الحزمة الحلزونية الموجودة في جميع أنواع الأغشية البيولوجية
        • بروتينات بيتا برميل ، والتي توجد فقط في الأغشية الخارجية للبكتيريا سالبة الجرام ، والأغشية الخارجية للميتوكوندريا والبلاستيدات الخضراء.

        الشكل 2.34 تمثيل تخطيطي لأنواع مختلفة من التفاعل بين بروتينات الغشاء الأحادية وغشاء الخلية. 1. التفاعل بواسطة حلزون α amphipathic موازٍ لمستوى الغشاء (حلزون غشاء داخل الطائرة) 2. تفاعل بواسطة حلقة كارهة للماء 3. تفاعل بواسطة دهون غشائية مرتبطة تساهميًا (دهون) 4. التفاعلات الأيونية أو الكهروستاتيكية مع الدهون الغشائية.

        ترتبط بروتينات الغشاء المحيطي مؤقتًا إما بطبقة ثنائية الدهون أو ببروتينات متكاملة عن طريق مزيج من التفاعلات الكارهة للماء والكهرباء الساكنة والتفاعلات غير التساهمية الأخرى. تنفصل البروتينات المحيطية بعد العلاج باستخدام كاشف قطبي ، مثل محلول بدرجة حموضة مرتفعة أو تركيزات ملح عالية.

        قد يتم تعديل البروتينات المتكاملة والطرفية لاحقًا ، مع إضافة الأحماض الدهنية ، أو سلاسل دياسيل جلسرين أو برينيل ، أو GPI (جليكوسيل فوسفاتيديلينوسيتول) ، والتي قد تكون مثبتة في طبقة الدهون الثنائية.

        البروتينات المضطربة

        ان بروتين مضطرب جوهريا (IDP) هو بروتين يفتقر إلى بنية ثلاثية الأبعاد ثابتة أو مرتبة (الشكل 2.35). يغطي الأشخاص النازحون داخليًا مجموعة من الحالات من غير منظم تمامًا إلى منظم جزئيًا ويتضمن ملفات عشوائية وكريات (قبل) منصهرة وبروتينات كبيرة متعددة المجالات متصلة بواسطة روابط مرنة. وهي تشكل أحد الأنواع الرئيسية للبروتين (إلى جانب البروتينات الكروية والليفية والغشائية).

        الشكل 2.35 المرونة المطابقة في بروتين سومو -1 (PDB: 1a5r). يُظهر الجزء المركزي هيكلًا منظمًا نسبيًا. على العكس من ذلك ، تظهر المناطق الطرفية N و C (يسارًا ويمينًا ، على التوالي) "اضطرابًا جوهريًا" ، على الرغم من استمرار وجود منطقة حلزونية قصيرة في الذيل الطرفي N. تم تحويل عشرة نماذج بديلة للرنين المغناطيسي النووي. عناصر البنية الثانوية: α-helices (أحمر) ، β-strands (أسهم زرقاء).

        لقد تحدى اكتشاف الأشخاص النازحين داخليًا نموذج بنية البروتين التقليدي ، حيث تعتمد وظيفة البروتين على بنية ثابتة ثلاثية الأبعاد. تم تحدي هذه العقيدة على مدار العشرين عامًا الماضية من خلال زيادة الأدلة من مختلف فروع البيولوجيا الهيكلية ، مما يشير إلى أن ديناميكيات البروتين قد تكون ذات صلة كبيرة بمثل هذه الأنظمة. على الرغم من افتقارهم إلى بنية مستقرة ، فإن الأشخاص النازحين داخليًا هم فئة كبيرة جدًا ومهمة من الناحية الوظيفية من البروتينات. في بعض الحالات ، يمكن للنازحين تبني بنية ثابتة ثلاثية الأبعاد بعد الارتباط بجزيئات كبيرة أخرى. بشكل عام ، يختلف الأشخاص النازحون داخليًا عن البروتينات المهيكلة من نواح كثيرة ويميلون إلى امتلاك خصائص مميزة من حيث الوظيفة والهيكل والتسلسل والتفاعلات والتطور والتنظيم.

        في ثلاثينيات وخمسينيات القرن الماضي ، تم حل الهياكل البروتينية الأولى عن طريق علم البلورات البروتيني. اقترحت هذه الهياكل المبكرة أن بنية ثابتة ثلاثية الأبعاد قد تكون مطلوبة بشكل عام للتوسط في الوظائف البيولوجية للبروتينات. عند التأكيد على أن البروتينات لها تكوين واحد محدد بشكل فريد ، لم يدرك Mirsky و Pauling أن عمل Fisher & # 8217s كان سيدعم أطروحتهم من خلال نموذج & # 8216Lock و Key & # 8217 (1894). عززت هذه المنشورات العقيدة المركزية للبيولوجيا الجزيئية في أن التسلسل يحدد البنية التي بدورها تحدد وظيفة البروتينات. في عام 1950 ، كتب كاروش عن & # 8216 التكيف التكويني & # 8217 يتناقض مع جميع الافتراضات والبحوث في القرن التاسع عشر. كان مقتنعًا بأن البروتينات لها أكثر من تكوين واحد على نفس مستوى الطاقة ويمكنها اختيار واحد عند الارتباط بركائز أخرى. في الستينيات من القرن الماضي ، اقترحت مفارقة Levinthal & # 8217s أن البحث المطابق المنهجي لعديد ببتيد طويل من غير المرجح أن ينتج عنه بنية بروتين مطوية واحدة على نطاقات زمنية ذات صلة بيولوجيًا (أي من ثوانٍ إلى دقائق). من الغريب أنه بالنسبة للعديد من البروتينات (الصغيرة) أو مجالات البروتين ، يمكن ملاحظة إعادة التشكيل السريع والفعال نسبيًا في المختبر. كما هو مذكور في Anfinsen & # 8217s Dogma من عام 1973 ، فإن البنية ثلاثية الأبعاد الثابتة لهذه البروتينات مشفرة بشكل فريد في هيكلها الأساسي (تسلسل الأحماض الأمينية) ، ويمكن الوصول إليها من الناحية الحركية ومستقرة في ظل مجموعة من الظروف الفسيولوجية (القريبة) ، وبالتالي يمكن أن تكون تعتبر الحالة الأصلية لهذه البروتينات & # 8220 مرتبة & # 8221.

        ومع ذلك ، خلال العقود اللاحقة ، لا يمكن تعيين العديد من مناطق البروتين الكبيرة في مجموعات بيانات الأشعة السينية ، مما يشير إلى أنها تشغل مواقع متعددة ، والتي تتعدى المتوسط ​​في خرائط كثافة الإلكترون. يشير عدم وجود مواضع ثابتة وفريدة من نوعها بالنسبة للشبكة البلورية إلى أن هذه المناطق كانت & # 8220 معطلة & # 8221. أظهر التحليل الطيفي بالرنين المغناطيسي النووي للبروتينات أيضًا وجود روابط وأطراف مرنة كبيرة في العديد من المجموعات الهيكلية التي تم حلها. من المقبول الآن بشكل عام أن البروتينات توجد كمجموعة من الهياكل المتشابهة مع بعض المناطق المقيدة أكثر من غيرها. البروتينات غير المنظمة جوهريًا (IUPs)يشغلون الطرف الأقصى من هذا الطيف من المرونة ، في حين أن الأشخاص النازحين داخليا يشملون أيضًا بروتينات ذات ميل كبير للهيكل المحلي أو مجموعات مرنة متعددة المجالات. تم ربط هذه المناطق المضطربة عالية الديناميكية من البروتينات لاحقًا بظواهر مهمة وظيفيًا مثل التنظيم الخيفي وتحفيز الإنزيم.

        العديد من البروتينات المضطربة لها ألفة ملزمة مع مستقبلاتها التي ينظمها التعديل اللاحق للترجمة ، وبالتالي فقد تم اقتراح أن مرونة البروتينات المضطربة تسهل المتطلبات التوافقية المختلفة لربط الإنزيمات المعدلة وكذلك مستقبلاتها. يتم إثراء الاضطراب الداخلي بشكل خاص في البروتينات المتورطة في وظائف إشارات الخلايا والنسخ وإعادة تشكيل الكروماتين.

        روابط مرنة

        غالبًا ما يتم العثور على المناطق المضطربة كروابط مرنة أو حلقات متصلة بالمجالات. تختلف سلاسل الوصلات اختلافًا كبيرًا في الطول ولكنها عادةً ما تكون غنية بالأحماض الأمينية القطبية غير المشحونة. تسمح الروابط المرنة لمجالات الاتصال بالالتواء والتدوير بحرية لتجنيد شركائها الملزمين عبر ديناميكيات مجال البروتين. كما أنها تسمح لشركائها الملزمين بإحداث تغييرات توافقية واسعة النطاق عن طريق التماثل بعيد المدى.

        الزخارف الخطية

        الأشكال الخطية عبارة عن شرائح قصيرة غير مرتبة من البروتينات التي تتوسط التفاعلات الوظيفية مع البروتينات الأخرى أو الجزيئات الحيوية الأخرى (RNA ، DNA ، السكريات وما إلى ذلك). ترتبط العديد من أدوار الأشكال الخطية بتنظيم الخلية ، على سبيل المثال في التحكم في شكل الخلية ، والتوطين دون الخلوي للبروتينات الفردية وتنظيم دوران البروتين. في كثير من الأحيان ، تعمل التعديلات اللاحقة للترجمة مثل الفسفرة على ضبط التقارب (ليس نادرًا بعدة أوامر من حيث الحجم) للزخارف الخطية الفردية لتفاعلات محددة. على عكس البروتينات الكروية ، لا يمتلك النازحون جيوبًا نشطة مكانية. ومع ذلك ، في 80٪ من النازحين (

        3 عشرات) تخضع لتوصيف هيكلي مفصل بواسطة الرنين المغناطيسي النووي ، وهناك أشكال خطية تسمى PreSMos (زخارف منظمة مسبقًا) وهي عناصر هيكلية ثانوية عابرة معدة للتعرف على الهدف. في العديد من الحالات ، تم إثبات أن هذه الهياكل العابرة تصبح هياكل ثانوية كاملة ومستقرة ، على سبيل المثال ، الحلزونات ، عند ربط الهدف. ومن ثم ، فإن PreSMos هي المواقع النشطة المفترضة في النازحين.

        تقرن الطي والتجليد

        يخضع العديد من البروتينات غير المنظمة لانتقالات إلى حالات أكثر تنظيمًا عند الارتباط بأهدافها. قد يكون الطي والربط المقترن محليًا ، بما في ذلك عدد قليل من البقايا المتفاعلة ، أو قد يشتمل على مجال بروتين كامل. لقد تبين مؤخرًا أن الطي والربط المقترنين يسمحان بدفن مساحة كبيرة من السطح والتي لن تكون ممكنة إلا للبروتينات المنظمة بالكامل إذا كانت أكبر بكثير. علاوة على ذلك ، قد تعمل بعض المناطق المضطربة كمفاتيح جزيئية & # 8220 & # 8221 في تنظيم وظيفة بيولوجية معينة عن طريق التبديل إلى التشكل المطلوب عند التعرف الجزيئي مثل ربط الجزيئات الصغيرة ، وربط الحمض النووي الريبي / الحمض النووي الريبي ، والتفاعلات الأيونية.

        اضطراب في الحالة المقيدة (مجمعات ضبابية)

        يمكن للبروتينات المضطربة جوهريًا أن تحتفظ بحرية تكوينها حتى عندما ترتبط على وجه التحديد ببروتينات أخرى. يمكن أن يكون الاضطراب البنيوي في الحالة المقيدة ثابتًا أو ديناميكيًا. في مجمعات غامضةالتعددية الهيكلية مطلوبة للوظيفة والتلاعب في المنطقة المضطربة المرتبطة يغير النشاط. يتم تعديل المجموعة المطابقة للمجمع من خلال تعديلات ما بعد الترجمة أو تفاعلات البروتين. غالبًا ما تعتمد خصوصية بروتينات ربط الحمض النووي على طول المناطق الضبابية ، والتي تتنوع من خلال التضفير البديل. تتكيف البروتينات المضطربة جوهريًا مع العديد من الهياكل المختلفة في الجسم الحي وفقًا لظروف الخلية & # 8217s ، يتم إنشاء مجموعة هيكلية أو توافقية.

        لذلك ، ترتبط هياكلها بقوة بالوظيفة. ومع ذلك ، هناك عدد قليل فقط من البروتينات التي تكون مضطربة تمامًا في حالتها الأصلية. تم العثور على الاضطراب في الغالب في المناطق المضطربة جوهريًا (IDRs) داخل بروتين جيد التنظيم. وبالتالي ، فإن مصطلح البروتين المضطرب جوهريًا (IDP) يشمل البروتينات التي تحتوي على IDRs بالإضافة إلى البروتينات المضطربة تمامًا.

        يتم ترميز وجود ونوع اضطراب البروتين في تسلسل الأحماض الأمينية. بشكل عام ، يتسم الأشخاص النازحون داخليًا بمحتوى منخفض من الأحماض الأمينية الكارهة للماء ونسبة عالية من الأحماض الأمينية القطبية والمشحونة ، والتي يشار إليها عادةً على أنها منخفضة الكراهية للماء. هذه الخاصية تؤدي إلى تفاعلات جيدة مع الماء. علاوة على ذلك ، تؤدي الشحنات الصافية العالية إلى حدوث اضطراب بسبب التنافر الكهروستاتيكي الناتج عن بقايا مشحونة بشكل متساوٍ. وبالتالي لا يمكن للتسلسلات المضطربة دفن نواة كارهة للماء بشكل كافٍ لتتحول إلى بروتينات كروية مستقرة. في بعض الحالات ، توفر المجموعات الكارهة للماء في التسلسلات المضطربة أدلة لتحديد المناطق التي تخضع للطي والترابط المقترنين (راجع الأدوار البيولوجية).

        تكشف العديد من البروتينات المضطربة عن مناطق بدون أي بنية ثانوية منتظمة يمكن وصف هذه المناطق بأنها مرنة ، مقارنة بالحلقات المنظمة. في حين أن الأخيرة جامدة وتحتوي على مجموعة واحدة فقط من زوايا راماشاندران ، فإن الأشخاص النازحين داخليًا يشملون مجموعات متعددة من الزوايا. يستخدم مصطلح المرونة أيضًا للبروتينات جيدة التنظيم ، ولكنه يصف ظاهرة مختلفة في سياق البروتينات المضطربة. ترتبط المرونة في البروتينات المنظمة بحالة التوازن ، في حين أنها ليست كذلك في الأشخاص النازحين داخليًا. تكشف العديد من البروتينات المضطربة أيضًا عن تسلسلات منخفضة التعقيد ، أي متواليات ذات تمثيل زائد لبضعة بقايا. في حين أن التسلسلات منخفضة التعقيد هي مؤشر قوي على الاضطراب ، فإن العكس ليس صحيحًا بالضرورة ، أي أنه ليس كل البروتينات المضطربة لها تسلسلات منخفضة التعقيد. البروتينات المضطربة لها محتوى منخفض من البنية الثانوية المتوقعة.

        العودة إلى الصدارة

        2.6 طي البروتين ، التمسخ والتحلل المائي

        البروتين للطي هي العملية الفيزيائية التي تكتسب من خلالها سلسلة البروتين هيكلها الأصلي ثلاثي الأبعاد ، وهو شكل عادة ما يكون وظيفيًا بيولوجيًا ، بطريقة سريعة وقابلة للتكرار (الشكل 2.36). إنها العملية الفيزيائية التي يتم من خلالها طي البولي ببتيد في هيكله ثلاثي الأبعاد المميز والوظيفي من الملف العشوائي. يوجد كل بروتين على شكل بولي ببتيد غير مطوي أو ملف عشوائي عند ترجمته من سلسلة من الرنا المرسال إلى سلسلة خطية من الأحماض الأمينية. يفتقر هذا البولي ببتيد إلى أي بنية ثلاثية الأبعاد مستقرة (طويلة الأمد) (الجانب الأيسر من الشكل الأول). عندما يتم تصنيع سلسلة البولي ببتيد بواسطة الريبوسوم ، تبدأ السلسلة الخطية في الانثناء إلى هيكلها ثلاثي الأبعاد. يبدأ الطي في الحدوث حتى أثناء ترجمة سلسلة البولي ببتيد. تتفاعل الأحماض الأمينية مع بعضها البعض لإنتاج بنية ثلاثية الأبعاد واضحة المعالم ، البروتين المطوي (الجانب الأيمن من الشكل) ، والمعروف بالحالة الأصلية. يتم تحديد البنية ثلاثية الأبعاد الناتجة عن طريق تسلسل الأحماض الأمينية أو البنية الأولية (عقيدة Anfinsen & # 8217s).

        الشكل 2.36 البروتين قبل وبعد الطي

        يعد الهيكل الصحيح ثلاثي الأبعاد ضروريًا للعمل ، على الرغم من أن بعض أجزاء البروتينات الوظيفية قد تظل مكشوفة أو كما في حالة الأشخاص النازحين داخليًا تظل مرنة ، لذا فإن ديناميكيات البروتين مهمة. ينتج عن الفشل في الانطواء في البنية الأصلية بشكل عام بروتينات غير نشطة ، ولكن في بعض الحالات يكون للبروتينات المشوهة وظائف معدلة أو سامة. يُعتقد أن العديد من الأمراض التنكسية العصبية وغيرها من الأمراض ناتجة عن تراكم البروتينات المشوهة ، مثل ألياف الأميلويد الموجودة في مرضى الزهايمر.

        الطي هو عملية عفوية تسترشد بشكل أساسي بالتفاعلات الكارهة للماء ، وتشكيل روابط هيدروجين داخل الجزيئية ، وقوى فان دير فال ، ويعارضها الانتروبيا التوافقية. غالبًا ما تبدأ عملية الطي بشكل مشترك ، بحيث يبدأ الطرف N للبروتين في الانطواء بينما لا يزال يتم تصنيع الجزء الطرفي C من البروتين بواسطة الريبوسوم ، ومع ذلك ، قد ينثني جزيء البروتين تلقائيًا أثناء أو بعد التخليق الحيوي . في حين يمكن اعتبار هذه الجزيئات الكبيرة & # 8220 تطوي نفسها & # 8221 ، تعتمد العملية أيضًا على المذيب (الماء أو طبقة ثنائية الدهون) ، وتركيز الأملاح ، ودرجة الحموضة ، ودرجة الحرارة ، والوجود المحتمل للعوامل المساعدة والمرافق الجزيئية. سيكون للبروتينات قيود على قدراتها القابلة للطي من خلال زوايا الانحناء المقيدة أو المطابقة الممكنة ، كما هو موضح في مؤامرة راماشاندران.

        الشكل 2.37 انهيار كاره للماء. في الطية المدمجة (إلى اليمين) ، تنهار الأحماض الأمينية الكارهة للماء (كما هو موضح في الكرات السوداء) باتجاه المركز لتصبح محمية من البيئة المائية.


        2. الاختلافات بين التحليل الطيفي للقرص المضغوط للبروتينات الذائبة والغشاء

        2.1 تأثيرات خصائص الطيات لبروتينات الغشاء على الخواص الطيفية

        رسم بياني 1 أطياف ثنائية اللون دائرية نموذجية لبروتينات الغشاء المكونة من أنواع هيكلية ثانوية مختلفة: حزمة ألفا حلزونية في الغالب مضادة للتوازي (أحمر: مسام قناة الصوديوم 48) في الغالب بيتا برميل (أزرق: BTUB الغشاء الخارجي ناقل الكوبالامين 23) ، حلزوني مختلط ، ورقة بيتا و هيكل غير منظم (أخضر: WZA translocon للسكريات المحفظة 23). تتوافق أطياف القرص المضغوط مع PCDDB 47 IDs CD0004012000 ، CD0000102000 ، CD0000128000 ، على التوالي. أقحم هو الهياكل البلورية (معرفات PDB 4F4L و 1NQE و 2J58 ، على التوالي) لهذه البروتينات الموضحة في نفس نظام الألوان.

        2.2 تأثيرات الخصائص البيئية والفيزيائية لبروتينات الغشاء على الخواص الطيفية

        ثابت العزل الكهربائي (∼1–2) للنواة الكارهة للماء من مذيلة المنظف أو طبقة ثنائية الفوسفوليبيد التي يدخل فيها البروتين الغشائي أقل بكثير من تلك الموجودة في الماء (80). هذا يمكن أن يسبب كلاً من تحولات صبغية اللون ونقص اللون في طيف القرص المضغوط للبروتينات المقاسة في هذه البيئات مقارنة بأطياف البروتينات المكونة من هياكل ثانوية مماثلة ولكنها موجودة في محلول مائي. 19،20 يعتمد مدى وطبيعة التحول على الانتقال الإلكتروني الذي يتم فحصه في الببتيد ، وعلى الموقع النسبي لرابطة الببتيد فيما يتعلق ببيئة الغشاء. يرتبط اتجاه ومقدار التحولات في النهاية بالتغيرات في فجوة الطاقة بين الأرض والحالات المثارة للتحولات ، ويمكن أن تختلف مواضع الذروة بشكل كبير بين نفس النوع من البنية الثانوية في المحلول المائي والأغشية. 21 نظرًا لأن التحولات n → π * و π → π * تتأثر بشكل تفاضلي (الشكل 2) ، فإن اعتماد الطول الموجي على عازل المذيب غير خطي وبالتالي لا يمكن تصحيحه ببساطة عن طريق إزاحة الطيف بأكمله. يمكن أن يكون لمثل هذه التحولات في مواضع الذروة تأثيرات كبيرة على تحليلات البنية الثانوية ، وتميل إلى إنتاج نتائج غير دقيقة عند استخدام طرق deconvolution القياسية مع مجموعات البيانات المرجعية الشائعة الاستخدام والمشتقة من البروتينات القابلة للذوبان. 21

        الصورة 2 عرض توضيحي للتحولات الطيفية التي لوحظت لكل من التحولات الإلكترونية المختلفة في أطياف البروتين الغشائي مقارنة بتلك الموجودة في أطياف البروتين القابل للذوبان. تم اختيار بروتينات الغشاء (الأطياف السوداء) والبروتينات القابلة للذوبان (الأطياف الرمادية) لتتوافق مع الهياكل الثانوية في كل حالة. 21 اليسار: بروتينات حلزونية في الغالب. اليمين: بروتينات صفائح بيتا في الغالب. في كلا المثالين ، تشير الأسهم إلى مواضع الذروة (باللونين الأسود والرمادي ، على التوالي) للغشاء والبروتينات القابلة للذوبان. وتجدر الإشارة إلى أن القمم ليست كلها تتحرك في نفس الاتجاه ، ولا إلى نفس المدى.
        تين. 3 رسم بياني يوضح طبيعة ظاهرة تشتت الضوء. أنا 0 هو الضوء الساقط على عينة التشتت (الدوائر الحمراء تمثل جزيئات الغشاء). أنا ر هو الضوء المرسل الذي يصطدم بالكاشف ويستخدم لقياس الضوء الذي تمتصه العينة. أنا س هو ضوء منتشر في اتجاه لا يتقاطع مع الكاشف ، ويساهم في امتصاص الضوء الإضافي "الظاهر" (وليس الفعلي). θ هي زاوية قبول الكاشف وتصف زاوية الضوء المتناثر الذي يصطدم بالكاشف.
        الشكل 4 تأثيرات تشتت الضوء في أطياف القرص المضغوط: 14،15 تأثيرًا لتغيير زاوية قبول الكاشف (θ). يسار: عينة (جرثومي في مذيلات جلوكوزيد الأوكتيل) التي لا تظهر نثرًا ، مقاسة بقيمتين مختلفتين (درجتان: خط متقطع و 90 درجة: خط صلب). يمكن ملاحظة أن الأطياف متطابقة بشكل أساسي. على اليمين: عينة (بكتريورودوبسين في أغشية أرجوانية) تظهر نثر (درجتان: خط متقطع و 90 درجة: خط متصل). في هذه الحالة ، تختلف الأطياف اختلافًا كبيرًا ، سواء من حيث الأقدار أو مواضع الذروة لطول الموجة الأقصى / الحد الأدنى.

        تتضمن أبسط الطرق تقليل حجم الجسيمات بحيث تكون أصغر بكثير (∼1 / 10) من الأطوال الموجية لضوء الأشعة فوق البنفسجية المستخدم في التحقيق. 14 معظم مذيلات المنظف صغيرة جدًا بحيث لا تظهر تشتتًا كبيرًا في منطقة الأشعة فوق البنفسجية البعيدة من الطيف. ومع ذلك ، قد يكون هناك بعض القلق بشأن اختلاف تكوين البروتين في بيئة ميسيلار عن تلك الموجودة في الغشاء بسبب قيود التعبئة التي يفرضها الحجم النسبي والشكل والشحنة لمجموعات رأس المنظف وطول وتركيب المادة. مجموعات الذيل كارهة للماء. 25 ومن ثم ، في حين أن أبعاد المذيلات قد تكون مثالية للقضاء على التشتت ، فإن خصائصها الفيزيائية مثل هندستها قد يكون لها تأثير ضار على بنية البروتين. علاوة على ذلك ، لا يمكن تقييم وظائف العديد من أنواع بروتينات الغشاء (مثل القنوات الأيونية) في المذيلات ، لذلك لا توجد طريقة لضمان عدم اضطراب هيكلها.

        تميل الحويصلات الصغيرة أحادية الطبقة (SUVs) 14،15،26 (قطر ∼25 نانومتر) أيضًا إلى إنتاج القليل من التشتت في منطقة الأشعة فوق البنفسجية البعيدة ، وتوفر حلًا آخر. يمكن إنتاج مثل هذه العينات بوسائل ميكانيكية مثل الصوتنة أو البثق ، ولكن في الحويصلات الصغيرة جدًا قد يتشوه هيكل البروتين بعملية إنتاج الحويصلات أو بسبب انحناء الأغشية. بدلاً من ذلك ، يمكن فحص البروتين في bicelles ، أو nanodiscs ، والتي يمكن أن يكون لها أيضًا أبعاد صغيرة بالنسبة للطول الموجي للضوء المستخدم في دراسات القرص المضغوط. مرة أخرى ، ومع ذلك ، قد تكون هناك مشكلات مرتبطة بسلامة البروتين في مثل هذه البيئات ، ولأن الأسطح داخل الخلايا وخارجها ليست في حجرات منفصلة ، فإن بعض البروتينات مثل القنوات لا يمكن أيضًا تقييمها وظيفيًا في هذه الأنواع من العينات.

        بدلاً من ذلك ، تم اقتراح أن تأثيرات التشتت قد لا تمنع جميع القياسات في الحويصلات أحادية الطبقة الدهنية الكبيرة (LUVs) ، وهو استنتاج يعتمد إلى حد كبير على مقارنات البروتين القابل للذوبان في وجود وغياب الحويصلات الدهنية. 27 ومع ذلك ، في عينات الاختبار ، 27 لم تكن جسيمات التشتت (LUVs) هي نفسها غير متجانسة ، ولم تكن الكائنات اللولبية (البروتينات) مبعثرة ، مما يعني أن التشتت سيكون غير حلزوني ، ولن يؤثر بشكل طبيعي على شكل القرص المضغوط نطاق. 15 ومن ثم قد لا يكون هذا اختبارًا مناسبًا تمامًا لبروتين غشاء مراوان في حويصلة دهنية متناثرة. ومع ذلك ، فإن استنتاجاتهم 27 أن أطياف البروتين CD التي تم الحصول عليها في وجود LUVs يمكن استخدامها إذا كانت البيانات مقتصرة على أطوال موجية أعلى من 200 (أو 215 نانومتر ، اعتمادًا على حجم LUVs) قد توفر خيارًا آخر لتجنب تأثيرات الضوء تشتت. ومع ذلك ، من الجدير بالذكر أن جميع خوارزميات تحليل البنية الثانوية تقريبًا تتطلب توافر البيانات حتى 190 نانومتر على الأقل (نظرًا لعدد المتجهات الذاتية للمعلومات الموجودة) 28،29 لذا فإن التحليلات الكمية في LUVs لن تكون دقيقة ، ولكن قد تكون كذلك مفيد في الفحص النوعي للاختلافات الكبيرة في البيئات الشبيهة بالأصالة.

        يتمثل الحل المادي البسيط لمشكلة التشتت في تحديد موقع العينة في أقرب مكان ممكن من كاشف الجهاز بحيث يمكن التقاط الضوء المنتشر بزوايا كبيرة نسبيًا ، مما يلغي التأثير الواضح على الطيف. يتم تحديد هندسة زاوية قبول الكاشف (θ) في الشكل 3. تحتوي أدوات القرص المضغوط التجارية المختلفة على زوايا افتراضية مختلفة ، ولكن يمكن تعديل معظمها لتمكين قيم كبيرة من θ عن طريق تحريك العينة (أو الكاشف) بحيث تكون خلية العينة بجوار وجه الكاشف. تحتوي معظم خطوط الأشعة SRCD على هذا النوع من الهندسة كإعداد افتراضي. تعتمد فعالية هذا الإجراء على هندسة كائن الانتثار ، مع المجالات الفارغة والمملوءة والخيوط والأقراص التي تنتج ملفات تعريف تشتت ثلاثية الأبعاد مختلفة تمامًا. ومع ذلك ، بالنسبة إلى "الكرات الفارغة" مثل الحويصلات الدهنية ، يكون الانتثار عمومًا في حدود 90 درجة من الاتجاه الأمامي ، 14 وهي زاوية يمكن تحقيقها عادةً من خلال الوضع المناسب للخلية والكاشف.

        تعتبر هندسة خلية العينة من القضايا العملية التي يجب مراعاتها عند تحريك الكاشف لتجنب التشتت المقاس من العينة. يجب أن يصل كل الضوء المبعثر من زاوية معينة إلى الكاشف وألا يُقابل بالحواف الجانبية لخلية العينة. وهذا يتطلب بالتالي استخدام خلايا دائرية بدلاً من خلايا مستطيلة ، حيث تتقاطع جوانب هذه الأخيرة مع بعض الضوء المنتشر في الاتجاهات الأمامية.

        الشكل 5 رسم بياني يوضح طبيعة ظاهرة امتصاص التسطيح. تصور اللوحة العلوية عينة متناحرة ، بينما يصور الجزء السفلي عينة غشاء. تمثل الدوائر الصغيرة البروتينات ، بينما تمثل الدوائر الكبيرة جزيئات الغشاء. تي هو طول مسار الخلية ، أنا 0 هو الضوء الساقط على كل عينة. أنا أنا هو الضوء المرسل بواسطة العينة الخواص ، بينما أنا م هو الضوء المرسل لعينة الغشاء. أنا م/ أنا أنا = q (معامل التسطيح). في حدود بروتين واحد لكل غشاء ، q = 1.
        الشكل 6 الأطياف التي تصور تأثيرات الامتصاص المسطح على أطياف بروتين الغشاء ، بكتيريورودوبسين ، الذي له بنية ثانوية حلزونية في المقام الأول. 14 شظايا غشائية أرجوانية (جزيئات كبيرة ذات نسب منخفضة من الدهون إلى البروتين ، خط منقط) حيث يكون التسطيح كبيرًا ، وحويصلات صغيرة أحادية الطبقة (SUVs) (مع نسب عالية من الدهون إلى البروتين ، والخط الصلب) حيث يكون التسطيح ضئيلًا. تتم مقارنة هذه مع الطيف المحسوب من التركيب البلوري للبروتين (الخط المتقطع) ، والذي يتوافق مع الطيف "غير المسطح". من الواضح أنه يطابق طيف سيارات الدفع الرباعي ، ولكن ليس طيف شظايا الغشاء.

        كمية التسطيح تتناسب مع مدى عدم انتظام العينة. سيكون هذا أقل إشكالية إذا كان التأثير منتظمًا عبر نطاق الطول الموجي للطيف ، حيث يمكن ببساطة تعويضه بواسطة عامل قياس. ومع ذلك ، ليس هذا هو الحال لأن الامتصاص (وبالتالي التسطيح) هو دالة لمعامل الانقراض للعينة عند طول موجة معين. وبالتالي ، لن يتم تسطيح الطيف بشكل موحد في جميع الأطوال الموجية. في عينة نشطة بصريًا ، تختلف معاملات الانقراض عند طول موجي معين للضوء المستقطب الدائري الأيسر (CPL) واليمين CPL. نتيجة لذلك ، فإن قمم القرص المضغوط لا تنخفض فقط فيما يتعلق بالعينات بتركيزات منخفضة ، ولكن يتم تشويهها أيضًا بسبب هذا التأثير التفاضلي. سيكون التسطيح التفاضلي أكثر وضوحًا لقمم القرص المضغوط ذات معاملات الانقراض الأعلى (في معظم الحالات ، يكون هذا انتقال الإلكترون عند ∼190 نانومتر). ببساطة ، كلما زاد الامتصاص ، زاد التسطيح ، وبالتالي لا يتم تقليل الحجم الطيفي الإجمالي فحسب ، بل يتم تقليل حجم القمم المختلفة أيضًا بكميات مختلفة ، وبالتالي تشويه شكل الطيف. سيعتمد مدى التسطيح أيضًا على التركيز النسبي للبروتينات في الجسيمات ، مع تركيزات أعلى تنتج المزيد من التسطيح ، وكذلك على هندسة الجسيمات. 31

        مثال صارخ هو الغشاء الأرجواني الذي يحتوي على بروتين غشاء بكتيريورودوبسين ، 10،30،31 حيث البروتينات معبأة بشكل وثيق في بلورات ثنائية الأبعاد. بالنسبة لمحلول جزيئات البكتيرية المعزولة ، فإن طيف بكتريورودوبسين في الأغشية الأرجواني ليس فقط أصغر بكثير ، ولكن القمم الأكثر كثافة عند ∼190 و 208 نانومتر تكون منخفضة بشكل كبير بالنسبة للذروة الأقل امتصاصًا بشكل مكثف عند ∼222 نانومتر. عند مقارنتها بعينة مشتتة من البروتين في سيارات الدفع الرباعي ، أو الطيف المحسوب مرة أخرى من البنية البلورية ، يختلف طيف بقع البروتين عالية التركيز 14 (الشكل 6).

        يمكن التعبير عن مدى التسطيح (q) عند أي طول موجي كنسبة الامتصاص (أو الإهليلجية في حالة القرص المضغوط) لطيف البروتين في جسيم الغشاء (A م) مقسومًا على الامتصاصية (أو الإهليلجية) من طيف نفس البروتين في شكل مشتت تمامًا (أ أنا).


        2.2.3.2 حلول / تصحيحات للظاهرة. من الواضح أن أبسط وسيلة لتصحيح هذه الظاهرة هي تشتيت البروتين تمامًا في شكل يحتوي على بروتين واحد لكل جسيم. إذا كان من الممكن دمج البروتين في جزيئات (مذيلات المنظفات أو الحويصلات الدهنية أو bicelles أو amphipols أو nanodiscs أو شظايا الغشاء) التي تحتوي على بروتين واحد ، فيمكن تلبية الحالة المشتتة. 30،31 ومع ذلك ، فإن هذا الشرط يمثل تحديًا للوفاء به ، حتى بالنسبة لسيارات الدفع الرباعي. لا يمكن تحقيق ذلك ببساطة عن طريق صوتنة الجزيئات الكبيرة ، لأن تقليل حجم الجسيمات مع الحفاظ على نسبة الدهون إلى البروتين لن يؤثر بشكل كبير على توزيع البروتينات الممتصة. يتطلب التخلص الكامل من التسطيح في سيارات الدفع الرباعي نسب مولارية من الدهون إلى البروتين تبلغ حوالي 2000 [انظر القسم 2.3]. ومع ذلك ، فإن إشارة القرص المضغوط من عينة ذات نسبة عالية من الدهون إلى البروتينات سوف تتأثر بشكل عام بامتصاص مجموعات كربوكسيل الفسفوليبيد التي تمتص بقوة في الأطوال الموجية ذات الاهتمام. لذلك بالنسبة لبروتينات الغشاء ، غالبًا ما تكون هناك مقايضة بين المخاوف المتعلقة بتأثيرات المنظفات مقابل التشوهات الطيفية التي تنتجها الطبيعة الجسيمية للأغشية الدهنية.

        2.3 تأثيرات النسب المولية للدهون إلى البروتين

        ومع ذلك ، فإن التدفق الضوئي العالي لخطوط أشعة SRCD [انظر القسم 4.4] (الذي يسمح باختراق الضوء من خلال عينات معتمة نسبيًا) يمكن أن يخفف من هذه المشاكل من خلال تمكين قياس سيارات الدفع الرباعي التي تحتوي على نسب دهون إلى بروتين تبلغ 250: 1 أو حتى يصل إلى 2000: 1. 6


        خيارات الوصول

        شراء مقال واحد

        الوصول الفوري إلى المقال الكامل PDF.

        سيتم الانتهاء من حساب الضريبة أثناء الخروج.

        اشترك في المجلة

        الوصول الفوري عبر الإنترنت إلى جميع الإصدارات اعتبارًا من عام 2019. سيتم تجديد الاشتراك تلقائيًا سنويًا.

        سيتم الانتهاء من حساب الضريبة أثناء الخروج.


        البيولوجيا الجزيئية 02: الديناميكا الحرارية لطي البروتين

        تابع من المحاضرة 01. ω تساوي دائمًا 0 أو + 180 درجة. إذا قمت برسم Φ و ، فستجد فقط عددًا قليلاً من المجموعات الممثلة جيدًا: مجموعة من مجموعات α-helix ، ومنطقة-sheet ، ومنطقة ندرة ثالثة (تسمى Lα ويسكنها حلزونات α اليسرى). ω موجود عادة في عبر التشكل الناتج عن العائق الفاصل للسلاسل الجانبية المتتالية ، ومع ذلك ، فإن البرولين لأنه مرتبط بالعمود الفقري له تطور فريد يتيح رابطة الدول المستقلة التشكل.

        الهيكل الثانوي

        α-helices و-sheet هما طريقتان للسماح لمجموعات NH و C = O على العمود الفقري بتكوين روابط هيدروجينية. تحتوي α-helices على 3.6 بقايا لكل دوران ، أو بعبارة أخرى ، كل بقايا تمتد 100 درجة دوران. يتم الفصل بين الدرجات المتتالية للانعطاف الحلزوني α بمقدار 5.4 درجة. α- حلزونات تقريبيا حصريا اليد اليمنى. في حلزون α الأيمن ، تستدير بعكس اتجاه عقارب الساعة كما تذهب فوق. في حلزون α الأيسر ، تدور في اتجاه عقارب الساعة وأنت تصعد. تشير السلاسل الجانبية إلى الخارج من الحلزون. إذا قمت برسم مكان سقوط كل بقايا على اللولب بناءً على قاعدة 3.6 بقايا / دوران ، فستجد أن الحلزونات البرمائية نصف المدفونة تحتوي على جميع المخلفات الكارهة للماء على جانب واحد والبقايا المحبة للماء على الجانب الآخر. سيكون اللولب المدفون بالكامل عبارة عن بقايا كارهة للماء وسيكون اللولب المكشوف بالكامل عبارة عن بقايا محبة للماء.

        في أوراق β ، يتم استيفاء جميع روابط H المحتملة باستثناء الخيوط "المرافقة" في أي من طرفي الورقة. حوالي 20٪ من صفائح β الموجودة في الطبيعة مختلطة متوازية ومضادة للتوازي ، أما الـ 80٪ الأخرى فهي صفائح نقية أو الأخرى. صفائح β ليست مسطحة ، ولكنها مطوية.

        الهيكل الثالث

        لوح أو لولب واحد غير مستقر في الماء. الهيكل الثلاثي هو تعبئة هذه العناصر ، والحلقات التي تربطها ببعضها البعض.

        الديناميكا الحرارية لطي البروتين

        هناك مشكلتان أساسيتان في طي البروتين:

        1. هل يمكننا توقع بنية البروتين من تسلسله؟ هل أخذ عينات من جميع التوافقات الممكنة لسلسلة عديد ببتيد للعثور على الحالة الأقل طاقة قد يستغرق ملايين السنين بدلاً من بضع ثوانٍ ، فكيف تنثني البروتينات بهذه السرعة؟

        على سبيل المثال ، ضع في اعتبارك انقسام البروتياز المعدني من Notch لإنشاء مجال Notch داخل الخلايا (NICD) ، والذي ينتقل بعد ذلك إلى النواة ويؤثر على النسخ. موقع التحلل البروتيني لـ Notch محمي بواسطة تكرارات Lin12 / Notch المرتبطة بتكرارات EGF التي تتفاعل مع رابط Notch. يُعتقد أن يجند يستخدم قوة تتكشف هذه المنطقة ، مما يسمح بالانقسام. الطفرات التي تزعزع استقرار هذه الطية وتؤدي إلى التنشيط التكويني تسبب الأورام.

        يمكن وصف الديناميكا الحرارية فقط سواء سيحدث تفاعل كيميائي تلقائيًا أم لا ، وليس مدى سرعة حدوثه (انظر الكيمياء الحيوية 01).

        طاقة النظام هي قدرته على القيام بالعمل.

        حيث U هي الطاقة الداخلية ، q هي الحرارة و w الشغل.

        حيث C هي السعة الحرارية و f و i تعني النهائي والأولي.

        حيث F هي القوة و x هي الإزاحة على طول المحور x.

        إذا قمت بإذابة اليوريا في الماء بمحلول 4 أمتار ، فسوف تذوب تلقائيًا وسيصبح المحلول باردًا (تمامًا مثل الغوانيدين ، كما تعلمت هنا).

        تُعرَّف طاقة جيب الحرة على النحو التالي:

        حيث G و H و T و S هي الطاقة الحرة لـ Gibb ، المحتوى الحراري ، درجة الحرارة والإنتروبيا على التوالي.

        إذا G & lt 0 ، سيستمر التفاعل تلقائيًا.

        في مثال اليوريا ، ΔH & gt 0 لأن الطاقة مطلوبة لفصل جزيئات اليوريا المتفاعلة ، باستخدام الحرارة من الماء. ومع ذلك ، لا يزال التفاعل يحدث تلقائيًا لأن ΔS & gt 0 كثيرًا - محلول اليوريا أكثر انتروبيًا من اليوريا والماء بشكل منفصل.

        للتفاعل A + B ↔ C + D ، نحدد:

        ATP عبارة عن جزيء خاص: تحللها المائي إلى ADP يكون تلقائيًا بتركيزات فسيولوجية للمواد المتفاعلة والمنتجات ، أي ΔG & lt 0 لهذا التفاعل:

        يقول مبدأ Le Chatelier أنه يمكنك قيادة رد الفعل في الاتجاه المعاكس ، مما يجعل ATP تلقائيًا ، ببساطة عن طريق زيادة تركيزات procuts. لكن [P.أنا] لا ترتفع أبدًا في الخلية بدرجة كافية لتكوين ATP تلقائيًا من ADP. بدلاً من ذلك ، يتم إنشاء الإنتاج غير المواتي لـ ATP من خلال تفاعل مقترن بتفاعلات مواتية مثل إطلاق البروتونات عبر غشاء الميتوكوندريا (انظر الكيمياء الحيوية 08).

        الطاقة الداخلية الكامنة

        حيث U و P و V طاقة داخلية وضغط وحجم.

        في الظروف الفسيولوجية ، تكون التغييرات في الضغط والحجم تكاد تكون معدومة دائمًا ، لذا فإن H و U مرتبطان ارتباطًا وثيقًا. بمعنى آخر ، في معظم الأنظمة البيولوجية ، المحتوى الحراري يساوي الطاقة الداخلية.

        طور الناس محاكاة ديناميكية جزيئية للقوى الذرية الأساسية التي تحدد المحتوى الحراري للبروتين (زوايا ثنائية الأضلاع ، وتفاعلات فان دير فال ، والتفاعلات الكهروستاتيكية ، وما إلى ذلك) ومحاولة تقليل الطاقة لتحديد طية البروتين. ولكن هناك درجات عديدة من الحرية لدرجة أن النفقات الحسابية تمنع تشغيل المحاكاة لفترة كافية للعثور على أقل حالة طاقة. لا تزال هناك محاولات ، مثل Folding @ Home و Foldit و D.E. أنطون شو. يحمل أنطون الرقم القياسي لأطول محاكاة للديناميكيات الجزيئية - فقد استمرت لفترة زمنية لا حصر لها ، وحساب الطاقة التي يمكن أن يمتلكها البروتين في كل فيمتوثانية أو ما شابه ، من أجل محاكاة 1 ميلي ثانية من حركة البروتين. من الواضح أن الوقت الذي استغرقه أنطون لمحاكاة تلك الألف من الثانية كان أكثر من ميلي ثانية.

        غير قادر علي

        أين كب هو ثابت بولتزمان و W هو عدد الدول الصغرى التي تؤدي إلى الحالة الكلية ذات الأهمية.

        تفسيري المفضل لهذا هو الذي قدمه ريتشارد فاينمان. عندما قرأته ، فهمت لأول مرة كيف أن الانتروبيا الفيزيائية والإنتروبيا المعلوماتية هما نفس المفهوم:

        لذلك علينا الآن أن نتحدث عما نعنيه بالفوضى وما نعنيه بالترتيب. ... لنفترض أننا قسمنا المساحة إلى عناصر حجم صغيرة. إذا كان لدينا جزيئات أبيض وأسود ، فكم عدد الطرق التي يمكننا بها توزيعها بين عناصر الحجم بحيث يكون الأبيض على جانب والأسود على الجانب الآخر؟ من ناحية أخرى ، كم عدد الطرق التي يمكننا توزيعها دون قيود على أيهما تذهب؟ من الواضح أن هناك العديد من الطرق لترتيبها في الحالة الأخيرة. نقيس "الفوضى" بعدد الطرق التي يمكن بها ترتيب الدواخل ، بحيث تبدو متشابهة من الخارج. لوغاريتم هذا العدد من الطرق هو الإنتروبيا. عدد الطرق في الحالة المنفصلة أقل ، لذا فإن الانتروبيا أقل ، أو "الاضطراب" أقل.

        - ريتشارد فاينمان ، مقتبس هنا

        في علم الأحياء ، غالبًا ما تكون الإنتروبيا هي القوة الدافعة ، على سبيل المثال لدفن مجالات البروتين الكارهة للماء. تخيل جزيء ماء في رباعي الوجوه. يحتوي رباعي الوجوه على أربع زوايا ، ويحتوي الماء على اثنين من الهيدروجين ، لذا يمكنك وضع الجزيء في 4 اتجاهات اختيار 2 = 6. إذا أضفت مجموعة غير قطبية من جزيء مجاور في زاوية واحدة من رباعي الوجوه ، تظل ثلاث حالات فقط من الحالات الست مواتية (من خلال السماح بربط الهيدروجين). إذن ΔSنافرة من الماء = كبلان (3) - كبln (6) & lt 0 ، مما يعني أن الكون قد انخفض.

        ضع في اعتبارك خلط الإيبوكسي والمصلب في إيبوكسي معالج. يحتوي هذا التفاعل على ΔS & lt 0 لأن المادة الصلبة تحتوي على عدد أقل من microstates من السوائل. ومع ذلك ، يحدث التفاعل تلقائيًا في درجة حرارة الغرفة ، لذلك يجب أن يكون صحيحًا أن ΔH & lt 0. وبالتالي يتم إطلاق الحرارة - في الواقع ، يكون التفاعل طاردًا للحرارة للغاية. قام جو بقياس درجة حرارة "الايبوكسي لمدة 5 دقائق" وارتفعت من 21 درجة مئوية إلى 40 درجة مئوية عند علامة 5 دقائق.

        وجهة نظر غير صحيحة ومبسطة لطي البروتين هي كما يلي. يحتوي البروتين غير المطوي على نسبة عالية من الانتروبيا التكوينية ولكنه يحتوي أيضًا على نسبة عالية من المحتوى الحراري لأنه يحتوي على القليل من تفاعلات التثبيت. يحتوي البروتين المطوي على نسبة أقل بكثير من الانتروبيا ، ولكنه يحتوي أيضًا على محتوى أقل بكثير من المحتوى الحراري. هناك مفاضلة بين H و S هنا. لاحظ أنه نظرًا لأن ΔG = ΔH - TΔS ، فإن زيادة درجة الحرارة تزن مصطلح S بشكل أكبر ، مما يعني أن درجة الحرارة المرتفعة تفضل الانكشاف.

        هذا التفسير بأكمله يأخذ في الاعتبار طاقة البروتين فقط وليس طاقة المذيب. في الواقع ، تقيد المجالات الكارهة للماء للبروتين التكوينات المحتملة للمياه المحيطة (انظر الشرح أعلاه) ، وبالتالي فإن دفنها عند الطي يزيد من إنتروبيا الماء. علاوة على ذلك ، اتضح أن الرابطة الهيدروجينية للمخلفات القطبية والعمود الفقري يتم استيفائها في كل من حالة غير مطوية (بواسطة الماء) وفي حالة مطوية (من قبل بعضها البعض). لذلك فإن المحتوى الحراري هو "مجموع الصفر" ، وطي البروتين مدفوع بالكامل تقريبًا بالانتروبيا.

        فيما يلي وصف لتقنية تسمى قياس المسعرات التفاضلية. يمكنك تطبيق كميات متساوية من الحرارة على محلولين ، أحدهما يحتوي على محلول فقط والآخر يحتوي على عازلة وبروتين ، وتقيس درجة الحرارة في كل محلول. في النهاية يصل البروتين إلى درجة حرارة انصهاره Tم، حيث يكون البروتين مطوي بنسبة 50٪ و 50٪ مكشوف و ΔG = 0. عند T.م، فإن ذوبان البروتين يمتص الكثير من الحرارة المطبقة ، وبالتالي لا ترتفع درجة الحرارة بقدر ما ترتفع في محلول العازلة فقط.

        هناك طريقة أخرى لقياس ثبات البروتين وهي القوة المطلوبة لفكها باستخدام الفحص المجهري للقوة الذرية لجزيء واحد.

        المميزات الشائعة هي اليوريا وهيدروكلوريد الغوانيدين. بشكل مثير للدهشة ، ما زلنا لا نعرف كيف تعمل. يُعتقد أنها تثبت جميع الأجزاء المكونة للبروتين غير المطوي. قد يحيط Guanidine تلك المجالات غير المواتية للماء من البروتين ولكن بعد ذلك يعرض جانبه المحب للماء للماء ، بحيث لا يتم تقييد حركة الماء.

        حول إريك فالاب مينيكيل

        Eric Vallabh Minikel في مهمة مستمرة مدى الحياة للوقاية من مرض البريون. وهو عالم في معهد برود في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا وجامعة هارفارد.


        غالبًا ما نفكر في البروتينات كمغذيات في الطعام الذي نتناوله أو المكون الرئيسي للعضلات ، لكن البروتينات هي أيضًا جزيئات مجهرية داخل الخلايا تؤدي وظائف متنوعة وحيوية. مع اكتمال مشروع الجينوم البشري ، يحول العلماء انتباههم إلى البروتين البشري & # 8220proteome ، & # 8221 كتالوج لجميع البروتينات البشرية. أظهر هذا العمل أن عالم البروتينات هو عالم رائع ، مليء بالجزيئات ذات الأشكال المعقدة والوظائف الدقيقة التي تبدو خيالية تقريبًا.

        تعتمد وظيفة البروتين # 8217 على شكله ، وعندما ينحرف تكوين البروتين ، تتسبب البروتينات المشوهة الناتجة في مشاكل تتراوح من السيئة ، عندما تتجاهل البروتينات عملها المهم ، إلى القبيح ، عندما تشكل فوضى لزجة ومتكتلة داخل الخلايا. تشير الأبحاث الحالية إلى أن عالم البروتينات بعيد كل البعد عن البكر. يعتبر تكوين البروتين عملية عرضة للخطأ ، وقد تم ربط الأخطاء على طول الطريق بعدد من الأمراض التي تصيب الإنسان.

        عالم البروتينات الواسع:

        يوجد 20000 إلى أكثر من 100000 نوع فريد من البروتينات داخل خلية بشرية نموذجية. لماذا هذا العدد الكبير؟ البروتينات هي حصيلة عمل الخلية. كل خبير يؤدي مهمة محددة. بعضها بنيوي ، يضفي الصلابة والصلابة على الخلايا العضلية أو الخلايا العصبية الرفيعة الطويلة ، على سبيل المثال. يرتبط البعض الآخر بجزيئات معينة وينقلها إلى مواقع جديدة ، ولا يزال البعض الآخر يحفز التفاعلات التي تسمح للخلايا بالانقسام والنمو. هذه الثروة من التنوع والخصوصية في الوظيفة أصبحت ممكنة من خلال خاصية تبدو بسيطة للبروتينات: فهي قابلة للطي.

        تنثني البروتينات في شكل وظيفي

        يبدأ البروتين في الخلية كسلسلة طويلة من 300 لبنة في المتوسط ​​تسمى الأحماض الأمينية. هناك 22 نوعًا مختلفًا من الأحماض الأمينية ، ويحدد ترتيبها كيف تنثني سلسلة البروتين على نفسها. عند الطي ، عادة ما يتشكل نوعان من الهياكل أولاً. تلتف بعض مناطق سلسلة البروتين إلى تكوينات شبيهة بالحيوية تسمى & # 8220alpha helices ، & # 8221 بينما تنثني المناطق الأخرى في أنماط متعرجة تسمى & # 8220beta sheet & # 8221 التي تشبه طيات المروحة الورقية. يمكن أن يتفاعل هذان الهيكلان لتشكيل هياكل أكثر تعقيدًا. على سبيل المثال ، في بنية بروتينية واحدة ، تلتف عدة صفائح بيتا حول نفسها لتشكيل أنبوب مجوف مع عدد قليل من حلزونات ألفا تخرج من أحد طرفيه. الأنبوب قصير وقرفصاء بحيث يشبه الهيكل العام الثعابين (حلزونات ألفا) الخارجة من علبة (أنبوب صفيحة بيتا). تتضمن بعض تركيبات البروتين الأخرى ذات الأسماء الوصفية & # 8220beta برميل ، & # 8221 المروحة & # 8220beta ، & # 8221 & # 8220alpha / حدوة الحصان بيتا ، & # 8221 و & # 8220 jelly-roll fold. & # 8221

        تسمح هذه الهياكل المعقدة للبروتينات بأداء وظائفها المتنوعة في الخلية. & # 8220snakes الموجودة في بروتين العلبة & # 8221 ، عند تضمينها في غشاء الخلية ، تخلق نفقًا يسمح بمرور حركة المرور داخل وخارج الخلايا. تشكل البروتينات الأخرى أشكالًا بها جيوب تسمى & # 8220 مواقع نشطة & # 8221 تم تشكيلها بشكل مثالي لترتبط بجزيء معين ، مثل القفل والمفتاح. من خلال الانطواء إلى أشكال مميزة ، يمكن للبروتينات أن تؤدي أدوارًا مختلفة جدًا على الرغم من أنها تتكون من نفس اللبنات الأساسية. ولرسم تشبيه ، فإن جميع المركبات مصنوعة من الفولاذ ، ولكن الشكل الأنيق لعربة السباق # 8217 يفوز بالسباقات ، بينما يتم تشكيل كل من الحافلة ، أو الشاحنة القلابة ، أو الرافعة ، أو الزامبوني لأداء مهامها الفريدة.

        لماذا يفشل طي البروتين في بعض الأحيان؟

        يسمح الطي للبروتين باعتماد شكل وظيفي ، لكنها عملية معقدة تفشل أحيانًا. يمكن أن يحدث خطأ في طي البروتين لثلاثة أسباب رئيسية:

        1: قد يكون لدى الشخص طفرة تغير الحمض الأميني في سلسلة البروتين ، مما يجعل من الصعب على بروتين معين العثور على الطي المفضل أو الحالة & # 8220native & # 8221. هذا هو الحال بالنسبة للطفرات الموروثة ، على سبيل المثال ، تلك التي تؤدي إلى التليف الكيسي أو فقر الدم المنجلي. توجد هذه الطفرات في تسلسل الحمض النووي أو & # 8220gene & # 8221 الذي يشفر بروتينًا معينًا. لذلك ، فإن هذه الأنواع من الطفرات الموروثة تؤثر فقط على هذا البروتين المعين والوظيفة المرتبطة به.

        2: من ناحية أخرى ، يمكن اعتبار فشل طي البروتين عملية مستمرة وأكثر عمومية تؤثر على العديد من البروتينات. عندما يتم تكوين البروتينات ، يمكن للآلة التي تقرأ التوجيهات من الحمض النووي لإنشاء سلاسل طويلة من الأحماض الأمينية أن ترتكب أخطاء. يقدر العلماء أن هذه الآلة ، الريبوسوم ، ترتكب أخطاء في ما يصل إلى 1 من كل 7 بروتينات! يمكن أن تجعل هذه الأخطاء البروتينات الناتجة أقل احتمالا للانطواء بشكل صحيح.

        3: حتى إذا كانت سلسلة الأحماض الأمينية لا تحتوي على طفرات أو أخطاء ، فقد لا تصل إلى شكلها المطوي المفضل لمجرد أن البروتينات لا تنثني بشكل صحيح بنسبة 100٪ من الوقت. يصبح طي البروتين أكثر صعوبة إذا تغيرت الظروف في الخلية ، مثل الحموضة ودرجة الحرارة ، عن تلك التي اعتاد عليها الكائن الحي.

        يتسبب الفشل في طي البروتين في العديد من الأمراض المعروفة ، ويفترض العلماء أن العديد من الأمراض قد تكون مرتبطة بمشاكل الطي. هناك مشكلتان مختلفتان تمامًا تحدثان في الخلايا عندما لا تنثني بروتيناتها بشكل صحيح.

        نوع واحد من المشاكل ، يسمى & # 8220 فقدان الوظيفة ، & # 8221 ينتج عندما لا يتم طيات بروتين معين بشكل صحيح ، مما يتسبب في نقص & # 8220 العاملين المتخصصين & # 8221 اللازمة للقيام بعمل معين. على سبيل المثال ، تخيل أن البروتين المطوي بشكل صحيح يتم تشكيله بشكل مثالي لربط السم وتقسيمه إلى منتجات ثانوية أقل سمية. بدون توفر ما يكفي من البروتين المطوي بشكل صحيح ، سوف يتراكم السم إلى مستويات ضارة. وكمثال آخر ، قد يكون البروتين مسؤولاً عن استقلاب السكر حتى تتمكن الخلية من استخدامه للطاقة. ستنمو الخلية ببطء بسبب نقص الطاقة إذا لم يكن هناك ما يكفي من البروتين في حالته الوظيفية. يعود سبب مرض الخلية في هذه الحالات إلى نقص بروتين وظيفي محدد ومطوي بشكل صحيح. يعد التليف الكيسي ومرض تاي ساكس ومتلازمة مارفان وبعض أشكال السرطان أمثلة على الأمراض التي تحدث عندما لا يتمكن أحد أنواع البروتين من أداء وظيفته. من كان يعلم أن نوعًا واحدًا من البروتين من بين عشرات الآلاف يمكن أن يكون مهمًا جدًا؟

        قد تؤثر البروتينات التي تنثني بشكل غير صحيح أيضًا على صحة الخلية بغض النظر عن وظيفة البروتين. عندما تفشل البروتينات في الانطواء إلى حالتها الوظيفية ، يمكن أن تتواءم البروتينات الناتجة عن سوء الطي إلى أشكال غير مواتية للبيئة الخلوية المزدحمة. تمتلك معظم البروتينات أحماض أمينية لزجة & # 8220-كارهة للماء & # 8221 تدفن في أعماق قلبها. ترتدي البروتينات غير المطوية هذه الأجزاء الداخلية من الخارج ، مثل الحلوى المغطاة بالشوكولاتة التي تم سحقها لتكشف عن مركز لزج بالكراميل. غالبًا ما تلتصق هذه البروتينات غير المطوية معًا مكونة كتل تسمى & # 8220aggregates. & # 8221 يفترض العلماء أن تراكم البروتينات غير المطوية يلعب دورًا في العديد من الأمراض العصبية ، بما في ذلك Alzheimer & # 8217s ، و Parkinson & # 8217s ، و Huntington & # 8217s ، و Lou Gehrig & # 8217s (ALS) ، لكن العلماء ما زالوا يعملون لاكتشاف بالضبط كيف تلحق هذه الجزيئات اللزجة الخاطئة الضرر بالخلايا.

        يبرز بروتين واحد غير مطوي من بين البقية ويستحق اهتمامًا خاصًا. يعد البروتين & # 8220prion & # 8221 في مرض كروتزفيلد جاكوب ، المعروف أيضًا باسم مرض جنون البقر ، مثالًا على بروتين خاطئ أصبح شائعاً. هذا البروتين ليس فقط غير مطوي بشكل لا رجعة فيه ، ولكنه يحول البروتينات الوظيفية الأخرى إلى حالته الملتوية.

        كيف تحمي خلايانا نفسها من البروتينات المشوهة؟

        تظهر الأبحاث الحديثة أن اختلال البروتين يحدث بشكل متكرر داخل الخلايا. لحسن الحظ ، اعتادت الخلايا على التعامل مع هذه المشكلة ولديها عدة أنظمة لإعادة تشكيل أو تدمير تكوينات البروتين الشاذ.

        المرافقون هي أحد هذه الأنظمة. تمت تسميتها بشكل مناسب ، فهي ترافق البروتينات من خلال عملية الطي ، مما يحسن من فرص البروتين # 8217 في الطي بشكل صحيح وحتى السماح لبعض البروتينات غير المنتظمة بفرصة إعادة الطي. ومن المثير للاهتمام أن المرافقون هم بروتينات بحد ذاتها! هناك أنواع مختلفة من المرافقين. يلبي البعض على وجه التحديد مساعدة نوع واحد من البروتين ، بينما يعمل البعض الآخر بشكل عام. تتشكل بعض المرافقين مثل غرف مجوفة كبيرة وتوفر للبروتينات مساحة آمنة ، معزولة عن الجزيئات الأخرى ، يمكن طيها. يتم تعزيز إنتاج العديد من المرافقين عندما تواجه الخلية درجات حرارة عالية أو ظروفًا أخرى تجعل طي البروتين أكثر صعوبة ، وبالتالي كسب هؤلاء المرافقين الاسم المستعار ، & # 8220 بروتينات صدمة الحرارة. & # 8221

        هناك خط آخر من دفاع الخلية ضد البروتينات المشوهة يسمى البروتيازوم. إذا بقيت البروتينات غير المطوية في الخلية ، فسيتم استهدافها للتدمير بواسطة هذه الآلة ، التي تمضغ البروتينات وتبصقها على شكل شظايا صغيرة من الأحماض الأمينية. يشبه البروتيازوم مركز إعادة التدوير ، مما يسمح للخلية بإعادة استخدام الأحماض الأمينية لإنتاج المزيد من البروتينات. البروتوزوم نفسه ليس بروتينًا واحدًا ولكن العديد من البروتينات تعمل معًا. تتفاعل البروتينات بشكل متكرر لتشكيل هياكل أكبر ذات وظائف خلوية مهمة. على سبيل المثال ، ذيل الحيوان المنوي البشري عبارة عن بنية تتكون من العديد من أنواع البروتينات التي تعمل معًا لتشكيل محرك دوار معقد يدفع الحيوانات المنوية للأمام.

        البحث المستقبلي حول طي البروتين واختلاله:

        لماذا بعض البروتينات غير المطوية قادرة على التهرب من أنظمة مثل المرافقات والبروتيازوم؟ كيف يمكن للبروتينات اللزجة الخاطئة أن تسبب الأمراض التنكسية العصبية المذكورة أعلاه؟ هل يخطئ في طي بعض البروتينات أكثر من غيرها؟ تأتي هذه الأسئلة في طليعة الأبحاث الحالية التي تسعى إلى فهم بيولوجيا البروتين الأساسية والأمراض التي تنتج عندما ينحرف طي البروتين عن مساره.

        يمنح العالم الواسع للبروتينات ، بتشكيلة كبيرة من الأشكال ، الخلايا بقدرات تسمح بوجود الحياة وتسمح بتنوعها (على سبيل المثال ، الاختلافات بين خلايا العين أو الجلد أو الرئة أو القلب ، والاختلافات بين الأنواع). ربما لهذا السبب ، فإن كلمة & # 8220protein & # 8221 هي من الكلمة اليونانية & # 8220protas ، & # 8221 بمعنى & # 8220 من الأهمية الأساسية. & # 8221

        & # 8211 بمساهمة كيري جيلر ، طالبة دكتوراه في السنة الرابعة في قسم الأحياء العضوية والتطورية بجامعة هارفارد


        نتائج ومناقشة

        ميول الأحماض الأمينية لتشكل α-helical أو β-strand

        بالنسبة للأحماض الأمينية الفردية ، أ ص α من & lt0.9 يشير إلى قاطع α-helix ، أ ص α من & gt1.1 يشير إلى حمض أميني مفضل α-helix ، والقيم بين 0.9 و 1.1 تشير إلى أن الأحماض الأمينية محايدة في هذا الصدد [31]. نفس المبدأ ينطبق على ص β . تم حساب ميل الأحماض الأمينية باستخدام مجموعة البيانات الخاصة بنا (ص α أنا و ص β أنا ) في الجدول 2. تراوحت انحرافاتهم المعيارية من 0.001 إلى 0.004. تتوافق النتائج مع التقارير السابقة [1 ، 6 ، 10].

        قمنا أيضًا بحساب ميل الأحماض الأمينية للبقايا المكشوفة والمدفونة (ص إكسب أنا و ص بور أنا) في العناصر الهيكلية الثانوية (الجدول 2). بالنسبة إلى α-helices ، فإن الميول الثلاثة تعني ص α أنا, ص αexp أنا و ص αbur أنا اتجاهات مماثلة. من ناحية أخرى ، يعني الميل للمخلفات المكشوفة (ص βexp أنا) والمخلفات المدفونة (ص أبور أنا) للخيوط β تختلف اختلافًا كبيرًا (الجدول 2). من المثير للاهتمام بشكل خاص أن Lys و Arg ، ولكن ليس اثنين من البقايا المشحونة الأخرى ، Asp و Glu ، مفضلة كمخلفات مكشوفة في خيوط. ليس من المستغرب أن تكون جميع الأحماض الأمينية المشحونة مرفوضة كبقايا مدفونة في خيوط بيتا. لا تفضل المناطق المدفونة الأحماض الأمينية المشحونة لخيوط β ، في حين أن α-helix يمكنه تحمل الأحماض الأمينية المشحونة.

        كما ورد سابقًا في الدراسات الإحصائية ، فإن الأحماض الأمينية المشحونة (بما في ذلك Lys و Arg) تنتج قيمًا منخفضة لـ ص β [1 ، 6 ، 10 ، 13] ، التي تتفق مع الميول المتوسطة ، ص β أنا، محدد في العمل الحالي. ومع ذلك ، تظهر نتائجنا أن Lys و Arg مرتفعان نسبيًا ص βexp قيم المخلفات المكشوفة ، ولكن هذه الخاصية مقنعة عند مقارنة النزعات المتوسطة. في مجموعة البيانات الخاصة بنا ، يكون جزء البقايا المكشوفة في خيوط منخفضة (29٪) مقارنة بـ α-helices (46٪). يتم دفن معظم المخلفات في خيوط داخل البروتينات وتغطيتها بواسطة حلزونات α أو مناطق حلقة مكشوفة وبالتالي أقل تواترًا في السلاسل β ، ومساهماتها في المتوسط ص β أنا لذلك فهي صغيرة. اقترح جيانغ وزملاؤه [10] أن المواد الكارهة للماء في السلاسل الجانبية للأحماض الأمينية هي المحدد الرئيسي لهياكل الصفائح ، لكن بياناتنا تشير إلى أن هذه النتيجة صحيحة بالنسبة للمخلفات المدفونة ولكن ليس للمخلفات المكشوفة في هياكل الصفائح. قام مينور وكيم [27] بقياس ميل الأحماض الأمينية العشرين لتشكيل الصفيحة β في متغير من مجال ربط IgG من البروتين G ، والذي يحتوي على أربعة خيوط مضادة للتوازي. تم إجراء بدائل الأحماض الأمينية في موقع الضيف على السطح المعرض للمذيبات من الخيط المركزي. تظهر النزعات من تلك التجارب علاقة قوية مع اللوغاريتمي ص βexp أنا القيم التي تم الحصول عليها هنا (R = 0.82) ، على الرغم من أنها تظهر ارتباطًا أضعف مع اللوغاريتمي الخاص بنا ص أبور أنا القيم (R = 0.63). علاوة على ذلك ، هناك ارتباط ضعيف بين الميول التي حددها مينور وكيم [27] وتلك الخاصة بشو وفاسمان [1]. تظهر هذه النتائج أن تفضيل β-strands يختلف للمواقع المكشوفة والمدفونة.

        أضعاف تبعية نزعات الأحماض الأمينية لـ α-helices

        ميول الأحماض الأمينية أنا في منطقة الطية الحلزونية ي, ص α اي جاي، ومنطقة β-strand من الطية ي, ص β اي جاي، وهكذا تم حساب 39 و 24 من طيات SCOP ، على التوالي (الشكل 1). تتراوح انحرافاتهم المعيارية من 0.01 إلى 0.05. باستثناء Met و Cys و Trp و Asn و Asp و His for ص α اي جاي، وباستثناء Met و Pro و Cys لـ ص β اي جاي، اختلف تعداد الأحماض الأمينية (& مستوى الثقة gt90٪) لأكثر من زوج واحد من الطيات.

        ميل الأحماض الأمينية لكل أضعاف SCOP. المخططات الصندوقية لميول الأحماض الأمينية لكل طية SCOP لـ α-helices (أ) و β-strands (ب). يحتوي كل مربع على 50٪ من البيانات مع عرض متوسط ​​القيمة كخط. يشير الجزء العلوي والسفلي من المربع إلى حدود ± 25٪ من البيانات. تحدد الخطوط الممتدة من أعلى وأسفل كل مربع القيم الدنيا والقصوى ضمن مجموعة البيانات التي تقع ضمن نطاق مقبول. يتم عرض أي قيمة خارج هذا النطاق ، تسمى قيمة خارجية ، كنقطة فردية. يشير تسطير بعض المخلفات (رمز من حرف واحد) على المحور الأفقي إلى أن نتائج اختبار نسبة فيشر-إروين تشير إلى أن الاختلافات في النزعات ذات دلالة إحصائية بين الطيات.

        على وجه الخصوص ، مجموعة واسعة من ص α اي جاي تم الحصول على قيم البقايا العطرية Phe (0.66-2.00) و Tyr (0.58-1.89) ، اعتمادًا على نوع الطية ، والميل المتوسط ​​لجميع الطيات هو تقريبًا 1.0 لهذه الأحماض الأمينية (الشكل 1 أ والجدول 2). تباينت أيضًا نزعات البقايا المشحونة Lys (0.65-1.56) و Arg (0.80-1.71) بشكل كبير اعتمادًا على الطية. من ناحية أخرى ، في & gt80٪ من طيات SCOP ، يفضل Leu أو Glu في التشكل الحلزوني α ، في حين أن Val و Pro و Ser و Thr و Asn و Asp و Gly غير مفضلين. يفضل Ala في التشكل الحلزوني ألفا في غالبية الطيات (79٪) ولكنه غير مرغوب فيه في شقين (بروتين شبيه ببروتين كيناز و 4-حلزوني السيتوكينات). على وجه الخصوص ، قيمة ميل Ala لطي "السيتوكينات 4-حلزونية" منخفضة جدًا (ص α اي جاي = 0.64). ليس لدى Met و Cys و Trp و His فرق سكاني من نوع أضعاف عند مستوى الثقة & gt90٪ في أي زوج من الطيات ، على الرغم من أن ميولهم تختلف اختلافًا كبيرًا بين الطيات المختلفة. لذلك ، لم نقم بتقييم هذه الأحماض الأمينية.

        ريتشاردسون وآخرون. أظهر أن Ala غير مفضل في نهايات α-helix [7] ، مما يشير إلى أن α-helix قصير لا يفضل Ala. ومع ذلك ، فإن متوسط ​​طول حلزون α-helix لأربعة السيتوكينات الحلزونية هو ثالث أطولها 39 طية (الأطول والثاني الأطول هما طيات "الحزم الشبيهة بالفيريتين" و "الحزمة الحلزونية الأربعة لأعلى ولأسفل" ، على التوالي). ثم تم حساب معامل الارتباط بين متوسط ​​طول الحلزون وميل الأحماض الأمينية لكل حمض أميني ، بحيث كانت أصغر من 0.4. تشير هذه النتيجة إلى عدم وجود علاقة بين متوسط ​​طول الحلزون والميل الحلزوني لأي حمض أميني.

        إنجل وآخرون أظهر أن معظم الحلزونات هي برمائية [7 ، 12] ، مما يشير إلى أن ميول الحلزون α يعتمد على جزء البقايا المكشوفة. لذلك ، قمنا بفحص الارتباطات بين جزء البقايا المكشوفة وتواتر الأحماض الأمينية في α-helices. لم يُظهر أي حمض أميني ارتباطًا قويًا (R & lt −0.7 أو R & gt 0.7) بين جزء البقايا المكشوفة وتردد الأحماض الأمينية ، على الرغم من أن البقايا المشحونة ، Lys و Asp لها ارتباط إيجابي قوي نسبيًا (Rك = 0.66 ، صد = 0.54). في المقابل ، فإن معاملات الارتباط بين Glu و Arg (الأحماض الأمينية المشحونة أيضًا) صغيرة (Rه = 0.26 ، صص = 0.07).

        يعرض الشكل 2 أيضًا ميول للأحماض الأمينية المكشوفة والمدفونة لكل طية SCOP. بالنسبة للمناطق المكشوفة من α-helix (الشكل 2 أ) ، يُظهر أقل من عشرة أحماض أمينية الفرق السكاني بثقة 90٪ لزوج واحد على الأقل من الطيات. على الأرجح ، ينتج هذا عن حقيقة أن مجموعة البيانات كانت مقتصرة على المخلفات المكشوفة. غلو (ص αexp اي جاي: 1.0-1.92) مفضل في المناطق المكشوفة (الشكل 2 أ) بينما الليو (ص αbur اي جاي: 0.97-1.88) في المناطق المدفونة (الشكل 2 ب) لأكثر من 80٪ من الطيات. إن برو وجلاي مستاء للغاية في كل من المناطق المكشوفة والمدفونة لأكثر من 92٪ من الطيات. نزعات Ala في المناطق المكشوفة والمدفونة من α-helix لها ميل مماثل لـ ص α اي جاي. يفضل Ala في التشكل α-helical في كل من المناطق المكشوفة والمدفونة لـ 72٪ و 79٪ من الطيات ، على التوالي ، في حين أن Ala لا يفضلها بنسبة 8٪ و 13٪ من الطيات عند تعرضها أو دفنها ، على التوالي. بالنسبة لطي "السيتوكينات الرباعية الحلزونية" ، تكون قيم ميل Ala في كل من المناطق المكشوفة والمدفونة منخفضة أيضًا (ص αexp اي جاي = 0.72 و ص αbur اي جاي = 0.60). مجال واسع من ص αbur اي جاي تم الحصول على قيم المخلفات العطرية Phe و Tyr ، اعتمادًا على نوع الطي (الشكل 2 ب) ، مثل ص α اي جاي.

        ميل الأحماض الأمينية للمخلفات المكشوفة والمدفونة. المخططات الصندوقية لاتجاهات الأحماض الأمينية لكل طية SCOP للتعرض (أ) ودفنوا (ب) المخلفات في حلزونات ألفا وللكشفية (ج) ودفنوا (د) بقايا في خيوط. كانت الميول لـ-strands لـ Trp في طية SCOP "برميل يشبه مجال PH" ولـ Lys في طية SCOP "تشبه بروتين كينيز" خارج النطاق (4.3 بوصة ج و 3.8 بوصة د، على التوالي) ولا تظهر. يشير تسطير بعض المخلفات على المحور الأفقي إلى أن نتائج اختبار نسبة فيشر-إروين تشير إلى أن الاختلافات في النزعات ذات دلالة إحصائية بين الطيات.

        أضعاف تبعية نزعات الأحماض الأمينية لخيوط بيتا

        كما هو مبين في الشكل 1 ب ، هناك مجموعة واسعة من ص β اي جاي تم الحصول على قيم Trp (0.45-2.22) ، Thr (0.73-1.87) ، Lys (0.46-1.45) و Arg (0.51-1.42) اعتمادًا على نوع الطية. بالنسبة لـ Lys ، على الرغم من ص β اي جاي كان & lt0.9 في 18 من 24 ضعفًا (القيمة المتوسطة لـ ص β اي جاي = 0.79) ، وثلاث طيات (طية ليبوكالين ، طية OB ، وطيعة تشبه بروتين كيناز) أسفرت ص β اي جاي القيم & gt 1.2 ، والتي كان لها اختلافات في عدد السكان تقابل مستوى ثقة بنسبة 90 ٪ مع مستوى الثقة في الطيات الأخرى. هذه الطيات الثلاثة هي "all-β" أو "α + β" ، وجميعها بها خيوط مكشوفة إلى حد كبير ، في حين أن-strands عادة ما تكون مغطاة بمناطق حلزونية أو حلقة ، خاصة في بروتينات "α / β" (الجدول 1). ساد الاعتقاد منذ فترة طويلة أن-strands تفضل البقايا الكارهة للماء [1 ، 6 ، 10] ومع ذلك ، يبدو الآن أن هياكل الصفائح المكشوفة إلى حد كبير تفضل المخلفات المحبة للماء مثل Lys. في المقابل ، تفضل الأحماض الأمينية الأربعة Val و Ile و Phe و Tyr (ص β اي جاي & gt 1.1) في-strands لأكثر من 80٪ من الطيات ، مع Val (1.40-2.68) و Ile (1.17-2.33) لهما ميول عالية بشكل خاص في هذا الصدد. الأحماض الأمينية الستة Pro و Ala و Asn و Asp و Glu و Gly غير مفضلة (ص β اي جاي & lt 0.9) في-strands لأكثر من 80٪ من الطيات ، و Pro (0.16–0.71) و Asp (0.22–0.91) لهما ميول منخفضة جدًا.

        وقد لوحظت الكسور المتبقية المعرضة في النطاق من حوالي 10٪ إلى 46٪ لمدة 24 ضعفًا (الجدول 1) ولدى Glu و Lys ارتباطات قوية وإيجابية بين ميل الأحماض الأمينية والكسور المتبقية المكشوفة لخيوط في كل طية ( ره = 0.76 ، صك = 0.73). لدى Gln و Arg و Ile أيضًا ارتباطات قوية نسبيًا ، على الرغم من أن الارتباط مع Ile سلبي (Rس = 0.67 ، صص = 0.5 ، صأنا = −0.68). على عكس الارتباط الإيجابي القوي الموجود في Glu ، لا يوجد ارتباط للحمض الأميني سالب الشحنة الآخر ، Asp. يبدو أن الجزء المتبقي المكشوف هو أحد العوامل الرئيسية التي تحكم تكوين الأحماض الأمينية المشحونة في ثنايا-strands.

        للمخلفات المعرضة في β- حبلا (الشكل 2C) ، مجموعة واسعة من ص βexp اي جاي تم الحصول على قيم Ser (0.42-1.69) و Lys (0.84-1.58) و Arg (0.68-1.85). مجال واسع من ص أبور اي جاي تم الحصول على قيم Cys (0.61-2.61) و Phe (0.66-1.83) و Tyr (0.64-1.92) و Trp (0.31-1.77) و His (0.41-1.87) للمخلفات المدفونة في β-strand (الشكل 2D) . ص βexp اي جاي قيم Val و Ile و Phe و Tyr و Trp و Thr مرتفعة (ص βexp اي جاي & gt 1.1) لأكثر من 75٪ من الطيات ، مما يشير إلى أن هذه الأحماض الأمينية ، التي لها سلسلة جانبية متفرعة أو عطرية ، مفضلة في المناطق المكشوفة من خيوط في جميع أنواع الطيات. على النقيض من ذلك ، فإن الأحماض الأمينية غير المرغوب فيها في جميع الطيات في خيوط هي Pro (0.22–0.87) و Ala (0.28–0.70) و Gly (0.23–0.88) للمناطق المكشوفة ، و Pro (0.12–0.87) للمناطق المدفونة . من المثير للاهتمام أن ص βexp اي جاي قيم جميع الطيات لـ Ala أقل بالمقارنة (ص βexp اي جاي & lt 0.7) ، مما يشير إلى أن البقايا المكشوفة على β-strand هي موضع غير موات للغاية لـ Ala وكذلك لـ Pro و Gly. هذه الميول القوية تدعم أن حل العمود الفقري هو عامل رئيسي في تحديد ميول β الديناميكية الحرارية [32].

        الارتباطات بين ميول الأحماض الأمينية وأضعاف SCOP

        للتحقيق في العوامل التي تحدد اعتماد أضعاف ميل الأحماض الأمينية للهياكل الثانوية ، تم حساب معاملات الارتباط باستخدام ميول الأحماض الأمينية التي تم الحصول عليها من 39 طية SCOP لـ α-helices (الشكل 3A) و 24 طيات SCOP لـ-strands (الشكل 3A) 3 ب). يوضح الشكل 4 ، على سبيل المثال ، العلاقات بين ميول Glu و Lys لـ α-helices و-strands. تمثل كل نقطة بيانات أضعافًا يوجد فيها أكثر من 2000 من البقايا في كل من α-helices و-strands. بالنسبة لخيوط بيتا (الشكل 4 ب) ، يكون لهذين النزعتين من الأحماض الأمينية معامل ارتباط قدره 0.70 ، مما يشير إلى أن الطيات الغنية بـ Glu من المحتمل أن تكون غنية أيضًا بـ Lys. في المقابل ، بالنسبة إلى α- helices (الشكل 4 أ) لم يلاحظ أي ارتباط كبير. بالنسبة إلى السلاسل ، تُظهر بروتينات "α / β" (في الشكل 4 ب) ميولًا منخفضة لـ Glu و Lys ، على الرغم من أن ليبوكالينات وطيات OB (كلاهما "all-β" ، + في الشكل 4 ب) تظهر ميول أعلى لـ Glu و ليس. بالنسبة لبروتينات "α + β" (▵ في الشكل 4 ب) ، لا يوجد ارتباط بين ميول Glu و Lys. معاملات الارتباط للبروتينات "all-" والبروتينات "α / β" هي 0.83 و 0.86 على التوالي.

        معاملات الارتباط بين ميول الأحماض الأمينية. معاملات الارتباط بين ميول الأحماض الأمينية لـ α-helices (أ) و β-strands (ب). يشار إلى الارتباطات السلبية القوية (R & lt −0.7) بالأزرق الغامق ، والارتباطات الموجبة (R & gt 0.7) يشار إليها باللون الأحمر الداكن. يشار إلى الارتباطات السلبية القوية نسبيًا (R & lt −0.5) من خلال الارتباط الأزرق الفاتح والارتباطات الموجبة (R & gt 0.5) باللون الوردي.

        العلاقة بين نزعات الأحماض الأمينية. ميل الأحماض الأمينية ، P ، لـ Glu و Lys لكل طية SCOP لـ α-helices (أ) و β-strands (ب). فئات SCOP هي: جميع بروتينات α (○) وبروتينات α / (□) وبروتينات α + β (Δ) وجميع بروتينات (+).

        بشكل عام ، هناك عدد أكبر من الارتباطات القوية (R & lt −0.7 أو R & gt 0.7) للخيوط β مقارنة بـ α-helices (الشكل 3). على سبيل المثال ، لوحظ وجود أربعة ارتباطات موجبة قوية وخمسة ارتباطات سلبية قوية لسلاسل β ، ولكن لا يوجد سوى ارتباطين قويين متزاوجين لـ α-helices (Ala و Gly و Tyr و Trp). تتضمن معظم الارتباطات الإيجابية لخيوط أحماض أمينية مقترنة لها أحرف فيزيائية كيميائية متشابهة (كما هو موضح على طول القطر في الشكل 3 ب) ، مثل Val و Ile و Tyr و Trp و Ser و Gln / Thr / Asn و Asn و Thr و Glu and Lys / Arg. في المقابل ، تشتمل معظم الارتباطات السلبية لخيوط على أزواج من الأحماض الأمينية التي لها خصائص كيميائية فيزيائية مختلفة ، مثل Val و Tyr / Trp / Gln / Ser و Ile و Trp / Gln / Ser / Glu / Arg و Leu و Ser / Thr / Asn و Met و Asn و Ala و Lys.

        ومن المثير للاهتمام أن الحمض الأميني العطري ، Phe ، يُظهر ارتباطات منخفضة مع Trp و Tyr ، لكل من α-helices و-strands ، على الرغم من وجود ارتباطات إيجابية قوية بين Trp و Tyr لكل من α-helices و-strands.

        الارتباطات بين طية SCOP والنزعة للأحماض الأمينية المكشوفة أو المدفونة

        قمنا أيضًا بحساب معاملات الارتباط لميول الأحماض الأمينية للمخلفات المكشوفة والمدفونة لـ α-helices (الشكل 5) ،-strands (الشكل 6) والتشكيل الآخر (البيانات غير معروضة). على الرغم من أن ميول الأحماض الأمينية لـ α-helices لها ارتباطان قويتان (الشكل 3 أ) ، لا يوجد ارتباط قوي للمخلفات المكشوفة (الشكل 5 أ) والمدفونة (الشكل 5 ب) من أجل حلزونات ألفا. كان الارتباط الإيجابي القوي بين Trp و Tyr لجميع المخلفات غائبًا للمخلفات المكشوفة ، ولكن لوحظ وجود ارتباط إيجابي ضعيف للمخلفات المدفونة. تشير هذه النتائج إلى أن الطية التي تفضل Trp على الجانب الداخلي من α-helix تفضل أيضًا Tyr في الجزء الداخلي من α-helices. مرة أخرى ، لم يكن لـ Phe أي علاقة مع Trp أو Tyr للمخلفات المكشوفة أو المدفونة. لوحظت الارتباطات الإيجابية بين Ser و Asn و Thr ، والارتباطات السلبية بين Ser / Thr و Glu ، فقط للمخلفات المكشوفة. على الرغم من ملاحظة بعض الارتباطات الجديدة ، إلا أن هذه القيم كانت منخفضة نسبيًا بالنسبة إلى α-helices. بالنسبة للتشكيلات الأخرى ، لم يتم ملاحظة الارتباط القوي لكل من البقايا المكشوفة والمدفونة.

        معاملات الارتباط بين ميول α-helix للمخلفات المكشوفة والمخلفات المدفونة. معاملات الارتباط بين ميول α-helix للمخلفات المكشوفة (أ) والمخلفات المدفونة (ب). يشار إلى الارتباطات السلبية القوية (R & lt −0.7) بالأزرق الغامق ، والارتباطات الموجبة (R & gt 0.7) يشار إليها باللون الأحمر الداكن. يشار إلى الارتباطات السلبية القوية نسبيًا (R & lt −0.5) من خلال الارتباط الأزرق الفاتح والارتباطات الموجبة (R & gt 0.5) باللون الوردي.

        معاملات الارتباط بين ميول ورقة للمخلفات المكشوفة والمخلفات المدفونة. معاملات الارتباط بين ميول ورقة للمخلفات المكشوفة (أ) والمخلفات المدفونة (ب). يشار إلى الارتباطات السلبية القوية (R & lt −0.7) بالأزرق الغامق ، والارتباطات الموجبة (R & gt 0.7) يشار إليها باللون الأحمر الداكن. يشار إلى الارتباطات السلبية القوية نسبيًا (R & lt −0.5) من خلال الارتباط الأزرق الفاتح والارتباطات الموجبة (R & gt 0.5) باللون الوردي.

        الارتباط للأحماض الأمينية المدفونة في β-strand

        في المقابل ، بالنسبة للخيوط β ، فإن معظم الارتباطات الموضحة في الشكل 3 ب هي ارتباطات قوية للمخلفات المكشوفة (الشكل 6 أ) والمدفونة (الشكل 6 ب). لوحظ وجود ارتباطات سلبية قوية بين Val / Ile و Tyr / Trp / Gln للمخلفات المدفونة ولكن غير المكشوفة. بمعنى آخر ، النوع القابل للطي الذي يفضل Val أو Ile لا يفضل Tyr أو Trp أو Gln ، خاصة بالنسبة للمخلفات المدفونة.

        من خلال الفحص البصري للمخلفات المدفونة لخيوط في مجموعة طيات SCOP من "concanavalin A - like lectins / glucanases" (concanavalin A) ، بالإضافة إلى بقايا Tyr و Trp المدفونة ، وجدنا العديد من الأحماض الأمينية القطبية مثل Gln أو Ser أو Thr ، والأحماض الأمينية المشحونة مثل Glu أو Lys أو Arg ، المتضمنة في روابط H مع بعضها البعض لموازنة القطبية في البيئة الكارهة للماء. بالنسبة للمخلفات المدفونة ، قمنا بحساب معاملات الارتباط بين الترددات المجمعة للأحماض الأمينية الكارهة للماء (Val و Ile و Leu) وبعض الأحماض الأمينية القطبية (الجدول 3 والشكل 7). معاملات الارتباط المحسوبة من الترددات هي نفسها تلك المحسوبة من الميل ، وبالتالي يسهل فهم تكرارات الأحماض الأمينية. الترددات المجمعة لـ Trp و Tyr و Gln المدفونة لها علاقة قوية (R = −0.87) مع تلك الأحماض الأمينية الكارهة للماء (Val و Ile و Leu). أدى إدراج Ser في المجموعة مع Trp و Tyr و Gln إلى زيادة معامل الارتباط إلى −0.93 (الشكل 7). حقيقة أن معاملات الارتباط لـ Val / Ile / Leu و Tyr / Trp / Gln / Ser تتراوح من 0.19 إلى −0.75 تشير إلى التآزر في الارتباط بين الترددات المجمعة لخيوط β التي لا توجد لـ α-helices وغيرها التشكل (الجدول 3). يشير التآزر بين مجموعات الأحماض الأمينية إلى أنه يمكن تبادل الأحماض الأمينية داخل نفس المجموعة. على سبيل المثال ، في النوع المطوي حيث يُفضل Leu للمخلفات المدفونة ، سيتم أيضًا تفضيل Ile. وبالتالي ، في المواقع المدفونة ، تحتوي أنواع الطيات التي تحتوي على العديد من المخلفات الأليفاتية (Val و Ile و Leu) أيضًا على كميات منخفضة من Tyr و Trp و Gln و Ser. يوضح الشكل 7 أيضًا أن بروتينات "all-" تميل إلى الحصول على محتوى أعلى من Tyr و Trp و Gln و Ser ، بينما تحتوي بروتينات "α / β" على محتوى أعلى من الأحماض الأمينية الأليفاتية في المواقع المدفونة. الطيات الست الأولى لمحتوى Tyr و Trp و Gln و Ser في المواقع المدفونة في-strands هي بروتينات "all-" ولها صفحتان كبيرتان مجمعتان معًا (lipocalins ، concanavalin A ، 6-bladed beta-propeller (6-bb-propeller) ، شبيه بمجال ربط الجالاكتوز (Gbd) ، حلزون مزدوج (DS β-helix) ، وطيات شطيرة بيتا تشبه الغلوبولين المناعي (Ig)). البروتينات الأخرى "all-" الأخرى التي تتكون من هيكل واحد صغير الحجم أو هيكل صغير من البرميل ، لها قلب صغير كاره للماء. قد تكون الروابط H بين السلاسل الجانبية المدفونة ضرورية للمحاذاة الصحيحة لصفحتين كبيرتين على وجه الخصوص.

        العلاقة بين ترددات المخلفات المدفونة. العلاقة بين ترددات مخلفات Val و Ile و Leu المدفونة ، F VIL، ودفن بقايا Trp و Tyr و Gln و Ser ، F WYQS، في خيوط. فئات SCOP هي: α / بروتينات (□) ، α + بروتينات (Δ) وكل بروتينات (+).

        الارتباط للأحماض الأمينية المكشوفة في β-strand

        لوحظت الارتباطات السلبية لـ Ile / Leu و Ser / Thr / Asn في المخلفات المكشوفة (الشكل 6 أ) ، على الرغم من عدم ملاحظة الارتباطات بين Ile و Thr / Asn عندما تم حساب كل من البقايا المكشوفة والمدفونة معًا (الشكل 3 ب). كما لوحظ وجود ارتباطات سلبية لكل من Glu و Ser / Asn و Arg و Thr. قمنا بفحص الارتباط بين الترددات المجمعة لهذه الأحماض الأمينية المكشوفة في خيوط كما هو موضح في الجدول 4. توضح هذه النتيجة وجود ارتباطات قوية في ترددات بعض الأحماض الأمينية الكارهة للماء (Ile ، Leu) ، والأحماض الأمينية المشحونة (Glu ، Lys ، Arg) ، والأحماض الأمينية القطبية (Ser ، Thr ، Asn) في المناطق المكشوفة من خيوط β. من المثير للاهتمام أن ترددات الأحماض الأمينية الكارهة للماء (إيل ، ليو) والأحماض الأمينية المشحونة (Glu ، Lys ، Arg) ترتبط سلبًا بتلك الخاصة بالأحماض الأمينية القطبية (Ser ، Thr ، Asn). من السمات الشائعة لـ Ile و Leu و Glu و Lys و Arg أن لديهم سلاسل جانبية طويلة نسبيًا ، بما في ذلك أكثر من مجموعتين من الميثيلين الكاردين للماء ، في حين أن Ser و Thr و Asn لها سلاسل جانبية قصيرة.

        يوضح الشكل 8 ارتباطًا قويًا بين المجموعات المجمعة لـ Ser و Thr و Asn مع Ile و Leu و Glu و Lys و Arg (R = -0.90). بالنسبة للمناطق المكشوفة من-strands ، من الواضح أنه في جميع بروتينات "α / β" وجميع بروتينات "α +" ، يفضل Ile و Leu و Glu و Lys و Arg وأن Ser و Thr و Asn غير مرغوب فيهما . تحتوي أنواع الطيات التي تفضل Ser أو Thr أو Asn على محتوى منخفض نسبيًا من Ile أو Leu أو Glu أو Lys أو Arg ، وهي بروتينات "all-". يوضح الشكل 8 أيضًا التوزيع الواسع لثنيات البروتينات "all-". بالنسبة إلى طيات SCOP ثنائية اللولب DS-helix و OB-fold للبروتينات "all-" ، تُفضل البقايا Ile أو Leu أو Glu أو Lys أو Arg في المناطق المكشوفة من السلاسل β. هذه الأنواع من الطيات لها جدائل β ملتوية ومثنية. بعض C.α يتم وضع الذرات في الخيوط في أسفل الوادي الضيق والعميق الذي تشكله خيوط الملتوية والمثنية (الشكل 9D و E). في مثل هذه المواضع ، لا تستطيع السلسلة الجانبية القطبية القصيرة من Ser أو Thr أو Asn الوصول إلى المذيب ، لذلك يفضل استخدام الأحماض الأمينية ذات السلاسل الجانبية الطويلة. وينطبق الشيء نفسه على البروتينات "α / β" (الشكل 9F و G). يتم تغطية ورقة β بواسطة حلزونات α والتواءات في بروتينات "α / β" ، مما يترك فقط مسافات ضيقة للبقايا في نهايات-strands للوصول إلى المذيب. على النقيض من ذلك ، فإن اثنين من SCOP يطويان concanavalin A و β-helix أحادي الجديلة (SS β-helix) يحتويان على محتوى مرتفع بشكل ملحوظ من Ser و Thr و Asn في المناطق المكشوفة من-strands وقد تعرض إلى حد كبير ومسطحة أوراق β (الشكل 9 أ ، ب ، ج). يوضح الشكل 9C أن Ser و Asn و Thr هم المهيمنون في الورقة المسطحة ، ولا يتصلون ببعضهم البعض بشكل كبير. تشير هذه النتائج إلى أن تكوين الأحماض الأمينية في المناطق المكشوفة من خيوط يتحكم في تكوين الالتواء في صفائح β.

        العلاقة بين ترددات المخلفات المكشوفة. العلاقة بين ترددات مخلفات Ile و Leu و Glu و Lys و Arg المكشوفة ، F ILEKR، وفضح مخلفات Ser و Thr و Asn ، F STN، في خيوط. فئات SCOP هي: α / بروتينات (□) ، α + بروتينات (Δ) وكل بروتينات (+).

        بقايا الأحماض الأمينية على خيوط من ثلاث طيات. بقايا الأحماض الأمينية في خيوط من كونكانافالين أ (أ, ب و ج، معرف PDB: 1IOA) ، DS β-helix (د و ه، معرف PDB: 1ODM) ، وبرميل TIM (F و جي، معرف PDB: 1SFS). تكون بقايا حلزونات α أرجوانية ملونة ، أما بقايا خيوط α فهي ملونة باللون الأصفر. يتم تلوين السلاسل الجانبية للمخلفات في خيوط حسب نوع الذرة (نيتروجين: أزرق ، أكسجين: أحمر ، كربون: رمادي) في C.

        وانغ وآخرون. [33] أظهر أن سلاسل β المعزولة في محاكاة الديناميكيات الجزيئية ليست ملتوية ، مما يشير إلى أن استقرار الالتواء يجب أن يكون بسبب التفاعلات بين الخيوط. وجدت دراسة محاكاة حاسوبية أخرى أن التفاعلات بين الخيوط بواسطة السلاسل الجانبية تُحدث تطورًا وأن السلاسل الجانبية المتفرعة مهمة لتشكيل الالتواء [34]. من ناحية أخرى ، كوه وآخرون. [35] وبوسكو وآخرون. [36] استخدمت التحليلات الإحصائية لإظهار أن هيكل-sheet يتحدد أساسًا من العمود الفقري ، وأن مساهمة السلاسل الجانبية صغيرة. يشير هذا إلى أن الالتواء هو خاصية متأصلة في سلسلة البولي ببتيد ، مما يعني أن β-strand يجب أن يلتف بغض النظر عن تسلسل الأحماض الأمينية. ومع ذلك ، تحتوي بعض الطيات على ورقة كبيرة / مسطحة ، مثل مجموعات SCOP concanavalin A و SS β-helix. استهدفت الدراسات السابقة فقط الضفيرة الملتوية ولم تركز على الورقة المسطحة. تشير نتائجنا إلى أن تركيبة الأحماض الأمينية في المناطق المكشوفة من خيوط قد تكون مرتبطة بالتواء وانحناء الشريط ، مما يدل على أن تفاعلات السلسلة الجانبية هي أيضًا عامل مهم في التواء-strand. التفسير البديهي هو أن السلاسل الجانبية الطويلة من Leu و Ile و Lys و Arg و Glu في المناطق المكشوفة تقترب من بعضها لتشكل النواة الكارهة للماء ، مما يؤدي إلى تكوين التفاف و / أو ثني في-strands. على النقيض من ذلك ، فإن السلاسل الجانبية لـ Ser و Thr و Asn بها نفاذية منخفضة للماء وقصيرة بحيث تكون التفاعلات الكارهة للماء بين السلاسل الجانبية ضعيفة وتنتج ورقة مسطحة. لذلك ، يبدو أن الإجهاد داخل ورقة β هو أحد العوامل الرئيسية التي تتحكم في ميل الأحماض الأمينية للطيات لخيوط.

        أنواع صفائح β وميل الأحماض الأمينية

        يمكن تصنيف الطيات حسب أنواع صفائحها إلى ثلاث صفائح متوازية ومضادة للتوازي ومختلطة. بالنسبة لفئة البروتين "all-β" وفئة البروتين "α + β" ، فإن صفائح β من جميع الطيات المستخدمة في هذه الدراسة عبارة عن صفائح β مضادة للتوازي تمامًا باستثناء SS β-helix الذي يحتوي على لوح متوازي تمامًا. تحتوي طيات فئة البروتين "α /" على صفائح β متوازية بشكل كامل أو أساسي. صفائح β من الطيات الثلاثة ، "شبيهة بالفلافودوكسين" ، "نطاقات NAD (P) - ملزمة Rossmann-fold" و "TIM beta / alpha-برميل" متوازية تمامًا ، في حين أن "Periplasmic ملزم بروتين يشبه II" و " طية Thioredoxin "لها ورقة مختلطة.

        بالنسبة للمخلفات المكشوفة لخيوط β (الشكل 8) ، تم توزيع قطع طيات فئة البروتينات "all-all" على نطاق واسع ، على الرغم من أنها عادةً ما تكون مضادة للتوازي تمامًا ، باستثناء SS β-helix. علاوة على ذلك ، فإن طيات فئة البروتينات "α /" لها تركيبات مختلفة من الأحماض الأمينية عن تلك الموجودة في SS β-helix ، على الرغم من أنها تحتوي على صفائح β متوازية. يوضح الشكل 7 أن المخططات الخاصة بطيات فئة البروتينات "all-" تم توزيعها على نطاق واسع وأن قطعة SS β-helix في وسط الرسم البياني. الكسور المتبقية (F أبور VIL) من الطيات الثلاث التي تحتوي على صفائح متوازية تمامًا تم توزيعها أيضًا على نطاق واسع (51.4 و 47.2 و 42.7٪).

        تشير هذه النتائج إلى أن الارتباطات الموجودة في الشكل 7 و 8 لا يمكن تفسيرها بأنواع أوراق β. وبالتالي ، نعتقد أن الميول لا تعتمد على أنواع أوراق β.

        متانة مجموعة البيانات

        قمنا بفحص متانة نتائجنا باستخدام مجموعة البيانات التي تضم أكثر من 1500 من المخلفات وأقل من 2000 من المخلفات ، والتي لم يتم تضمينها في مجموعة البيانات المستخدمة في هذه الدراسة ستة أضعاف لـ α-helix وثمانية طيات لخيوط β. بالنسبة إلى-strands ، لوحظ أيضًا ارتباطات قوية للمخلفات المدفونة (RWYQS-VIL = -0.81) وللمخلفات المكشوفة (R.ILEKR-STN = −0.78). لا توجد ارتباطات قوية للمخلفات المدفونة (R.WYQS-VIL = −0.64) وللمخلفات المكشوفة (R.ILEKR-STN = −0.48) في حلزونات ألفا. هذه النتائج هي نفسها تلك التي تم الحصول عليها لمجموعة البيانات التي تحتوي على أكثر من 2000 من المخلفات. لذلك ، يبدو أن النتائج المقدمة هنا مستقلة عن اختيار مجموعة البيانات.


        الجزء 7: أسئلة وأجوبة مستقلة

        السؤال 1: أي من الأحماض الأمينية التالية موجود بشكل طبيعي في التكوين R؟

        السؤال 2: لماذا توجد المخلفات الكارهة للماء غالبًا في الجزء الداخلي من البروتين؟

        أ) أنها تخفض إنتروبيا النظام

        ب) غالبًا ما تكون أقل كثافة من المخلفات المحبة للماء

        ج) تفاعلات فان دير فال أقوى من الروابط الهيدروجينية

        د) تكون طبقة الذوبان أقل ترتيبًا بالقرب من المخلفات المحبة للماء

        السؤال 3: أي من هذه الأشكال هو شكل من أشكال تفاعل الهيكل الأساسي؟

        ج) التفاعلات بين N-H و C = O من العمود الفقري للبروتين

        د) التفاعلات الكارهة للماء

        السؤال 4: يأمل الباحثون في تصميم مثبط متعدد الببتيد إلى موقع بالتسلسل المتكرر A-Q-E-K-K. أي من تسلسلات المثبط التالية من المرجح أن تنجح؟

        السؤال 5: أي مما يلي يصف بشكل أفضل نتيجة التحلل المائي لرابطة الببتيد؟

        أ) تهاجم المجموعة الأمينية لأحد الأحماض الأمينية مجموعة الكربوكسيل لحمض أميني آخر

        ب) يتم إطلاق جزيء الماء في المحلول

        ج) يتم إنتاج مجموعة الكربوكسيل ومجموعة الأمين من مجموعة الأميد

        د) تم تغيير طبيعة البروتين

        إجابات لأسئلة قائمة بذاتها

        اختيار الإجابة "ب" صحيح. يشير التكوين R و S إلى chirality في الكربون ألفا للحمض الأميني. نظرًا لتصنيفات الأولوية لجميع السلاسل الجانبية ، فإن جميع الأحماض الأمينية الـ 19 هي من التكوين S باستثناء السيستين. هذا يرجع إلى الأولوية العليا لسلسلة الثيول الجانبية على جزيء السيستين ، مما يجعلها تكوين R (الخيار B صحيح). تم العثور على جميع الأحماض الأمينية الأخرى باستثناء الجلايسين (وهو achiral) في التكوين S (الخيارات A و C و D غير صحيحة).

        اختيار الإجابة د صحيح. من وجهة نظر الديناميكا الحرارية ، تكون طبقة الذوبان أكثر ترتيبًا عندما تكون البقايا الكارهة للماء قريبة في الجوار نظرًا لوجود عدد أقل من الطرق الممكنة لإنشاء روابط هيدروجينية (الخيار D صحيح). الروابط الهيدروجينية أقوى من تفاعلات فان دير فال ، ولا يمكن للمخلفات غير القطبية المشاركة في الرابطة الهيدروجينية (الخيار C غير صحيح). توطين المخلفات الكارهة للماء ليس له علاقة بالكثافة أكثر من الانتروبيا في الواقع ، بعض السلاسل المحبة للماء مثل الأسبارتات والغلوتامات ضخمة جدًا (الخيار ب غير صحيح). تقلل المخلفات الكارهة للماء من إنتروبيا النظام عندما تكون على السطح الخارجي للبروتين بدلاً من الداخل (الخيار A غير صحيح).

        اختيار الإجابة "ب" صحيح. تتشكل روابط الببتيد بين الأحماض الأمينية ، وبالتالي تشكل البنية الأساسية للبروتين (الخيار B صحيح). التفاعلات بين مجموعات N-H و C = O من العمود الفقري للبروتين تشكل حلزونات ألفا وصفائح بيتا ، وأشكال بنية ثانوية (الخيار C غير صحيح). تعطي البنية الثلاثية الشكل للبروتينات الكروية وتنشأ من التفاعلات بين السلاسل الجانبية للأحماض الأمينية - بما في ذلك السلاسل الجانبية الكارهة للماء (الخيار D غير صحيح). تم العثور على روابط ثاني كبريتيد بين بقايا السيستين تساهم في كل من البنية الثالثة والهيكل الرباعي (الخيار A غير صحيح).

        اختيار الإجابة د صحيح. لتحقيق أقصى قدر من التجاذب بين المانع والموقع ، يجب أن يظهر التسلسلان عوامل جذب متشابهة. يحتوي الموقع التحفيزي ، مع التسلسل المتكرر للألانين - الجلوتامين - الجلوتامات - ليسين - ليسين ، على بقايا قاعدية غير قطبية - حمضية - قاعدية. نتيجة لذلك ، يجب أن يحتوي المثبط المطلوب على: بقايا غير قطبية - قطبية - قاعدية - حمضية - حمضية لتعظيم التفاعلات الكارهة للماء بين البقايا غير القطبية والعوامل الأيونية بين المخلفات الحمضية والقاعدية (الخيار D صحيح). سيؤدي وضع الألانين في الموضعين الرابع والخامس إلى تفاعلات ضعيفة مع اللايسين (الخيار A غير صحيح). قد يؤدي وضع بقايا حمضية في الموضع 1 إلى تفاعلات ضعيفة مع الألانين غير القطبية (الخيار B غير صحيح). التربتوفان ليس بقايا مشحونة ، وبالتالي لن يتم إقرانه جيدًا مع الغلوتامات (الخيار C غير صحيح).

        اختيار الإجابة C صحيح. تتشكل روابط الببتيد من خلال هجوم محبة للأنوية (الخيار أ غير صحيح). ينتج عن تكوين رابطة الببتيد أيضًا الجفاف ، أو إطلاق جزيء ماء واحد (الخيار B غير صحيح). يحدث التمسخ عندما تتعطل الهياكل الثانوية والثالثية والرباعية بدلاً من البنية الأساسية (الخيار D غير صحيح).


        شاهد الفيديو: Jednostavan trik za više mišića Protein Deload (ديسمبر 2022).