Struktur tertier protein ialah cara rantai polipeptida dilipat dalam ruang tiga dimensi. Konformasi ini timbul kerana pembentukan ikatan kimia antara radikal asid amino yang berjauhan antara satu sama lain. Proses ini dijalankan dengan penyertaan mekanisme molekul sel dan memainkan peranan yang besar dalam memberikan protein aktiviti berfungsi.
Ciri struktur tertiari
Jenis interaksi kimia berikut adalah ciri struktur tertier protein:
- ionik;
- hidrogen;
- hidrofobik;
- van der Waals;
- disulfida.
Semua ikatan ini (kecuali kovalen disulfida) adalah sangat lemah, bagaimanapun, disebabkan jumlah ikatan tersebut menstabilkan bentuk ruang molekul.
Sebenarnya, tahap ketiga lipatan rantai polipeptida ialah gabungan pelbagai unsur struktur sekunder (α-heliks; lapisan berlipat β dangelung), yang berorientasikan di angkasa kerana interaksi kimia antara radikal asid amino sampingan. Untuk menunjukkan secara skematik struktur tertier protein, α-heliks ditunjukkan oleh silinder atau garis lingkaran, lapisan dilipat dengan anak panah dan gelung dengan garisan ringkas.
Sifat konformasi tertiari ditentukan oleh jujukan asid amino dalam rantai, jadi dua molekul dengan struktur primer yang sama di bawah keadaan yang sama akan sepadan dengan varian pembungkusan ruang yang sama. Konformasi ini memastikan aktiviti berfungsi protein dan dipanggil asli.
Semasa lipatan molekul protein, komponen pusat aktif menjadi lebih rapat, yang dalam struktur primer boleh dibuang dengan ketara antara satu sama lain.
Untuk protein beruntai tunggal, struktur tertiari ialah bentuk berfungsi terakhir. Protein berbilang subunit kompleks membentuk struktur kuaternari yang mencirikan susunan beberapa rantai berhubung antara satu sama lain.
Pencirian ikatan kimia dalam struktur tertier protein
Sebahagian besar, lipatan rantai polipeptida adalah disebabkan oleh nisbah radikal hidrofilik dan hidrofobik. Yang pertama cenderung untuk berinteraksi dengan hidrogen (unsur konstituen air) dan oleh itu berada di permukaan, manakala kawasan hidrofobik, sebaliknya, bergegas ke pusat molekul. Konformasi ini secara bertenaga adalah yang paling menguntungkan. AThasilnya ialah globul dengan teras hidrofobik.
Radikal hidrofilik, yang bagaimanapun jatuh ke dalam pusat molekul, berinteraksi antara satu sama lain untuk membentuk ikatan ionik atau hidrogen. Ikatan ionik boleh berlaku antara radikal asid amino bercas bertentangan, iaitu:
- kumpulan kationik arginin, lisin atau histidin (mempunyai cas positif);
- Kumpulan karboksil radikal glutamat dan asid aspartik (mempunyai cas negatif).
Ikatan hidrogen terbentuk melalui interaksi tidak bercas (OH, SH, CONH2) dan kumpulan hidrofilik bercas. Ikatan kovalen (yang paling kuat dalam bentuk tertier) timbul antara kumpulan SH sisa sistein, membentuk jambatan disulfida yang dipanggil. Biasanya, kumpulan ini dijarakkan dalam rantai linear dan menghampiri satu sama lain hanya semasa proses menyusun. Ikatan disulfida bukan ciri kebanyakan protein intrasel.
Labiliti konformasi
Memandangkan ikatan yang membentuk struktur tertier protein adalah sangat lemah, pergerakan Brown atom dalam rantai asid amino boleh menyebabkan ia pecah dan terbentuk di tempat baharu. Ini membawa kepada perubahan sedikit dalam bentuk spatial bahagian individu molekul, tetapi tidak melanggar konformasi asli protein. Fenomena ini dipanggil labiliti konformasi. Yang terakhir ini memainkan peranan yang besar dalam fisiologi proses selular.
Konformasi protein dipengaruhi oleh interaksinya dengan orang lainmolekul atau perubahan dalam parameter fizikal dan kimia medium.
Bagaimana struktur tertier protein terbentuk
Proses melipat protein ke dalam bentuk asalnya dipanggil lipatan. Fenomena ini adalah berdasarkan keinginan molekul untuk menerima konformasi dengan nilai minimum tenaga bebas.
Tiada protein memerlukan pengajar perantara yang akan menentukan struktur tertiari. Corak peletakan pada mulanya "dirakam" dalam urutan asid amino.
Walau bagaimanapun, dalam keadaan biasa, untuk molekul protein yang besar menerima konformasi asli yang sepadan dengan struktur utama, ia akan mengambil masa lebih daripada satu trilion tahun. Namun begitu, dalam sel hidup, proses ini berlangsung hanya beberapa puluh minit. Pengurangan masa yang begitu ketara disediakan oleh penyertaan dalam lipatan protein tambahan khusus - lipatan dan pendamping.
Pelipatan molekul protein kecil (sehingga 100 asid amino dalam rantai) berlaku agak cepat dan tanpa penglibatan perantara, yang ditunjukkan oleh eksperimen in vitro.
Faktor lipatan
Protein tambahan yang terlibat dalam lipatan dibahagikan kepada dua kumpulan:
- foldases - mempunyai aktiviti pemangkin, diperlukan dalam jumlah yang jauh lebih rendah daripada kepekatan substrat (seperti enzim lain);
- chaperones - protein dengan pelbagai mekanisme tindakan, diperlukan dalam kepekatan yang setanding dengan jumlah substrat terlipat.
Kedua-dua jenis faktor mengambil bahagian dalam lipatan, tetapi tidak termasuk dalamproduk akhir.
Kumpulan lipatan diwakili oleh 2 enzim:
- Protein disulfide isomerase (PDI) - mengawal pembentukan ikatan disulfida yang betul dalam protein dengan sejumlah besar sisa sistein. Fungsi ini sangat penting, memandangkan interaksi kovalen sangat kuat, dan sekiranya berlaku sambungan yang salah, protein tidak akan dapat menyusun semula dirinya dan mengambil bentuk asli.
- Peptidyl-prolyl-cis-trans-isomerase - menyediakan perubahan dalam konfigurasi radikal yang terletak pada sisi prolin, yang mengubah sifat lenturan rantai polipeptida di kawasan ini.
Oleh itu, lipatan memainkan peranan pembetulan dalam pembentukan konformasi tertier molekul protein.
Chaperones
Chaperones sebaliknya dipanggil kejutan haba atau protein tekanan. Ini disebabkan oleh peningkatan ketara dalam rembesannya semasa kesan negatif pada sel (suhu, sinaran, logam berat, dll.).
Chaperones tergolong dalam tiga keluarga protein: hsp60, hsp70 dan hsp90. Protein ini melakukan banyak fungsi, termasuk:
- Perlindungan protein daripada denaturasi;
- pengecualian interaksi protein yang baru disintesis antara satu sama lain;
- menghalang pembentukan ikatan lemah yang tidak betul antara radikal dan labialisasinya (pembetulan).
Oleh itu, pendamping menyumbang kepada pemerolehan pantas konformasi yang betul secara bertenaga, tidak termasuk penghitungan rawak bagi banyak pilihan dan melindungi yang belum matangmolekul protein daripada interaksi yang tidak perlu antara satu sama lain. Selain itu, pendamping menyediakan:
- beberapa jenis pengangkutan protein;
- kawalan lipatan semula (pemulihan struktur tertier selepas kehilangannya);
- mengekalkan keadaan lipatan yang belum selesai (untuk sesetengah protein).
Dalam kes kedua, molekul pendamping kekal terikat pada protein pada penghujung proses pelipatan.
Denaturasi
Pelanggaran struktur tertiari protein di bawah pengaruh mana-mana faktor dipanggil denaturasi. Kehilangan konformasi asli berlaku apabila sejumlah besar ikatan lemah yang menstabilkan molekul dipecahkan. Dalam kes ini, protein kehilangan fungsi spesifiknya, tetapi mengekalkan struktur utamanya (ikatan peptida tidak dimusnahkan semasa denaturasi).
Semasa denaturasi, peningkatan ruang dalam molekul protein berlaku, dan kawasan hidrofobik kembali muncul ke permukaan. Rantai polipeptida memperoleh konformasi gegelung rawak, bentuknya bergantung pada ikatan struktur tertier protein mana yang telah dipecahkan. Dalam bentuk ini, molekul lebih mudah terdedah kepada kesan enzim proteolitik.
Faktor yang melanggar struktur tertiari
Terdapat beberapa pengaruh fizikal dan kimia yang boleh menyebabkan denaturasi. Ini termasuk:
- suhu melebihi 50 darjah;
- radiasi;
- menukar pH medium;
- garam logam berat;
- beberapa sebatian organik;
- detergen.
Selepas penamatan kesan denaturasi, protein boleh memulihkan struktur tertier. Proses ini dipanggil renaturasi atau lipatan semula. Di bawah keadaan in vitro, ini hanya mungkin untuk protein kecil. Dalam sel hidup, lipatan semula disediakan oleh pendamping.
