Из Википедии, бесплатной энциклопедии
  (Перенаправлено из термодинамической гипотезы )
Перейти к навигации Перейти к поиску
Сложенная трехмерная структура рибонуклеазы А

Догма Анфинсена , также известная как термодинамическая гипотеза , является постулатом молекулярной биологии . Он утверждает, что, по крайней мере, для небольшого глобулярного белка в его стандартной физиологической среде, нативная структура определяется только аминокислотной последовательностью белка . [1] Догма отстаивает в лауреате Нобелевской премии [2] Анфинсна из его исследования по складыванию рибонуклеазы А . [3] [4]Постулат сводится к утверждению, что в условиях окружающей среды (температура, концентрация и состав растворителя и т. Д.), При которых происходит сворачивание, нативная структура является уникальным, стабильным и кинетически доступным минимумом свободной энергии. Другими словами, есть три условия для образования уникальной белковой структуры:

  • Уникальность - требуется, чтобы последовательность не имела другой конфигурации с сопоставимой свободной энергией. Следовательно, минимум свободной энергии должен быть неизменным .
  • Стабильность - небольшие изменения в окружающей среде не могут привести к изменениям минимальной конфигурации. Это можно представить как поверхность свободной энергии, которая больше похожа на воронку (с естественным состоянием на ее дне), чем на суповую тарелку (с несколькими тесно связанными низкоэнергетическими состояниями); поверхность свободной энергии вокруг нативного состояния должна быть довольно крутой и высокой, чтобы обеспечить стабильность.
  • Кинетическая доступность - означает, что путь на поверхности свободной энергии от развернутого до сложенного состояния должен быть достаточно гладким или, другими словами, что складывание цепи не должно включать очень сложные изменения формы (например, узлов или других высоких заказа).

Вызов догме Анфинсена [ править ]

Сворачивание белка в клетке - очень сложный процесс, который включает транспортировку вновь синтезированных белков в соответствующие клеточные компартменты посредством нацеливания , постоянного неправильного свертывания , временно развернутых состояний , посттрансляционных модификаций , контроля качества и образования белковых комплексов, которым способствуют шапероны .

Некоторым белкам для правильного сворачивания требуется помощь белков-шаперонов . Было высказано предположение, что это опровергает догму Анфинсена. Однако, похоже, что шапероны не влияют на конечное состояние белка; они, по-видимому, работают в первую очередь за счет предотвращения агрегации нескольких белковых молекул до окончательного свернутого состояния белка. Однако, по крайней мере, некоторые шапероны необходимы для правильного сворачивания рассматриваемых белков. [5]

Многие белки также могут подвергаться агрегации и неправильной укладке . Например, прионы представляют собой стабильные конформации белков, которые отличаются от нативного состояния укладки. При губчатой ​​энцефалопатии крупного рогатого скота нативные белки повторно сворачиваются в другую стабильную конформацию, что вызывает фатальное накопление амилоида . Другие амилоидные заболевания, включая болезнь Альцгеймера и болезнь Паркинсона , также являются исключением из догмы Анфинсена. [6]

Некоторые белки имеют несколько нативных структур и меняют свою складку в зависимости от некоторых внешних факторов. Например, белковый комплекс KaiB переключается в течение дня , действуя как часы для цианобактерий. Было подсчитано, что около 0,5–4% белков PDB сворачиваются. [7] Переключение между альтернативными структурами обусловлено взаимодействием белка с небольшими лигандами или другими белками, химическими модификациями (такими как фосфорилирование ) или измененными условиями окружающей среды, такими как температура, pH или мембранный потенциал . Каждая альтернативная структура может либо соответствовать глобальному минимуму свободной энергии белка в данных условиях, либо бытькинетически захвачена более высоким локальным минимумом свободной энергии. [8]

Ссылки [ править ]

  1. ^ Анфинсен CB (1973). «Принципы, регулирующие складывание белковых цепей». Наука . 181 (4096): 223–230. Bibcode : 1973Sci ... 181..223A . DOI : 10.1126 / science.181.4096.223 . PMID  4124164 .
  2. ^ «Пресс-релиз: Нобелевская премия по химии 1972 года» . Nobelprize.org (пресс-релиз).
  3. ^ Белый FH (1961). «Регенерация нативных вторичных и третичных структур окислением восстановленной рибонуклеазы на воздухе». J. Biol. Chem . 236 : 1353–1360. PMID 13784818 . 
  4. ^ Анфинсен CB, Хабер E, Sela M, Белый FH - младший (1961). «Кинетика образования нативной рибонуклеазы при окислении восстановленной полипептидной цепи» . PNAS . 47 (9): 1309–1314. Bibcode : 1961PNAS ... 47.1309A . DOI : 10.1073 / pnas.47.9.1309 . PMC 223141 . PMID 13683522 .  
  5. ^ Крис Пауэлс и другие (2007). "Сопровождение Анфинсена: стерические складки" (PDF) . Молекулярная микробиология . 64 (4): 917–922. DOI : 10.1111 / j.1365-2958.2007.05718.x . PMID 17501917 . Архивировано из оригинального (PDF) 23 мая 2012 года.  
  6. ^ "Сворачивание белков и неправильное сворачивание" . Лаборатория Роудса Йельского университета. Архивировано из оригинала на 2012-07-19 . Проверено 24 августа 2012 .
  7. ^ Портер, Лорен Л .; Лугер, Лорен Л. (5 июня 2018 г.). «Существующие белки с переключением складок широко распространены» . Труды Национальной академии наук . 115 (23): 5968–5973. DOI : 10.1073 / pnas.1800168115 .
  8. ^ Варела, Анджела Э .; Англия, Кевин А.; Кавагнеро, Сильвия (2019). «Кинетический захват в сворачивании белка» . Разработка и отбор протеиновой инженерии . 32 (2): 103–108. DOI : 10,1093 / белок / gzz018 . PMID 31390019 . 

Дальнейшее чтение [ править ]

  • Села М., Уайт Ф. Х. младший, Анфинсен CB (1957). «Восстановительное расщепление дисульфидных мостиков рибонуклеазой». Наука . 125 (3250): 691–692. Bibcode : 1957Sci ... 125..691S . DOI : 10.1126 / science.125.3250.691 . PMID  13421663 . S2CID  36895461 .
  • Анфинсен CB, Haber E (1961). «Исследования по восстановлению и повторному образованию белковых дисульфидных связей». J. Biol. Chem . 236 : 1361–1363. PMID  13683523 .
  • Мур С., Стейн WH (1973). «Химические структуры рибонуклеазы и дезоксирибонуклеазы поджелудочной железы». Наука . 180 (4085): 458–464. Bibcode : 1973Sci ... 180..458M . DOI : 10.1126 / science.180.4085.458 . PMID  4573392 .
  • Профили в науке: статьи-статьи Кристиана Б. Анфинсена