Struktura terciare e një proteine është mënyra në të cilën një zinxhir polipeptid paloset në hapësirën tre-dimensionale. Ky konformacion lind për shkak të formimit të lidhjeve kimike midis radikalëve të aminoacideve të largëta nga njëri-tjetri. Ky proces kryhet me pjesëmarrjen e mekanizmave molekularë të qelizës dhe luan një rol të madh në dhënien e aktivitetit funksional të proteinave.
Veçoritë e strukturës terciare
Llojet e mëposhtme të ndërveprimeve kimike janë karakteristike për strukturën terciare të proteinave:
- jonike;
- hidrogjen;
- hidrofobik;
- van der Waals;
- disulfid.
Të gjitha këto lidhje (përveç disulfidit kovalent) janë shumë të dobëta, megjithatë, për shkak të sasisë që stabilizojnë formën hapësinore të molekulës.
Në fakt, niveli i tretë i palosjes së zinxhirëve polipeptidikë është një kombinim i elementeve të ndryshme të strukturës dytësore (a-spira; shtresat e palosura β dhesythe), të cilat janë të orientuara në hapësirë për shkak të ndërveprimeve kimike midis radikaleve anësore të aminoacideve. Për të treguar në mënyrë skematike strukturën terciare të një proteine, α-spiralet tregohen me cilindra ose vija spirale, shtresat e palosura me shigjeta dhe sythe me vija të thjeshta.
Natyra e konformacionit terciar përcaktohet nga sekuenca e aminoacideve në zinxhir, kështu që dy molekula me të njëjtën strukturë parësore në kushte të barabarta do të korrespondojnë me të njëjtin variant të paketimit hapësinor. Ky konformacion siguron aktivitetin funksional të proteinës dhe quhet vendas.
Gjatë palosjes së molekulës së proteinës, përbërësit e qendrës aktive afrohen më shumë, të cilët në strukturën parësore mund të largohen ndjeshëm nga njëri-tjetri.
Për proteinat me një zinxhir, struktura terciare është forma funksionale përfundimtare. Proteinat komplekse me shumë nën-njësi formojnë një strukturë kuaternare që karakterizon renditjen e disa zinxhirëve në lidhje me njëri-tjetrin.
Karakterizimi i lidhjeve kimike në strukturën terciare të një proteine
Në një masë të madhe, palosja e zinxhirit polipeptid është për shkak të raportit të radikalëve hidrofilë dhe hidrofobikë. Të parët priren të ndërveprojnë me hidrogjenin (një element përbërës i ujit) dhe për këtë arsye janë në sipërfaqe, ndërsa rajonet hidrofobike, përkundrazi, nxitojnë në qendër të molekulës. Ky konformacion është energjikisht më i favorshmi. ATrezultati është një rruzull me një bërthamë hidrofobike.
Radikalët hidrofilë, të cilët megjithatë bien në qendër të molekulës, ndërveprojnë me njëri-tjetrin për të formuar lidhje jonike ose hidrogjenore. Lidhjet jonike mund të ndodhin midis radikaleve të aminoacideve të ngarkuara në mënyrë të kundërt, të cilat janë:
- grupet kationike të argininës, lizinës ose histidinës (kanë ngarkesë pozitive);
- Grupet karboksile të radikaleve të acidit glutamik dhe aspartik (kanë ngarkesë negative).
Lidhjet hidrogjenore formohen nga bashkëveprimi i grupeve hidrofile të pangarkuara (OH, SH, CONH2) dhe të ngarkuar. Lidhjet kovalente (më të fortat në konformacionin terciar) lindin midis grupeve SH të mbetjeve të cisteinës, duke formuar të ashtuquajturat ura disulfide. Në mënyrë tipike, këto grupe janë të ndara në një zinxhir linear dhe i afrohen njëri-tjetrit vetëm gjatë procesit të grumbullimit. Lidhjet disulfide nuk janë karakteristike për shumicën e proteinave ndërqelizore.
Labiliteti konformativ
Meqenëse lidhjet që formojnë strukturën terciare të një proteine janë shumë të dobëta, lëvizja Browniane e atomeve në një zinxhir aminoacidesh mund të shkaktojë thyerjen e tyre dhe formimin në vende të reja. Kjo çon në një ndryshim të lehtë në formën hapësinore të seksioneve individuale të molekulës, por nuk cenon konformimin vendas të proteinës. Ky fenomen quhet qëndrueshmëri konformacionale. Ky i fundit luan një rol të madh në fiziologjinë e proceseve qelizore.
Konformimi i proteinave ndikohet nga ndërveprimet e saj me të tjerëtmolekulat ose ndryshimet në parametrat fizikë dhe kimikë të mediumit.
Si formohet struktura terciare e një proteine
Procesi i palosjes së një proteine në formën e saj amtare quhet palosje. Ky fenomen bazohet në dëshirën e molekulës për të adoptuar një konformacion me një vlerë minimale të energjisë së lirë.
Asnjë proteinë nuk ka nevojë për instruktorë ndërmjetës që do të përcaktojnë strukturën terciare. Modeli i shtrimit fillimisht "regjistrohet" në sekuencën e aminoacideve.
Megjithatë, në kushte normale, në mënyrë që një molekulë e madhe proteine të përvetësojë një konformacion vendas që korrespondon me strukturën parësore, do të duheshin më shumë se një trilion vjet. Megjithatë, në një qelizë të gjallë, ky proces zgjat vetëm disa dhjetëra minuta. Një reduktim i tillë i ndjeshëm në kohë sigurohet nga pjesëmarrja në palosjen e proteinave ndihmëse të specializuara - foldaza dhe kaperone.
Palosja e molekulave të vogla proteinike (deri në 100 aminoacide në një zinxhir) ndodh mjaft shpejt dhe pa pjesëmarrjen e ndërmjetësve, gjë që u tregua nga eksperimentet in vitro.
Faktorët e palosjes
Proteinat ndihmëse të përfshira në palosjen ndahen në dy grupe:
- foldaza - kanë aktivitet katalitik, kërkohen në një sasi dukshëm më të ulët se përqendrimi i substratit (si enzimat e tjera);
- kaperone - proteina me një shumëllojshmëri mekanizmash veprimi, të nevojshme në një përqendrim të krahasueshëm me sasinë e substratit të palosur.
Të dy llojet e faktorëve marrin pjesë në palosjen, por nuk përfshihen nëprodukti përfundimtar.
Grupi i foldazave përfaqësohet nga 2 enzima:
- Protein disulfide isomerase (PDI) - kontrollon formimin e saktë të lidhjeve disulfide në proteinat me një numër të madh mbetjesh cisteine. Ky funksion është shumë i rëndësishëm, pasi ndërveprimet kovalente janë shumë të forta, dhe në rast të lidhjeve të gabuara, proteina nuk do të jetë në gjendje të riorganizohet dhe të marrë një konformacion origjinal.
- Peptidil-prolyl-cis-trans-izomeraza - siguron një ndryshim në konfigurimin e radikalëve të vendosur në anët e prolinës, gjë që ndryshon natyrën e kthesës së zinxhirit polipeptid në këtë zonë.
Kështu, foldazat luajnë një rol korrigjues në formimin e konformacionit terciar të molekulës proteinike.
Caperones
Caperone quhen ndryshe proteinat e goditjes nga nxehtësia ose stresi. Kjo është për shkak të një rritje të ndjeshme të sekretimit të tyre gjatë efekteve negative në qelizë (temperatura, rrezatimi, metalet e rënda, etj.).
Kaperonët i përkasin tre familjeve proteinike: hsp60, hsp70 dhe hsp90. Këto proteina kryejnë shumë funksione, duke përfshirë:
- Mbrojtja e proteinave nga denatyrimi;
- përjashtim i ndërveprimit të proteinave të saposintetizuara me njëra-tjetrën;
- parandalimi i formimit të lidhjeve të dobëta të pasakta midis radikalëve dhe labializimi (korrigjimi) i tyre.
Kështu, shoqëruesit kontribuojnë në përvetësimin e shpejtë të konformacionit të saktë energjik, duke përjashtuar numërimin e rastësishëm të shumë opsioneve dhe duke mbrojtur ende jo të pjekuramolekulat e proteinave nga ndërveprimi i panevojshëm me njëra-tjetrën. Përveç kësaj, shoqëruesit ofrojnë:
- disa lloje të transportit të proteinave;
- kontrolli i palosjes (restaurimi i strukturës terciare pas humbjes së saj);
- ruajtja e një gjendjeje palosëse të papërfunduar (për disa proteina).
Në rastin e fundit, molekula chaperone mbetet e lidhur me proteinën në fund të procesit të palosjes.
Denatyrim
Shkelja e strukturës terciare të një proteine nën ndikimin e ndonjë faktori quhet denatyrim. Humbja e konformacionit vendas ndodh kur thyhen një numër i madh i lidhjeve të dobëta që stabilizojnë molekulën. Në këtë rast, proteina humbet funksionin e saj specifik, por ruan strukturën e saj parësore (lidhjet peptide nuk shkatërrohen gjatë denatyrimit).
Gjatë denatyrimit, ndodh një rritje hapësinore në molekulën e proteinave dhe zonat hidrofobike përsëri dalin në sipërfaqe. Zinxhiri polipeptid fiton konformimin e një mbështjelljeje të rastësishme, forma e së cilës varet nga ajo se cilat lidhje të strukturës terciare të proteinës janë thyer. Në këtë formë, molekula është më e ndjeshme ndaj efekteve të enzimave proteolitike.
Faktorët që cenojnë strukturën terciare
Ka një sërë ndikimesh fizike dhe kimike që mund të shkaktojnë denatyrim. Këto përfshijnë:
- temperatura mbi 50 gradë;
- rrezatim;
- ndryshimi i pH-së së mediumit;
- kripëra të metaleve të rënda;
- disa komponime organike;
- detergjentë.
Pas përfundimit të efektit denatyrues, proteina mund të rivendosë strukturën terciare. Ky proces quhet rinaturim ose ripalosje. Në kushte in vitro, kjo është e mundur vetëm për proteinat e vogla. Në një qeli të gjallë, ripalosja sigurohet nga shoqëruesit.
