تمسخ البروتين: العوامل والعواقب - مادة الاحياء - 2025

يتكون تمسخ البروتينات من فقدان البنية ثلاثية الأبعاد بسبب عوامل بيئية مختلفة ، مثل درجة الحرارة أو درجة الحموضة أو عوامل كيميائية معينة. يؤدي فقدان الهيكل إلى فقدان الوظيفة البيولوجية المرتبطة بهذا البروتين ، سواء كان بروتينًا إنزيميًا أو هيكليًا أو ناقلًا ، من بين أمور أخرى.

إن بنية البروتين شديدة الحساسية للتغيرات. يمكن أن يؤدي زعزعة استقرار رابطة هيدروجين أساسية واحدة إلى إفساد البروتين. بالطريقة نفسها ، هناك تفاعلات ليست ضرورية تمامًا لأداء وظيفة البروتين ، وفي حالة عدم الاستقرار ، لا يكون لها أي تأثير على الوظيفة.

هيكل البروتينات

من أجل فهم عمليات تمسخ البروتين ، يجب أن نعرف كيف يتم تنظيم البروتينات. هذه الهياكل الأولية والثانوية والثالثية والرباعية الحالية.

الهيكل الأساسي

إنه تسلسل الأحماض الأمينية التي تشكل البروتين المذكور. الأحماض الأمينية هي اللبنات الأساسية التي تتكون منها هذه الجزيئات الحيوية ، وهناك 20 نوعًا مختلفًا ، لكل منها خصائص فيزيائية وكيميائية معينة. ترتبط ببعضها البعض عن طريق رابطة الببتيد.

الهيكل الثانوي

في هذا الهيكل ، تبدأ هذه السلسلة الخطية من الأحماض الأمينية في الثني من خلال روابط الهيدروجين. هناك نوعان من الهياكل الثانوية الأساسية: حلزون α ، حلزوني الشكل ؛ والورقة المطوية β ، عندما يتم محاذاة سلسلتين خطيتين على التوازي.

الهيكل الثالث

إنها تتضمن أنواعًا أخرى من القوى التي تؤدي إلى ثنيات محددة للشكل ثلاثي الأبعاد.

يمكن أن تشكل سلاسل R لبقايا الأحماض الأمينية التي تشكل بنية البروتين جسور ثاني كبريتيد ، وتتجمع الأجزاء الكارهة للماء من البروتينات معًا من الداخل ، بينما تواجه تلك البروتينات المحبة للماء. تعمل قوى فان دير فال كمثبتات للتفاعلات الموصوفة.

هيكل رباعي

يتكون من مجاميع من وحدات البروتين.

عندما يتم تغيير طبيعة البروتين ، فإنه يفقد بنيته الرباعية والثالثية والثانوية ، بينما يظل البروتين الأساسي سليمًا. توفر البروتينات الغنية بروابط ثاني كبريتيد (البنية الثلاثية) مقاومة أكبر للتمسخ.

العوامل المسببة للتمسخ

أي عامل يزعزع استقرار الروابط غير التساهمية المسؤولة عن الحفاظ على البنية الأصلية للبروتين يمكن أن يتسبب في تمسخه. من بين أهم ما يمكن أن نذكره:

الرقم الهيدروجيني

عند قيم الأس الهيدروجيني المتطرفة للغاية ، سواء كانت حمضية أو قاعدية ، يمكن أن يفقد البروتين تكوينه ثلاثي الأبعاد. فائض H ⁺ وOH ^- الأيونات في المتوسط يزعزع استقرار التفاعلات البروتينية.

هذا التغيير في النمط الأيوني يسبب تمسخ. يمكن أن يكون التمسخ بواسطة الأس الهيدروجيني قابلاً للعكس في بعض الحالات ، وفي حالات أخرى لا رجوع فيه.

درجة الحرارة

يحدث التمسخ الحراري مع زيادة درجة الحرارة. في الكائنات الحية التي تعيش في ظروف بيئية متوسطة ، تبدأ البروتينات في عدم الاستقرار عند درجات حرارة أعلى من 40 درجة مئوية. من الواضح أن بروتينات الكائنات المحبة للحرارة يمكنها تحمل نطاقات درجات الحرارة هذه.

تُترجم الزيادات في درجة الحرارة إلى زيادة الحركات الجزيئية التي تؤثر على الروابط الهيدروجينية والروابط غير التساهمية الأخرى ، مما يؤدي إلى فقدان البنية الثلاثية.

هذه الزيادات في درجة الحرارة تؤدي إلى انخفاض في معدل التفاعل إذا كنا نتحدث عن الإنزيمات.

المواد الكيميائية

تؤثر المواد القطبية - مثل اليوريا - بتركيزات عالية على الروابط الهيدروجينية. أيضًا ، يمكن أن يكون للمواد غير القطبية عواقب مماثلة.

يمكن للمنظفات أيضًا أن تزعزع استقرار بنية البروتين ؛ ومع ذلك ، فهي ليست عملية عدوانية ويمكن عكسها في الغالب.

تقليل الوكلاء

Β-Mercaptoethanol (HOCH2CH2SH) هو عامل كيميائي غالبًا ما يستخدم في المختبر لتغيير طبيعة البروتينات. وهي مسؤولة عن تقليل جسور ثاني كبريتيد بين بقايا الأحماض الأمينية. يمكن أن يزعزع استقرار البنية الثلاثية أو الرباعية للبروتين.

عامل اختزال آخر له وظائف مماثلة هو ديثيوثريتول (DTT). علاوة على ذلك ، فإن العوامل الأخرى التي تساهم في فقدان البنية الأصلية للبروتينات هي المعادن الثقيلة بتركيزات عالية والأشعة فوق البنفسجية.

الآثار

عندما يحدث تمسخ ، يفقد البروتين وظيفته. تعمل البروتينات على النحو الأمثل عندما تكون في حالتها الأصلية.

لا يرتبط فقدان الوظيفة دائمًا بعملية التمسخ. قد يكون التغيير الطفيف في بنية البروتين يؤدي إلى فقدان الوظيفة دون زعزعة استقرار الهيكل ثلاثي الأبعاد بأكمله.

قد تكون العملية لا رجعة فيها وقد لا تكون كذلك. في المختبر ، إذا تم عكس الظروف ، فقد يعود البروتين إلى تكوينه الأولي.

إعادة التشبع

تم إثبات واحدة من أكثر التجارب شهرة وحسمًا حول إعادة التشبع في الريبونوكلياز أ.

عندما أضاف الباحثون عوامل تغيير طبيعة مثل اليوريا أو مركابتوإيثانول ، تم تغيير طبيعة البروتين. إذا تمت إزالة هذه العوامل ، فإن البروتين يعود إلى شكله الأصلي ويمكن أن يؤدي وظيفته بكفاءة 100٪.

كان أحد أهم استنتاجات هذا البحث هو إثبات تجريبيًا أن التشكل ثلاثي الأبعاد للبروتين يتم الحصول عليه من خلال هيكله الأساسي.

في بعض الحالات ، تكون عملية التمسخ لا رجوع فيها تمامًا. على سبيل المثال ، عندما نقوم بطهي بيضة ، فإننا نطبق الحرارة على البروتينات (البروتين الرئيسي هو الألبومين) التي تتكون منها ، ويأخذ اللون الأبيض مظهرًا صلبًا وبياضًا. يمكننا بشكل بديهي أن نستنتج أنه حتى لو قمنا بتبريده ، فلن يعود إلى شكله الأولي.

في معظم الحالات ، تكون عملية التمسخ مصحوبة بفقدان القابلية للذوبان. كما أنه يقلل من اللزوجة وسرعة الانتشار ويتبلور بسهولة أكبر.

بروتينات Chaperone

المرافقات أو البروتينات المرافقة مسؤولة عن منع تمسخ البروتينات الأخرى. كما أنها تمنع تفاعلات معينة غير مناسبة بين البروتينات لضمان طيها بشكل صحيح.

عندما تزداد درجة حرارة الوسط ، تزيد هذه البروتينات تركيزها وتعمل على منع تمسخ البروتينات الأخرى. هذا هو السبب في أنها تسمى أيضًا "بروتينات الصدمة الحرارية" أو HSPs (بروتينات الصدمة الحرارية).

Chaperonins تشبه القفص أو البرميل الذي يحمي بروتين الفائدة بداخله.

تم الإبلاغ عن هذه البروتينات التي تستجيب لحالات الإجهاد الخلوي في مجموعات مختلفة من الكائنات الحية ويتم الحفاظ عليها بشكل كبير. هناك فئات مختلفة من المرافقون ويتم تصنيفهم حسب وزنهم الجزيئي.

المراجع

1. كامبل ، NA ، & Reece ، JB (2007). مادة الاحياء. عموم أمريكا الطبية Ed.
2. ديفلين ، TM (2004). الكيمياء الحيوية: كتاب مدرسي مع التطبيقات السريرية. أنا عكس.
3. كولمان ، ج. ، وروم ، كيه إتش (2005). الكيمياء الحيوية: نص وأطلس. عموم أمريكا الطبية Ed.
4. ميلو ، في ، رويز ، في إم ، وكواماتزي ، أو. (2007). الكيمياء الحيوية لعمليات التمثيل الغذائي. العودة.
5. باتشيكو ، دي ، وليال ، موانئ دبي (2004). الكيمياء الحيوية الطبية. التحرير ليموزا.
6. بينا ، أ ، أرويو ، أ. ، جوميز ، أ ، وتابيا ، ر. (1988). الكيمياء الحيوية. التحرير ليموزا.
7. Sadava، D.، & Purves، WH (2009). الحياة: علم الأحياء. عموم أمريكا الطبية Ed.
8. Tortora، GJ، Funke، BR، & Case، CL (2007). مقدمة في علم الأحياء الدقيقة. عموم أمريكا الطبية Ed.
9. Voet ، D. ، Voet ، JG ، & Pratt ، CW (2007). أساسيات الكيمياء الحيوية. عموم أمريكا الطبية Ed.