التركيب الرباعي للبروتينات: الخصائص - مادة الاحياء - 2026

يحدد الهيكل الرباعي للبروتينات العلاقات المكانية بين كل من الوحدات الفرعية متعددة الببتيد المرتبطة بالقوى غير التساهمية. في البروتينات البوليمرية ، تسمى كل سلسلة من سلاسل البولي ببتيد التي تتكون منها الوحدات الفرعية أو البروتومرات.

يمكن أن تتكون البروتينات من واحد (أحادي) ، أو اثنين (ثنائي الأبعاد) ، أو عدة (أوليغومير) ، أو العديد من البروتومرات (بوليمرية). يمكن أن يكون لهذه البروتومرات بنية جزيئية متشابهة أو مختلفة جدًا. في الحالة الأولى ، يقال إنها بروتينات متماثلة النمط وفي الحالة الثانية ، متغايرة النمط.

مثال على التركيب الرباعي لبروتين مستضد نووي خلوي منتشر. مأخوذة وتحرير من: Thomas Shafee.

في التدوين العلمي ، يستخدم علماء الكيمياء الحيوية أحرفًا يونانية منخفضة لوصف التركيب الأولي للبروتينات. على سبيل المثال ، تم تعيين بروتين متماثل رباعي النمط α ₄ ، في حين تم تعيين بروتين رباعي مكون من ثنائيات مميزة α ₂ β ₂.

هيكل البروتين

البروتينات هي جزيئات معقدة تأخذ تكوينات مختلفة ثلاثية الأبعاد. هذه التكوينات فريدة لكل بروتين وتسمح لهم بأداء وظائف محددة للغاية. مستويات التنظيم الهيكلي للبروتينات هي كما يلي.

الهيكل الأساسي

يشير إلى التسلسل الذي يتم فيه ترتيب الأحماض الأمينية المختلفة في سلسلة البولي ببتيد. يتم إعطاء هذا التسلسل من خلال تسلسل الحمض النووي الذي يشفر البروتين المذكور.

الهيكل الثانوي

لا تكون معظم البروتينات عبارة عن سلاسل طويلة ممتدة من الأحماض الأمينية بالكامل ، ولكنها تحتوي على مناطق يتم طيها بانتظام إلى لولب أو صفائح. هذا الطي هو ما يسمى بالهيكل الثانوي.

الهيكل الثالث

يمكن طي المساحات المطوية للهيكل الثانوي بدورها وتجميعها في هياكل أكثر إحكاما. هذه الطية الأخيرة هي التي تعطي البروتين شكله ثلاثي الأبعاد.

هيكل رباعي

في البروتينات التي تتكون من أكثر من وحدة فرعية واحدة ، الهياكل الرباعية هي العلاقات المكانية الموجودة بين كل وحدة فرعية ، والتي ترتبط بواسطة روابط غير تساهمية.

الهياكل الأولية والثانوية والثالثية والرباعية للبروتينات ، والتشكيل ثلاثي الأبعاد. مأخوذة وتحرير من: أليخاندرو بورتو.

استقرار الهيكل الرباعي

يتم تثبيت البنية ثلاثية الأبعاد للبروتينات عن طريق التفاعلات الضعيفة أو غير التساهمية. في حين أن هذه الروابط أو التفاعلات أضعف بكثير من الروابط التساهمية العادية ، إلا أنها عديدة وتأثيرها التراكمي قوي. هنا سنلقي نظرة على بعض التفاعلات الأكثر شيوعًا.

التفاعلات الطاردة للماء

تحتوي بعض الأحماض الأمينية على سلاسل جانبية كارهة للماء. عندما تحتوي البروتينات على هذه الأحماض الأمينية ، فإن طي الجزيء يأمر هذه السلاسل الجانبية باتجاه الجزء الداخلي من البروتين ويحميها من الماء. تعني طبيعة السلاسل الجانبية المختلفة أنها تساهم بطرق مختلفة في التأثير الكارثي للماء.

تفاعلات فان دير فال

تحدث هذه التفاعلات عندما تقترب الجزيئات أو الذرات غير المرتبطة بالروابط التساهمية من بعضها البعض ، ولهذا السبب تبدأ مداراتها الإلكترونية الخارجية في التداخل.

في ذلك الوقت ، يتم إنشاء قوة طاردة بين هذه الذرات التي تنمو بسرعة كبيرة مع اقتراب مراكز كل منها. هذه هي ما يسمى ب "قوات فان دير فال".

تفاعلات الحمل

إنه التفاعل الكهروستاتيكي الذي يحدث بين زوج من الجسيمات المشحونة. يحدث هذا النوع من التفاعل في البروتينات ، بسبب الشحنات الكهربائية الصافية للبروتين ، والشحنة الفردية للأيونات الموجودة بداخله. يسمى هذا النوع من التفاعل أحيانًا جسر الملح.

روابط هيدروجينية

يتم إنشاء رابطة هيدروجينية بين ذرة هيدروجين مرتبطة تساهميًا بمجموعة مانحة لرابطة الهيدروجين وزوج من الإلكترونات الحرة التي تنتمي إلى مجموعة متقبل السندات.

هذا النوع من الروابط مهم للغاية ، لأن خصائص العديد من الجزيئات ، بما في ذلك الماء والجزيئات البيولوجية ، ترجع إلى حد كبير إلى الروابط الهيدروجينية. تشترك في خصائص الروابط التساهمية (تتم مشاركة الإلكترونات) وأيضًا في التفاعلات غير التساهمية (تفاعل الشحنة والشحنة).

تفاعلات ثنائي القطب

في الجزيئات ، بما في ذلك البروتينات ، التي لا تحتوي على شحنة صافية ، يمكن أن يحدث ترتيب غير منتظم لشحناتها الداخلية ، حيث يكون أحد طرفيها أكثر سلبية من الآخر. هذا هو ما يعرف باسم ثنائي القطب.

يمكن أن تكون هذه الحالة ثنائية القطب للجزيء دائمة ، ولكن يمكن أيضًا أن تحدث. يمكن أن تنجذب ثنائيات الأقطاب إلى الأيونات أو إلى ثنائيات القطب الأخرى. إذا كانت ثنائيات الأقطاب دائمة ، يكون للتفاعل نطاق أكبر من ذلك مع ثنائيات الأقطاب المستحثة.

بالإضافة إلى هذه التفاعلات غير التساهمية ، فإن بعض البروتينات قليلة القسيمات تثبت تركيبها الرباعي من خلال نوع من الرابطة التساهمية ، رابطة ثاني كبريتيد. يتم إنشاء هذه بين مجموعات السلفهيدريل لسيستين من البروتومرات المختلفة.

تساعد روابط ثاني كبريتيد أيضًا على استقرار البنية الثانوية للبروتينات ، ولكنها في هذه الحالة تربط بقايا السيستينيل داخل نفس البولي ببتيد (روابط ثنائي كبريتيد الببتيد الداخلي).

التفاعلات بين البروتومرات

كما هو مذكور أعلاه ، في البروتينات التي تتكون من عدة وحدات فرعية أو بروتومرات ، يمكن أن تكون هذه الوحدات الفرعية متشابهة (نمطية) أو مختلفة (غير متجانسة).

التفاعلات النمطية

الوحدات الفرعية التي يتكون منها البروتين هي سلاسل متعددة الببتيد غير متماثلة. ومع ذلك ، في التفاعلات النمطية ، يمكن لهذه الوحدات الفرعية أن ترتبط بطرق مختلفة ، وتحقق أنواعًا مختلفة من التناظر.

توجد المجموعات المتفاعلة لكل بروتومر بشكل عام في مواقع مختلفة ، وهذا هو سبب تسميتها بالتفاعلات غير المتجانسة. تحدث التفاعلات غير المتجانسة بين الوحدات الفرعية المختلفة أحيانًا بطريقة تلتف كل وحدة فرعية فيما يتعلق بالوحدة السابقة ، لتكون قادرة على تحقيق بنية حلزونية.

في مناسبات أخرى ، تحدث التفاعلات بطريقة يتم فيها ترتيب مجموعات محددة من الوحدات الفرعية حول واحد أو أكثر من محاور التناظر ، في ما يُعرف باسم تناظر مجموعة النقاط. عندما يكون هناك عدة محاور للتناظر ، تدور كل وحدة فرعية فيما يتعلق بجارتها 360 درجة / ن (حيث يمثل n عدد المحاور).

من بين أنواع التناظر التي تم الحصول عليها بهذه الطريقة ، على سبيل المثال ، الحلزوني والمكعب والعشروني الوجوه.

عندما تتفاعل وحدتان فرعيتان من خلال محور ثنائي ، فإن كل وحدة تدور 180 درجة فيما يتعلق بالأخرى ، حول هذا المحور. يُعرف هذا التناظر باسم تناظر C ₂. في ذلك ، تكون مواقع التفاعل في كل وحدة فرعية متطابقة ؛ في هذه الحالة ، لا نتحدث عن تفاعل غير متجانس ، بل نتحدث عن تفاعل متماثل.

على العكس من ذلك ، إذا كان الارتباط بين مكوني الثنائيات غير متجانسة ، فسيتم الحصول على ثنائى غير متماثل.

تفاعلات غير متجانسة

الوحدات الفرعية التي تتفاعل في البروتين ليست دائمًا من نفس الطبيعة. هناك بروتينات تتكون من اثني عشر وحدة فرعية مختلفة أو أكثر.

التفاعلات التي تحافظ على استقرار البروتين هي نفسها بالنسبة للتفاعلات المتماثلة ، ولكن يتم الحصول على جزيئات غير متماثلة تمامًا بشكل عام.

الهيموغلوبين ، على سبيل المثال ، هو رباعي الأسطوانات يحتوي على زوجين مختلفين من الوحدات الفرعية (α ₂ β ₂).

التركيب الرباعي للهيموجلوبين. مأخوذة وتحرير من: Benjah-bmm27. تم التعديل بواسطة اليخاندرو بورتو..

المراجع

1. سي كي ماثيوز ، كيه إي فان هولد & كغ أهيرن (2002). الكيمياء الحيوية. الطبعة الثالثة. شركة بنيامين / كامينغز للنشر.
2. آر كيه موراي ، ب.مايز ، دي سي جرانر وفولكس فاجن رودويل (1996). الكيمياء الحيوية هاربر. أبليتون ولانج
3. JM Berg ، JL Tymoczko & L. Stryer (2002). الكيمياء الحيوية. الطبعة الخامسة. دبليو فريمان وشركاه.
4. جيه كولمان و K.-H Roehm (2005). أطلس اللون للكيمياء الحيوية. الطبعة الثانية. ثيمي.
5. إيه لينينجر (1978). الكيمياء الحيوية. Ediciones Omega، SA
6. سترير (1995). الكيمياء الحيوية. دبليو إتش فريمان وشركاه ، نيويورك.