Догма Анфинсена
Догма Анфинсена , также известная как термодинамическая гипотеза , является постулатом молекулярной биологии . В нем говорится, что, по крайней мере, для небольшого глобулярного белка в его стандартной физиологической среде, нативная структура белка определяется только аминокислотной последовательностью . [1] Догму . отстаивал лауреат Нобелевской премии [2] Кристиан Б. Анфинсен из своего исследования сворачивания А. рибонуклеазы [3] [4] Постулат сводится к тому, что в условиях окружающей среды (температура, концентрация и состав растворителя и т. д.), при которых происходит сворачивание, нативная структура представляет собой уникальный, стабильный и кинетически доступный минимум свободной энергии. Другими словами, есть три условия для формирования уникальной структуры белка:
- Уникальность – требует, чтобы последовательность не имела другой конфигурации с сопоставимой свободной энергией. Следовательно, минимум свободной энергии не должен подвергаться сомнению .
- 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 нативным состоянием на дне), чем на тарелку с супом (с несколькими тесно связанными низкоэнергетическими состояниями); поверхность свободной энергии вокруг естественного состояния должна быть довольно крутой и высокой, чтобы обеспечить стабильность.
- Кинетическая доступность . Означает, что путь на поверхности свободной энергии из развернутого состояния в свернутое должен быть достаточно гладким или, другими словами, что сворачивание цепи не должно включать в себя очень сложные изменения формы (например, узлы или другие сложные изменения формы). конформации порядка). Основные изменения в форме белка происходят в зависимости от его окружения, меняя форму в зависимости от своего места. Это создает множество конфигураций, в которые могут перейти биомолекулы.
Вызовы догме Анфинсена
[ редактировать ]Сворачивание белков в клетке — это очень сложный процесс, который включает транспорт вновь синтезированных белков в соответствующие клеточные компартменты посредством нацеливания , постоянного неправильного сворачивания , временного разворачивания , посттрансляционных модификаций , контроля качества и образования белковых комплексов, чему способствуют шапероны .
Некоторым белкам для правильного сворачивания требуется помощь белков-шаперонов . Было высказано предположение, что это опровергает догму Анфинсена. Однако шапероны, по-видимому, не влияют на конечное состояние белка; по-видимому, они работают в первую очередь, предотвращая агрегацию нескольких белковых молекул до окончательного свернутого состояния белка. Однако для правильного сворачивания соответствующих белков необходимы по крайней мере некоторые шапероны. [5]
Многие белки также могут подвергаться агрегации и неправильному сворачиванию . Например, прионы представляют собой стабильные конформации белков, отличающиеся от нативного состояния сворачивания. 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 исключениями из догмы Анфинсена. [6]
Некоторые белки имеют несколько нативных структур и меняют свою структуру 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 меняют складку. [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 кинетически захватываться более высоким локальным минимумом свободной энергии. [8]
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Анфинсен CB (1973). «Принципы, управляющие сворачиванием белковых цепей». Наука . 181 (4096): 223–230. Бибкод : 1973Sci...181..223A . дои : 10.1126/science.181.4096.223 . ПМИД 4124164 .
- ^ «Пресс-релиз: Нобелевская премия по химии 1972 года» . Nobelprize.org (пресс-релиз).
- ^ Белый ФХ (1961). «Регенерация нативных вторичных и третичных структур путем окисления восстановленной рибонуклеазы воздухом» . Ж. Биол. Хим . 236 (5): 1353–1360. дои : 10.1016/S0021-9258(18)64176-6 . ПМИД 13784818 .
- ^ Анфинсен CB, Хабер Э, Села М, Уайт Ф.Х. младший (1961). «Кинетика образования нативной рибонуклеазы при окислении восстановленной полипептидной цепи» . ПНАС . 47 (9): 1309–1314. Бибкод : 1961PNAS...47.1309A . дои : 10.1073/pnas.47.9.1309 . ПМК 223141 . ПМИД 13683522 .
- ^ Крис Пауэлс и другие (2007). «Сопровождение Анфинсена: Стерические фолдазы» (PDF) . Молекулярная микробиология . 64 (4): 917–922. дои : 10.1111/j.1365-2958.2007.05718.x . ПМИД 17501917 . S2CID 6435829 . Архивировано из оригинала (PDF) 23 мая 2012 г.
- ^ «Сворачивание и неправильное сворачивание белков» . Лаборатория Роудса Йельского университета. Архивировано из оригинала 19 июля 2012 г. Проверено 24 августа 2012 г.
- ^ Портер, Лорен Л.; Лугер, Лорен Л. (5 июня 2018 г.). «Существующие белки переключения складки широко распространены» . Труды Национальной академии наук . 115 (23): 5968–5973. Бибкод : 2018PNAS..115.5968P . дои : 10.1073/pnas.1800168115 . ПМК 6003340 . ПМИД 29784778 .
- ^ Варела, Анжела Э.; Англия, Кевин А.; Каваньеро, Сильвия (2019). «Кинетический захват при сворачивании белка» . Инженерный дизайн и отбор белков . 32 (2): 103–108. дои : 10.1093/протеин/gzz018 . ПМИД 31390019 .
Дальнейшее чтение
[ редактировать ]- Села М., Уайт Ф.Х. младший, Анфинсен CB (1957). «Восстановительное расщепление дисульфидных мостиков рибонуклеазой». Наука . 125 (3250): 691–692. Бибкод : 1957Sci...125..691S . дои : 10.1126/science.125.3250.691 . ПМИД 13421663 . S2CID 36895461 .
- Анфинсен CB, Хабер Э (1961). «Исследования по восстановлению и повторному образованию дисульфидных связей белков» . Ж. Биол. Хим . 236 (5): 1361–1363. дои : 10.1016/S0021-9258(18)64177-8 . ПМИД 13683523 .
- Мур С., Стейн WH (1973). «Химические структуры панкреатической рибонуклеазы и дезоксирибонуклеазы». Наука . 180 (4085): 458–464. Бибкод : 1973Sci...180..458M . дои : 10.1126/science.180.4085.458 . ПМИД 4573392 .
- Профили в науке: статьи-статьи Кристиана Б. Анфинсена