การทำลายสภาพของโปรตีน: ปัจจัยที่ทำให้เกิดและผลที่ตามมา

การเสื่อม สภาพของโปรตีน ประกอบด้วยการสูญเสียโครงสร้างสามมิติโดยปัจจัยทางสภาพแวดล้อมที่แตกต่างกันเช่นอุณหภูมิค่า pH หรือสารเคมีบางชนิด การสูญเสียโครงสร้างส่งผลให้สูญเสียการทำงานทางชีวภาพที่เกี่ยวข้องกับโปรตีนไม่ว่าจะเป็นเอนไซม์โครงสร้างการขนส่งและอื่น ๆ

โครงสร้างของโปรตีนมีความไวสูงต่อการเปลี่ยนแปลง การทำให้เสถียรของสะพานไฮโดรเจนที่จำเป็นเพียงตัวเดียวสามารถทำให้โปรตีนเสื่อมสภาพได้ ในทำนองเดียวกันมีปฏิสัมพันธ์ที่ไม่จำเป็นอย่างเคร่งครัดเพื่อให้สอดคล้องกับฟังก์ชั่นโปรตีนและในกรณีที่ถูกทำให้เสถียรไม่ส่งผลกระทบต่อการทำงาน

โครงสร้างของโปรตีน

เพื่อที่จะเข้าใจกระบวนการของการสูญเสียโปรตีนในธรรมชาติเราจะต้องรู้วิธีการจัดเรียงโปรตีน เหล่านี้นำเสนอโครงสร้างหลัก, รอง, อุดมศึกษาและ quaternary

โครงสร้างหลัก

มันเป็นลำดับของกรดอะมิโนที่ประกอบด้วยโปรตีนดังกล่าว กรดอะมิโนเป็นหน่วยการสร้างพื้นฐานของสารชีวโมเลกุลเหล่านี้และมีทั้งหมด 20 ชนิดซึ่งแต่ละชนิดมีคุณสมบัติทางกายภาพและทางเคมีโดยเฉพาะ พวกมันถูกเชื่อมโยงเข้าด้วยกันโดยใช้พันธะเปปไทด์

โครงสร้างรอง

ในโครงสร้างนี้โซ่เชิงเส้นของกรดอะมิโนนี้เริ่มพับโดยพันธะไฮโดรเจน มีโครงสร้างรองขั้นพื้นฐานที่สอง: เกลียวα, รูปเกลียว; และแผ่นพับβเมื่อโซ่เชิงเส้นสองเส้นขนานกัน

โครงสร้างตติยภูมิ

เกี่ยวข้องกับกองกำลังประเภทอื่น ๆ ที่ส่งผลให้เกิดการพับเฉพาะของรูปร่างสามมิติ

สายโซ่ R ของกรดอะมิโนตกค้างที่ประกอบกันเป็นโครงสร้างของโปรตีนสามารถสร้างสะพานไดซัลไฟด์และส่วนที่ไม่ชอบน้ำของโปรตีนจะถูกจัดกลุ่มอยู่ด้านในในขณะที่ส่วนที่ชอบน้ำต้องเผชิญกับน้ำ กองกำลัง van der Waals ทำหน้าที่เป็นโคลงของการโต้ตอบที่อธิบายไว้

โครงสร้างสี่

มันประกอบด้วยมวลของหน่วยโปรตีน

เมื่อโปรตีนถูกทำลายทำให้สูญเสียโครงสร้าง quaternary, tertiary และ Secondary ในขณะที่โปรตีนหลักยังคงไม่เปลี่ยนแปลง โปรตีนที่อุดมไปด้วยพันธะซัลไฟด์ (โครงสร้างตติยภูมิ) ให้ความต้านทานต่อการสูญเสียสภาพธรรมชาติมากขึ้น

ปัจจัยที่ทำให้เกิดการสูญเสียสภาพธรรมชาติ

ปัจจัยใดก็ตามที่ทำให้พันธะโควาเลนต์ที่ไม่เสถียรเกิดความเสถียรในการรักษาโครงสร้างของโปรตีนสามารถทำให้เกิดการสูญเสียสภาพธรรมชาติ ที่สำคัญที่สุดเราสามารถพูดถึง:

พีเอช

ที่ค่าพีเอชสูงมากไม่ว่าจะเป็นสื่อที่เป็นกรดหรือพื้นฐานโปรตีนอาจสูญเสียการกำหนดค่าสามมิติ ส่วนเกินของ H + และ OH- ในตัวกลางจะทำให้การปฏิสัมพันธ์ของโปรตีนเสถียร

การเปลี่ยนแปลงรูปแบบไอออนทำให้เกิดการสูญเสียสภาพธรรมชาติ การเสื่อมสภาพโดย pH สามารถย้อนกลับได้ในบางกรณีและในบางกรณีไม่สามารถกลับคืนสภาพเดิมได้

อุณหภูมิ

การสูญเสียความร้อนเกิดขึ้นเมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้น ในสิ่งมีชีวิตที่อาศัยอยู่ในสภาพแวดล้อมโดยเฉลี่ยโปรตีนจะเริ่มเสถียรที่อุณหภูมิสูงกว่า 40 องศาเซลเซียส เห็นได้ชัดว่าโปรตีนของสิ่งมีชีวิตที่ทนความร้อนสามารถทนต่อช่วงอุณหภูมิเหล่านี้

การเพิ่มขึ้นของอุณหภูมิส่งผลให้การเคลื่อนที่ของโมเลกุลเพิ่มขึ้นซึ่งส่งผลต่อพันธะไฮโดรเจนและพันธะที่ไม่ใช่โควาเลนต์อื่น ๆ ส่งผลให้สูญเสียโครงสร้างตติยภูมิ

การเพิ่มขึ้นของอุณหภูมิเหล่านี้นำไปสู่การลดลงของอัตราการเกิดปฏิกิริยาถ้าเรากำลังพูดถึงเอนไซม์

สารเคมี

สารโพลาร์ - ยูเรียที่มีความเข้มข้นสูงจะมีผลต่อพันธะไฮโดรเจน สารที่ไม่มีขั้วก็มีผลที่คล้ายกัน

ผงซักฟอกสามารถทำให้โครงสร้างโปรตีนไม่เสถียร อย่างไรก็ตามมันไม่ได้เป็นกระบวนการที่ก้าวร้าวและส่วนใหญ่จะย้อนกลับได้

ตัวแทนลด

merc-mercaptoethanol (HOCH2CH2SH) เป็นสารเคมีที่มักใช้ในห้องปฏิบัติการเพื่อทำลายโปรตีน มีหน้าที่ลดสะพานไดซัลไฟด์ระหว่างกรดอะมิโนที่ตกค้าง มันสามารถทำให้โครงสร้างโปรตีนในระดับอุดมศึกษาหรือ quaternary ไม่เสถียร

สารลดอื่นที่มีหน้าที่คล้ายกันคือ dithiothreitol (DTT) นอกจากนี้ปัจจัยอื่น ๆ ที่มีส่วนทำให้สูญเสียโครงสร้างดั้งเดิมในโปรตีนคือโลหะหนักในความเข้มข้นสูงและรังสีอัลตราไวโอเลต

ส่งผลกระทบ

เมื่อการสูญเสียสภาพธรรมชาติเกิดขึ้นโปรตีนสูญเสียการทำงาน โปรตีนทำงานได้ดีที่สุดเมื่ออยู่ในสถานะดั้งเดิม

การสูญเสียฟังก์ชันไม่ได้เกี่ยวข้องกับกระบวนการสูญเสียความสามารถเสมอไป การเปลี่ยนแปลงเล็กน้อยในโครงสร้างโปรตีนอาจนำไปสู่การสูญเสียการทำงานโดยไม่ทำให้โครงสร้างทั้งสามมิติไม่เสถียร

กระบวนการนี้อาจจะใช่หรือไม่ก็ได้ ในห้องปฏิบัติการหากมีการย้อนกลับเงื่อนไขโปรตีนอาจกลับสู่การกำหนดค่าเริ่มต้น

กลับคืนสู่สภาพธรรมชาติ

หนึ่งในการทดลองที่มีชื่อเสียงและข้อสรุปเกี่ยวกับ renaturation เป็นหลักฐานใน ribonuclease A

เมื่อนักวิจัยเพิ่มสารที่ทำให้เสียสภาพเช่นยูเรียหรือ merc-mercaptoethanol โปรตีนจะถูกทำลาย หากสารเหล่านี้ถูกกำจัดออกโปรตีนกลับสู่โครงสร้างเดิมและสามารถทำงานได้อย่างมีประสิทธิภาพ 100%

หนึ่งในข้อสรุปที่สำคัญที่สุดของการวิจัยนี้คือการแสดงให้เห็นถึงการทดลองว่าโครงสร้างสามมิติของโปรตีนได้รับจากโครงสร้างหลัก

ในบางกรณีกระบวนการ denaturing นั้นกลับไม่ได้ทั้งหมด ตัวอย่างเช่นเมื่อเราปรุงไข่เราจะใช้ความร้อนกับโปรตีน (หลักคืออัลบูมิน) ที่ทำขึ้นสีขาวจะมีลักษณะเป็นของแข็ง โดยสังหรณ์ใจเราสามารถสรุปได้ว่าแม้ว่าเราจะทำให้มันเย็นมันจะไม่กลับไปที่รูปแบบเริ่มต้น

ในกรณีส่วนใหญ่กระบวนการ denaturation จะมาพร้อมกับการสูญเสียความสามารถในการละลาย นอกจากนี้ยังลดความหนืดความเร็วของการแพร่กระจายและตกผลึกได้ง่ายขึ้น

โปรตีนของพี่เลี้ยง

โปรตีน Chaperone หรือ chaperonin มีหน้าที่ป้องกันการเสียสภาพของโปรตีนอื่น ๆ พวกเขายังระงับปฏิกิริยาบางอย่างที่ไม่เพียงพอระหว่างโปรตีนเพื่อให้แน่ใจว่าการพับแบบเดียวกันนั้นถูกต้อง

เมื่ออุณหภูมิของสื่อเพิ่มขึ้นโปรตีนเหล่านี้จะเพิ่มความเข้มข้นและกระทำโดยป้องกันการสูญเสียสภาพของโปรตีนอื่น ๆ นี่คือเหตุผลที่พวกเขาถูกเรียกว่า "heat shock proteins" หรือ HSP สำหรับตัวย่อในภาษาอังกฤษ (Heat Shock Proteins )

Chaperonins นั้นคล้ายกับกรงหรือบาร์เรลที่ปกป้องโปรตีนที่น่าสนใจ

โปรตีนเหล่านี้ที่ตอบสนองต่อสถานการณ์ความเครียดของเซลล์ได้รับการรายงานในสิ่งมีชีวิตกลุ่มต่าง ๆ และได้รับการอนุรักษ์อย่างสูง chaperonins มีหลายชนิดและพวกมันถูกจำแนกตามน้ำหนักโมเลกุล