Struktur tersier protein adalah cara rantai polipeptida terlipat dalam ruang tiga dimensi. Konformasi ini muncul karena pembentukan ikatan kimia antara radikal asam amino yang saling berjauhan. Proses ini dilakukan dengan partisipasi mekanisme molekuler sel dan memainkan peran besar dalam memberikan aktivitas fungsional protein.
Fitur struktur tersier
Jenis interaksi kimia berikut merupakan karakteristik struktur tersier protein:
- ionik;
- hidrogen;
- hidrofobik;
- van der Waals;
- disulfida.
Semua ikatan ini (kecuali kovalen disulfida) sangat lemah, namun, karena jumlahnya menstabilkan bentuk spasial molekul.
Faktanya, tingkat ketiga lipatan rantai polipeptida adalah kombinasi dari berbagai elemen struktur sekunder (-heliks; lapisan -lipit danloop), yang berorientasi dalam ruang karena interaksi kimia antara radikal asam amino samping. Untuk secara skematis menunjukkan struktur tersier protein, -heliks ditunjukkan oleh silinder atau garis spiral, lapisan terlipat oleh panah, dan loop dengan garis sederhana.
Sifat konformasi tersier ditentukan oleh urutan asam amino dalam rantai, sehingga dua molekul dengan struktur primer yang sama dalam kondisi yang sama akan sesuai dengan varian kemasan spasial yang sama. Konformasi ini memastikan aktivitas fungsional protein dan disebut native.
Selama pelipatan molekul protein, komponen-komponen dari pusat aktif saling mendekat, yang dalam struktur primernya dapat dipisahkan satu sama lain secara signifikan.
Untuk protein untai tunggal, struktur tersier adalah bentuk fungsional terakhir. Protein multi-subunit kompleks membentuk struktur kuartener yang mencirikan susunan beberapa rantai dalam hubungannya satu sama lain.
Karakterisasi ikatan kimia pada struktur tersier protein
Sebagian besar, lipatan rantai polipeptida disebabkan oleh rasio radikal hidrofilik dan hidrofobik. Yang pertama cenderung berinteraksi dengan hidrogen (elemen penyusun air) dan karena itu berada di permukaan, sedangkan daerah hidrofobik, sebaliknya, bergegas ke pusat molekul. Konformasi ini secara energetik adalah yang paling menguntungkan. PADAhasilnya adalah globul dengan inti hidrofobik.
Radikal hidrofilik, yang tetap berada di pusat molekul, berinteraksi satu sama lain untuk membentuk ikatan ionik atau hidrogen. Ikatan ion dapat terjadi antara radikal asam amino yang bermuatan berlawanan, yaitu:
- gugus kationik arginin, lisin atau histidin (bermuatan positif);
- Gugus karboksil dari radikal glutamat dan asam aspartat (bermuatan negatif).
Ikatan hidrogen terbentuk dari interaksi gugus hidrofilik yang tidak bermuatan (OH, SH, CONH2) dan bermuatan. Ikatan kovalen (yang terkuat dalam konformasi tersier) muncul antara gugus SH dari residu sistein, membentuk apa yang disebut jembatan disulfida. Biasanya, kelompok-kelompok ini dipisahkan dalam rantai linier dan saling mendekati hanya selama proses penumpukan. Ikatan disulfida bukanlah karakteristik dari sebagian besar protein intraseluler.
labilitas konformasi
Karena ikatan yang membentuk struktur tersier protein sangat lemah, gerakan Brown atom dalam rantai asam amino dapat menyebabkannya putus dan terbentuk di tempat baru. Ini mengarah pada sedikit perubahan dalam bentuk spasial dari bagian individu molekul, tetapi tidak melanggar konformasi asli protein. Fenomena ini disebut labilitas konformasi. Yang terakhir ini memainkan peran besar dalam fisiologi proses seluler.
Konformasi protein dipengaruhi oleh interaksinya dengan orang lainmolekul atau perubahan parameter fisika dan kimia medium.
Bagaimana struktur tersier protein terbentuk
Proses melipat protein menjadi bentuk aslinya disebut folding. Fenomena ini didasarkan pada keinginan molekul untuk mengadopsi konformasi dengan nilai energi bebas minimum.
Tidak ada protein yang membutuhkan instruktur perantara yang akan menentukan struktur tersier. Pola peletakan awalnya "direkam" dalam urutan asam amino.
Namun, dalam kondisi normal, agar molekul protein besar mengadopsi konformasi asli yang sesuai dengan struktur primer, dibutuhkan lebih dari satu triliun tahun. Namun demikian, dalam sel hidup, proses ini hanya berlangsung beberapa puluh menit. Pengurangan waktu yang begitu signifikan disediakan oleh partisipasi dalam pelipatan protein tambahan khusus - lipatan dan pendamping.
Pelipatan molekul protein kecil (hingga 100 asam amino dalam satu rantai) terjadi cukup cepat dan tanpa partisipasi perantara, yang ditunjukkan oleh percobaan in vitro.
Faktor lipat
Protein bantu yang terlibat dalam pelipatan dibagi menjadi dua kelompok:
- foldase - memiliki aktivitas katalitik, diperlukan dalam jumlah yang jauh lebih rendah daripada konsentrasi substrat (seperti enzim lain);
- chaperones - protein dengan berbagai mekanisme aksi, dibutuhkan dalam konsentrasi yang sebanding dengan jumlah substrat yang terlipat.
Kedua jenis faktor berpartisipasi dalam pelipatan, tetapi tidak termasuk dalamproduk akhir.
Grup foldase diwakili oleh 2 enzim:
- Protein disulfide isomerase (PDI) - mengontrol pembentukan ikatan disulfida yang benar dalam protein dengan sejumlah besar residu sistein. Fungsi ini sangat penting, karena interaksi kovalen sangat kuat, dan dalam hal koneksi yang salah, protein tidak akan dapat mengatur ulang dirinya sendiri dan mengambil konformasi asli.
- Peptidyl-prolyl-cis-trans-isomerase - memberikan perubahan konfigurasi radikal yang terletak di sisi prolin, yang mengubah sifat tikungan rantai polipeptida di daerah ini.
Dengan demikian, lipatan memainkan peran korektif dalam pembentukan konformasi tersier dari molekul protein.
Pendamping
Pendamping disebut juga heat shock atau protein stres. Ini karena peningkatan yang signifikan dalam sekresi mereka selama efek negatif pada sel (suhu, radiasi, logam berat, dll.).
Pendamping termasuk dalam tiga keluarga protein: hsp60, hsp70 dan hsp90. Protein ini melakukan banyak fungsi, termasuk:
- Perlindungan protein dari denaturasi;
- pengecualian interaksi protein yang baru disintesis satu sama lain;
- mencegah pembentukan ikatan lemah yang salah antara radikal dan labialisasinya (koreksi).
Dengan demikian, pendamping berkontribusi pada perolehan cepat konformasi yang benar secara energik, tidak termasuk penghitungan acak banyak opsi dan perlindungan yang belum matangmolekul protein dari interaksi yang tidak perlu satu sama lain. Selain itu, pendamping menyediakan:
- beberapa jenis transportasi protein;
- refolding control (pemulihan struktur tersier setelah kehilangannya);
- mempertahankan keadaan lipatan yang belum selesai (untuk beberapa protein).
Dalam kasus terakhir, molekul pendamping tetap terikat pada protein pada akhir proses pelipatan.
denaturasi
Pelanggaran struktur tersier protein di bawah pengaruh faktor apa pun disebut denaturasi. Hilangnya konformasi asli terjadi ketika sejumlah besar ikatan lemah yang menstabilkan molekul terputus. Dalam hal ini, protein kehilangan fungsi spesifiknya, tetapi mempertahankan struktur primernya (ikatan peptida tidak rusak selama denaturasi).
Selama denaturasi, terjadi peningkatan spasial dalam molekul protein, dan area hidrofobik kembali muncul ke permukaan. Rantai polipeptida memperoleh konformasi kumparan acak, yang bentuknya tergantung pada ikatan struktur tersier protein mana yang telah diputus. Dalam bentuk ini, molekul lebih rentan terhadap efek enzim proteolitik.
Faktor yang melanggar struktur tersier
Ada beberapa pengaruh fisik dan kimia yang dapat menyebabkan denaturasi. Ini termasuk:
- suhu di atas 50 derajat;
- radiasi;
- mengubah pH medium;
- garam logam berat;
- beberapa senyawa organik;
- deterjen.
Setelah penghentian efek denaturasi, protein dapat mengembalikan struktur tersier. Proses ini disebut renaturasi atau refolding. Dalam kondisi in vitro, ini hanya mungkin untuk protein kecil. Dalam sel hidup, refolding disediakan oleh pendamping.
