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3.3: 단백질 접힘
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Protein Folding
 
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3.3: Protein Folding

3.3: 단백질 접힘

Overview

Proteins are chains of amino acids linked together by peptide bonds. Upon synthesis, a protein folds into a three-dimensional conformation which is critical to its biological function. Interactions between its constituent amino acids guide protein folding, and hence the protein structure is primarily dependent on its amino acid sequence.

Protein Structure Is Critical to Its Biological Function

Proteins perform a wide range of biological functions such as catalyzing chemical reactions, providing immunological defense, storage, transport, cellular communication, movement, and structural support. A protein’s function mostly depends on its ability to recognize and bind other molecules, analogous to a lock and key. Hence the specific activity of each protein depends on its unique three-dimensional architecture.

For a protein to be functional, it must fold accurately. Most proteins go through several intermediate forms before folding into the most stable, biologically active structure. Misfolding of proteins has detrimental effects on the overall functioning of the cell. In humans, several diseases are due to the accumulation of misfolded or unfolded proteins. These include cystic fibrosis, Alzheimer’s, Parkinson’s, ALS, and Creutzfeldt-Jakob disease.

Key Determinants of Protein Structure

Proteins are made up of one or more chains of amino acids, called polypeptides. A polypeptide is synthesized as a linear chain which rapidly folds upon itself to form a three-dimensional structure. The term polypeptide and protein are sometimes used interchangeably, but most commonly, a folded polypeptide that can perform a biological function is called a protein. A protein structure is usually described on four levels: primary, secondary, tertiary, and quaternary. Most polypeptides fold into an overall compact, globular tertiary structures, such as hemoglobin, the oxygen-carrying protein in the blood. Some proteins, like keratins, can form long fibers that are commonly found in hair and nails.

The sequence of amino acids in the polypeptide chain is the primary determinant of its structure. The amino acid sequence determines the type and location of secondary structures. Additionally, the overall tertiary structure of a protein is predominantly stabilized by chemical bonds between amino acid side chains—the unique chemical groups that distinguish amino acids from each other. These side chains are either positively or negatively charged, polar uncharged, or non-polar.

The amino acids have unique physical and chemical characteristics depending on their side chain groups. For example, polar and charged amino acids interact with water to form hydrogen bonds and are called hydrophilic; whereas the non-polar amino acids avoid interactions with water and are called hydrophobic. Hence when a protein is folded in a cellular environment, side chains of hydrophobic amino acids are buried in the core of the protein away from the aqueous surroundings, whereas the hydrophilic amino acids side chains are exposed on the surface of the protein.

The tightly packed hydrophobic amino acids in the protein core lead to the formation of weak Van der Waals interactions between the side chains groups. Presence of these Van der Waals forces impart added stability to the folded protein. The polar amino acids exposed on the surface of the protein are free to form hydrogen bonds with water molecules or other polar amino acid side chains. The positively and negatively charged amino acids are also present on a protein’s exterior where they form ionic bonds with other nearby, oppositely charged amino acids.

Disulfide bonds form between two sulfhydryl, or SH, groups on the amino acid cysteine. This is a very robust interaction which acts like reinforcement on the folded protein. The presence of disulfide bonds locks the folded protein in its most favored three-dimensional conformation. Proper folding of a protein also depends on other factors of cellular environment like pH, salt concentration, temperature, etc. Alteration of the physical and chemical conditions in a protein environment affect the chemical interactions holding the protein together and can cause the protein to misfold or unfold and lose its biological function—a process known as protein denaturation.

개요

단백질은 펩티드 결합에 의해 함께 연결된 아미노산의 사슬입니다. 합성시 단백질은 생물학적 기능에 중요한 3차원 형태로 접습니다. 그것의 성분 아미노산 간의 상호 작용 가이드 단백질 접기, 따라서 단백질 구조는 주로 그것의 아미노산 서열에 의존.

단백질 구조는 생물학적 기능에 매우 중요합니다.

단백질은 면역 방어, 저장, 수송, 세포 통신, 움직임 및 구조적 지원을 제공하는 촉매 화학 반응과 같은 광범위한 생물학적 기능을 수행합니다. 단백질의 기능은 주로 다른 분자를 인식하고 결합하는 능력에 따라 달라집니다, 잠금 및 키와 유사. 따라서 각 단백질의 특정 활동은 독특한 3차원 아키텍처에 달려 있습니다.

단백질이 기능하려면 정확하게 접아야 합니다. 대부분의 단백질은 가장 안정적이고 생물학적으로 활동적인 구조로 접히기 전에 여러 중간 형태를 거립니다. 단백질의 잘못 접는 것은 세포의 전반적인 기능에 해로운 효력이 있습니다. 인간에서, 몇몇 질병은 잘못 접히거나 전개한 단백질의 축적 때문입니다. 이들은 낭포성 섬유증, 알츠하이머 병, 파킨슨 병, ALS 및 크로이츠펠트 야콥 질병을 포함한다.

단백질 구조의 주요 결정요인

단백질은 폴리펩티드라고 불리는 하나 이상의 아미노산 체인으로 구성됩니다. 폴리펩타이드는 선형 체인으로 합성되어 빠르게 접을 수 있어 3차원 구조를 형성합니다. 용어 폴리펩티드와 단백질은 때때로 상호 교환적으로 사용되지만, 가장 일반적으로 생물학적 기능을 수행할 수 있는 접힌 폴리펩티드단백질이라고 불린다. 단백질 구조는 일반적으로 4개의 수준에 기술됩니다: 1 차, 이차, 고등 어, 및 쿼터. 대부분의 폴리펩타이드는 혈액내 산소 운반 단백질인 헤모글로빈과 같은 전반적인 소형 구형 삼차 구조로 접힙합니다. 각질과 같은 일부 단백질은 머리카락과 손톱에서 흔치 게 발견되는 긴 섬유질을 형성할 수 있습니다.

폴리펩티드 사슬에서 아미노산의 순서는 구조의 주요 결정요인이다. 아미노산 서열은 이차 구조의 유형 및 위치를 결정합니다. 또한, 단백질의 전반적인 삼차 구조는 주로 아미노산 측면 사슬 사이의 화학 결합에 의해 안정화된다 - 서로 아미노산을 구별하는 독특한 화학 그룹. 이러한 측면 체인은 양해 또는 음전하, 극충전되지 않거나, 극지 및 극성 없습니다.

아미노산은 그들의 측면 사슬 단에 따라 독특한 물리적 및 화학적 특성. 예를 들어, 극성 및 충전된 아미노산은 물과 상호 작용하여 수소 결합을 형성하고 친성이라고합니다. 따라서 단백질이 세포 환경에서 접힐 때, 소수성 아미노산의 측면 사슬은 수성 주변에서 멀리 단백질의 코어에 묻혀 있는 반면, 친성 아미노산 측망은 단백질의 표면에 노출된다.

단백질 코어에 단단히 포장된 소수성 아미노산은 측면 사슬 그룹 간의 약한 반 데르 발스 상호 작용의 형성으로 이어집니다. 이러한 반 데르 발스의 존재는 접힌 단백질에 안정성을 더합니다. 단백질표면에 노출된 극성 아미노산은 물 분자 또는 다른 극성 아미노산 측면 사슬과 수소 결합을 자유롭게 형성할 수 있다. 양적으로 그리고 부정적인 충전 된 아미노산은 또한 단백질의 외관에 존재 하며, 그(것)들은 그밖 근처의, 반대로 충전된 아미노산과 이온 결합을 형성합니다.

디설피드 결합은 아미노산 시스테인에 두 설피드라이, 또는 SH, 그룹 사이에 형성. 이것은 접힌 단백질에 강화 같이 작동하는 아주 강력한 상호 작용입니다. 이황화물 결합의 존재는 가장 선호하는 3 차원 형태로 접힌 단백질을 잠급. 단백질의 적절한 접는 또한 pH, 소금 농도, 온도 등과 같은 세포 환경의 다른 요인에 따라 달라집니다. 단백질 환경에서 물리적 및 화학 적 조건의 변경은 단백질을 함께 유지하는 화학 적 상호 작용에 영향을 미치며 단백질이 잘못 접히거나 전개되어 단백질 성소로 알려진 과정인 생물학적 기능을 잃을 수 있습니다.


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