Zwijanie się białek

Białka, w zależności od funkcji i umiejscowienia w organizmie, można podzielić na trzy szerokie kategorie: włókniste, membranowe i globularne. Białka włókniste stanowią elementy strukturalne komórki. Białka membranowe tworzą kanały, przez które odbywa się kontrolowany transfer składników np. poprzez błonę komórkową. Białka te funkcjonują zanurzone w dwuwarstwie lipidowej i mają tylko częściowy kontakt ze środowiskiem wodnym. Dlatego też trudniej jest je wyodrębnić oraz wyhodować z roztworów wodnych odpowiednio duże kryształy do zbadania ich struktury. Enzymy, które działają jako katalizatory niemal wszystkich reakcji biochemicznych w komórce, są białkami globularnymi. Białka globularne mają zwarty kształt i funkcjonują w środowisku wodnym.

Najważniejszą cechą charakterystyczną białka globularnego jest to, że w typowym dla komórki środowisku roztworu wodnego o odczynie niemal obojętnym (pH ~ 7) i w zakresie temperatur pokojowych (od 20 do 40°C) zwijają się one do jednej zwartej konformacji — stanu natywnego. C.B. Anfinsen wykazał w latach 50-tych, że jest to proces odwracalny. W środowisku wodnym, in vitro, duża grupa białek globularnych potrafi znaleźć stan natywny bardzo szybko, często w czasie krótszym niż 1 ms. W odpowiednich warunkach doświadczalnych taki proces zachodzi w sposób odwracalny i to bez pomocy innych mechanizmów, które wspomagają zwijanie białka w naturalnym środowisku żywej komórki. Czas zwijania jest dużo krótszy niż ten, jaki wynikałby z kolejnego przeszukiwania wszystkich możliwych konformacji w celu znalezienia jednej wybranej konformacji odpowiadającej stanowi natywnemu białka. C. Levinthal, w latach 60-tych, oszacował bowiem, że czas niezbędny dla takiego przeszukiwania byłby dłuższy niż wiek Wszechświata. Tak więc proces zwijania białka zachodzi w pewnym ograniczonym podzbiorze możliwych konformacji. Można to sobie wyobrazić jako pojawienie się tzw. lejka zwijania ukierunkowującego ewolucję czasową białka w stronę stanu natywnego. W wypadku heteropolimerów, "dolina" odpowiadająca stanowi o najniższej energii nie jest wyróżniona — jest tylko jedną z wielu równie dobrych dolin i stąd procesy ewolucji są powolne.

W warunkach niefizjologicznych, np. w roztworach wodnych o odczynie zasadowym (pH> 7) lub kwaśnym (pH < 7), w roztworach niewodnych, czy w podwyższonej temperaturze, białka rozwijają się do konformacji otwartych (zdenaturowanych). Jednak w warunkach fizjologicznych stan natywny jest stabilniejszy niż jakakolwiek konformacja zdenaturowana.

Copyright © 1997-2021 Wydawnictwo Naukowe PWN SA
infolinia: 0 801 33 33 88