Kimia fisika protein folding

Read Also

Salah satu tujuan dari edisi khusus ini adalah untuk pulang titik ini. Tujuan lain yang lebih penting adalah untuk menggambarkan bagaimana para pekerja pada masalah protein folding, dengan bergerak di luar obsesi awal mereka dengan paradoks tampak, sedang mengembangkan pemahaman kuantitatif tentang bagaimana struktur biologis sederhana merakit baik in vitro dan in vivo. Pemahaman kuantitatif muncul bersamaan mengungkapkan kekayaan fenomena lipat dan kesederhanaan yang elegan dari prinsip-prinsip yang mendasari perakitan biomolekuler spontan.Apresiasi dari aspek kontras dari masalah lipat telah terjadi melalui kerjasama teori dan eksperimentalis, tema umum untuk semua kontribusi untuk edisi khusus ini. Meskipun ide-ide dasar tentang lanskap energi lipat telah ternyata cukup sederhana, masuk bahkan ke beberapa buku pelajaran sarjana, menjelajahi konsekuensi mereka dalam sistem nyata telah diperlukan telaten analisis intelektual, serta simulasi komputer rinci dan percobaan yang masih meregangkan batas-batas apa yang layak. Latar belakang kontributor untuk masalah ini mencerminkan luasnya bidang lipat dan berkisar dari ilmu komputer dan teori fisika untuk biologi molekuler dan kimia organik. Banyak dari kemajuan di lapangan sehingga dapat ditelusuri ke usaha yang cukup sukses untuk mengembangkan bahasa umum dan kerangka konseptual untuk menggambarkan lipat.

Kerangka konseptual disediakan oleh teori energi lanskap, yang menggambarkan keragaman kemungkinan struktural dalam hal mekanik statistik. Paradoks utama lipat diselesaikan oleh prinsip konsistensi atau, lebih umum, dengan prinsip frustrasi minimal, yang mengkuantifikasi dominasi interaksi menstabilkan struktur asli khusus selama interaksi lain yang akan mendukung normatif, topologi yang berbeda perangkap. Dengan kata lain, lanskap energi protein berkembang tampaknya disalurkan.

Sifat disalurkan keseluruhan lanskap lipat memberikan tebakan pertama tentang bagaimana lipat dimulai dan terus: Protein lipat dengan merakit substruktur terutama asli, sedangkan mereka hanya transiently misfolds sampel. Wawasan ini menjelaskan keberhasilan rekayasa protein dalam memberikan informasi struktural rinci tentang ansambel keadaan transisi, yang disebut "φ-nilai analisis". Dalam beberapa kasus, perubahan kondisi solusi perubahan posisi dari keadaan transisi sepanjang koordinat reaksi, sehingga φ-nilai studi bahkan dapat memberitahu kita dalam rangka apa bagian asli merakit sepanjang jalur transisi yang dominan.

Sifat ensemble dari keadaan transisi adalah petunjuk pertama bahwa kompleksitas mekanistik masih tetap pada lanskap disalurkan. Beberapa pilihan mekanisme lipat yang tepat yang mungkin, dan studi beberapa percobaan sini menunjukkan kelenturan mekanisme lipat khusus untuk protein baik struktur terkait atau urutan terkait; pada lanskap disalurkan, banyak jalan menuju Roma. Setelah embarks molekul pada rute, bahkan pada lanskap energi disalurkan, perakitan mungkin tidak sepenuhnya langsung. Kadang-kadang, upaya serakah untuk membuat kontak pribumi sejak dini dapat menyebabkan perangkap topologi, dalam kasus itu, beberapa interaksi pribumi awal harus dibatalkan untuk memungkinkan lipat lengkap dan satu harus mundur. Juga, evolusi menuju lanskap disalurkan tidak dapat mencabut karakter universal fisika interaksi molekul tertentu, dengan demikian, tidak ada lanskap lipat nyata yang pernah disalurkan sempurna. Jika interaksi normatif cukup lemah, mereka hanya menyediakan sumber "gesekan," dihitung topik di sini dalam beberapa makalah. Jika interaksi normatif menjadi lebih kuat, sebagai teori memprediksi, interaksi frustrasi dapat memungkinkan intermediet khusus untuk membentuk kontak dengan normatif substansial bersama dengan beberapa struktur asli. Fenomena ini juga mendapat perhatian di sini.

Banyak pertanyaan yang paling menarik dari mekanisme hanya dapat diatasi lemah pada tingkat ensemble rata-rata-eksperimen, dengan demikian, ilmu lipat telah menimbulkan beberapa eksperimen yang sangat menantang di mana molekul yang dipelajari secara individual satu per satu. Di sisi komputasi, walaupun teori efektif lipat dapat sering menggunakan model disederhanakan yang membuat prediksi menarik dan mengejutkan, banyak pertanyaan detail sekarang dapat dijawab dengan memuaskan dengan simulasi penuh atomistik yang menantang daya komputasi untuk membatasi.

Sebagai judul dari edisi khusus ini menunjukkan, sebagian besar kontribusi fokus pada mengeksplorasi prinsip-prinsip umum lipat. Prinsip-prinsip ini muncul sebagai jelas dalam studi tabung reaksi seperti yang mereka lakukan dalam sel.Namun, sel memberikan tantangan tersendiri untuk ilmu lipat. Pengaruh lingkungan intraseluler heterogen pada lanskap lipat yang mulai dieksplorasi. Juga, meskipun kecenderungan bawaan protein untuk melakukan hal yang benar (yang timbul dari prinsip frustrasi minimal), lipat alternatif, misfolding, dan agregasi untuk protein beberapa lakukan menyebabkan patologi, topik dieksplorasi dalam masalah ini dengan superoksida yang Dismutase sistem yang terlibat dalam amyotrophic lateral sclerosis.

Topik-topik yang dibahas dalam masalah ini hanya sebagian kecil dari pekerjaan di bidang lipat. Namun demikian, mereka membuat jelas bahwa protein folding adalah, bersemangat hidup, bagian dari interdisipliner ilmu-ilmu alam. Kami berharap ini snapshot dari lapangan akan mendorong orang lain untuk membawa pendekatan baru untuk memberikan kontribusi untuk pemahaman kita tentang perakitan biomolekuler dan mendorong penggunaan ide-ide dan strategi yang telah terbukti berhasil dalam studi perakitan biomolekul paling sederhana untuk melihat kompleksitas penuh sistem kehidupan di tingkat yang lebih tinggi kompleksitas.