Mandl József (szerk.)

Biokémia

Aminosavak, peptidek, szénhidrátok, lipidek, nukleotidok, nukleinsavak, vitaminok és koenzimek

1.2.11. A peptidek és fehérjék szerkezetének kialakulása in vitro

In vitro körülmények között a térszerkezet kialakulása aránylag egyszerűen vizsgálható. Először reverzibilisen denaturálják a fehérjét, majd a denaturálószer eltávolítása után különböző módszerekkel követjük a fehérjeszerkezet változásait.

Ezek a vizsgálatok arra mutatnak, hogy a harmadlagos szerkezet kialakulása nem események egyenes láncolata. A folyamatsor első lépései gyorsak, majd a natív állapothoz közelítve egyre lassúbb, a sebességet meghatározó lépések következnek. A gyors lépések során azok az aminosavak rendeződnek össze, amelyek α-helikális és hajtűs (β-turn) szerkezetek kialakítására képesek. Ennek oka, hogy a közeli aminosavak közötti hidrogénkötések gyorsabban alakulnak ki és a stabilizálódó fehérjeszerkezet csak viszonylag kis fehérjerészletre terjed ki, ezért az entrópiacsökkenés mértéke is kicsi. Ezt követi a redőzött lemezek kialakulása, mivel itt egymástól távolabb levő aminosavak között jönnek létre a hidrogénkötések.

A helikális és hajtűszerkezetek kialakulásával egyidejűleg a fehérje hidrofób magja összeugrik, egy vagy több hidrofób csomót képez (hidrofób kollapszus). Ezek kialakulása meghatározó jelentőségű meggyorsítja a további folyamatokat (a másodperc tört része alatt végbemennek), amelyekhez enélkül a világegyetem egész eddigi életkora sem lett volna elég. Ezután egy stabil köztes intermedier, az ún. olvadt gombóc (molten globule) keletkezik, amelynek másodlagos szerkezete nagyrészt kialakult, de harmadlagos szerkezete még igen flexibilis. Térfogata elég kicsi, a denaturált fehérjének kb. 10–20%-a és a natív szerkezeténél csak 10–20%-kal nagyobb. Ebben a szerkezetben még vannak a felszínen hidrofób részletek és a molekula belsejében vízmolekulák, amelyek a későbbiekben kipréselődnek a molekulából.

A záró, sebességmeghatározó lépések azért lassúak, mert legtöbbször egymástól távoli csoportok kölcsönhatásait feltételezik. Ezek olyan jelentős entrópia-csökkenéssel járnak, amely már csak akkor következhet be, ha a korábbi lépések a szükséges oldalláncokat egymáshoz előzőleg már megfelelő közelségbe hozták. Ide tartozik a diszulfid-hidak és a sókötések kialakulása, valamint a prolin melletti peptidkötések izomerizációja, mivel ez utóbbiak cisz-formában is előfordulhatnak és a szokásos transz-helyzetbe át kell alakulniuk.