يجب أن تنثني البروتينات بشكل عام إلى مطابقة دقيقة ثلاثية الأبعاد لأداء وظائفها البيولوجية، في الخلية يتم مساعدة هذه العملية الأساسية من خلال مرافق جزيئية تعمل على منع اختلال البروتين وتجميعه، تساعد هذه الآلية سلاسل البولي ببتيد المركبة حديثًا في التنقل في مشهد الطاقة المعقدة القابل للطي، يتم الآن فهمها بتفصيل كبير، فالآليات التي تضمن الحفاظ على بروتين وظيفي في ظل الظروف العادية والضغط العصبي لها أيضًا أهمية طبية كبيرة، حيث أن تجميع البروتينات التي تتخطى مراقبة الجودة الخلوية تكمن وراء مجموعة من الأمراض المنهكة، بما في ذلك العديد من الاضطرابات العصبية التنكسية في سن البداية.
اكتشاف طي البروتين
البروتينات هي الجزيئات البيولوجية الأكثر تعقيدًا وتنوعًا من حيث التكوين، وهي مسؤولة عن جميع الوظائف الخلوية تقريبًا، لذلك ليس من المستغرب أن تكون الخلايا قد طورت آلية معقدة لضمان الجودة المناسبة لبروتونها، وقد أظهرت التجارب الرائدة منذ أكثر من أربعة عقود أن البروتينات يمكن أن تنثني تلقائيًا في المختبر، مما يوفر فكرة أساسية مفادها أن التسلسل الخطي لسلسلة البولي ببتيد يحتوي على جميع المعلومات الضرورية لتحديد البنية ثلاثية الأبعاد للبروتين.
تشير هذه النتائج إلى أن طي البروتين داخل الخلايا قد يكون أيضًا عملية تلقائية، ومع ذلك منذ أواخر الثمانينيات أصبح من الواضح أنه في الخلية، يتطلب جزء كبير من البروتينات المصنعة حديثًا مساعدة من المرافقات الجزيئية للوصول إلى حالاتها المطوية بكفاءة، وفي نطاق زمني مناسب بيولوجيًا العديد من هذه المكونات يطلق عليها الصدمة الحرارية أو بروتينات الإجهاد، ودورهم الرئيسي هو منع اختلال البروتين وتجميعه، سواء في ظل الظروف العادية أو تحت تأثير الضغوط التي تزيد من تركيزات البروتينات المطوية بشكل غير صحيح.
عملية الطي والتجميع
على الرغم من أن المبادئ الفيزيائية لطي البروتين قد تمت دراستها بشكل مكثف لما يقرب من 50 عامًا، إلا أن كيفية تحديد الطية النهائية من خلال تسلسل الأحماض الأمينية تظل واحدة من أهم المشكلات في علم الأحياء، وقد تم اقتراح العديد من الأفكار لشرح آليات الطي من التجربة والمحاكاة، ولقد أشارت مفارقة “ليفينثال” الشهيرة إلى أن الطي لا يمكن أن يحدث من خلال الاستكشاف العشوائي لجميع التوافقات الممكنة، لأنه حتى البروتين الصغير يحتاج إلى إطار زمني غير واقعي بيولوجيًا للقيام بذلك.
في الواقع، فإن القوى الجذابة بين الأحماض الأمينية المجاورة تفضل بعض المطابقات للأحماض الأمينية الفردية في سلسلة البولي ببتيد، مما يقلل بشكل كبير من مساحة التوافق وعدد مسارات الطي الممكنة المتاحة، ولا يحدث الطي عادةً كعملية شاملة ولكنه يتضمن مواد وسيطة، ويعتبر تكوينها هو القاعدة للبروتينات الأكبر حجمًا، والتي تميل بشكل كبير إلى الانهيار السريع في المحلول المائي إلى حتى توافق مدمج غير محلي، وتمثل هذه الوسائط إما “نقاط انطلاق” على المسار نحو الحالة الأصلية أو تطابقات مستقرة حركيًا وخاطئة قد تتطلب إعادة تنظيم كبيرة قبل الوصول إلى الحالة الأصلية.
يتم تفسير تكوين التفاعلات غير المستقرة وغير الأصلية أثناء الطي على أنه نتيجة لصلابة مشهد الطاقة القابل للطي على شكل قمع يزداد الميل لملء مثل هذه الحالات الخاطئة، وذلك مع أنواع الطيات المعقدة طوبولوجيًا التي يتم تثبيتها من خلال التفاعلات طويلة المدى، مثل (أبنية المجال α / β) أو عندما تحتوي البروتينات على مجالات متعددة منفصلة في الحالة الأصلية، ولكنها قد تتفاعل أثناء الطي.
