קיפול חלבונים הוא התהליך שבו חלבון מקבל את הצורה התלת‑ממדית שלו אחרי תרגום. תרגום = יצירת שרשרת חומצות אמינו על ידי הריבוזום. במצב ההתחלתי החלבון הוא שרשרת ישרה, ולא פעיל; רק לאחר הקיפול הוא מגיע למבנה הנטיבי (Native state) המתאים לתפקוד.
כריסטיאן אנפינסן הראה בניסוי עם דנטורציה באוראה (Urea) שפרוטאינים יכולים לחזור לצורתם המקורית. המסקנה הייתה שכל המידע לקיפול נמצא ברצף חומצות האמינו. מאז ידוע גם שקיימים חלבונים חסרי קיפול יציב, שנעים בין מצבים שונים ולעתים מתפקדים גם ללא קיפול קבוע.
הכוחות המרכזיים בקיפול הם אינטראקציות הידרופוביות והידרופיליות. הידרופובי = לא אוהב מים; הידרופילי = מסיס במים. בחלבון, החלקים ההידרופוביים נוטים להתקבץ פנימה, והחלקים ההידרופיליים נשארים בחוץ. לכן הסביבה הכימית בתא משפיעה על הקיפול. אפילו מוטציה "שקטה" (שאינה משנה את חומצת האמינו) עלולה להשפיע על הקיפול. הסיבה: מהירות התרגום וזמינות ה‑tRNA בתא יכולה להשתנות, וזה משפיע על האופן שבו החלבון מתקפל בזמן הסינתזה.
התא משתמש בשני מנגנונים נוספים להבטיח קיפול נכון. שפרונים (Chaperones) הם חלבונים שעוזרים לחלבונים אחרים להתקפל, בעיקר במצבי עקה כמו חום. מערכת הדגרדציה מסמנת חלבונים פגומים בעזרת יוביקויטין ושולחת אותם לפירוק.
שני מבנים שניוניים עיקריים מהווים בסיס לרוב החלבונים: סליל אלפא ומשטח בטא. מבנים אלה נוצרים בעיקר מקשרי מימן בין שיירי חומצות האמינו. אינטראקציות בין חלקים שניוניים שכנים יוצרות את המבנה השלישוני.
מחלות הנובעות מקיפול שגוי נחלקות לשלושה סוגים עיקריים: פגמים בתפקוד, אגרגציה ופריונים. דוגמה לפגם בתפקוד היא אנמיה חרמשית, שבה מוטציה נקודתית משנה את הקיפול ומקטינה את התפקוד. באגרגציה חלבונים מקופלים־שגוי מצטברים ויוצרים צברים שפוגעים בתאים, כפי שמתרחש במחלת אלצהיימר ובמחלת הנטינגטון. בפריונים חלבון מקופל־שגוי "מדביק" חלבונים תקינים וגורם לתגובת שרשרת, כמו במחלת הפרה המשוגעת.
דנטורציה = תיקול המבנה הטבעי לחזרה למצב ראשוני. גורמים לדנטורציה כוללים חום, שינוי pH וחומרים פעילי שטח. דנטורציה יכולה להיות הפיכה, אך לעיתים נוצרים אגרגטים יציבים שמונעים חזרה למבנה הטבעי. דוגמה יומיומית: הכנת ביצה קשה, שבה החום גורם לחלבוני הביצה להידבק זה לזה וליצור מסה קשה.
קשה מאוד לחזות מבנה של חלבון רק מרצף חומצות האמינו. לכן משתמשים בשיטות ניסוייות: תרשים ראמהצ'אנדרן מסייע בקביעת מסתורי זוויות עבור חומצות האמינו; השוואת דומיינים (Domains) עוזרת לזהות חלקים שמתקפלים באופן עצמאי; קריסטלוגרפיה של קרני X נותנת מבנה מדויק אם מצליחים להכין גביש; תהודה מגנטית גרעינית (NMR) בוחנת קשרים בין אטומים בשדה מגנטי; ומיקרוסקופיה אלקטרונית מתאימה בעיקר לקומפלקסים גדולים של חלבונים.
קיפול חלבונים הוא איך חלבון מקבל צורה תלת‑ממדית כדי לעבוד. תרגום = כשהריבוזום בונה שרשרת חומצות אמינו. בהתחלה החלבון ישר. אחרי הקיפול הוא מקבל את הצורה הנכונה.
מדען בשם אנפינסן הראה שאפשר להוריד את הצורה ולשחזר אותה. זו הוכחה כי המידע לקיפול נמצא ברצף החומצות אמינו.
יש חלקים בחלבון שאוהבים מים וחלקים שלא. אוהבים מים = הידרופילי. לא אוהבים מים = הידרופובי. החלקים שלא אוהבים מים נוטים להסתתר בפנים.
שפרונים הם חלבונים שעוזרים להתרכז ולהתקפל נכון. אם חלבון מתקפל לא נכון, התא מסמן אותו ביוביקויטין ומפורק.
יש שתי צורות קטנות שחוזרות על עצמן: סליל אלפא (כמו קפיץ) ומשטח בטא (כמו קפל שטוח). הן בונות יחד את הצורה הכוללת.
קיפול שגוי עלול לגרום למחלות. למשל אנמיה חרמשית נגרמת מקיפול שונה. באלצהיימר ונטינגטון חלבונים מצטברים ופוגעים בתאים. בפריונים חלבון מקולקל יכול "להדביק" אחרים.
דנטורציה = איבוד הצורה. חום, חומציות וחומרים חזקים יכולים לגרום לזה. דוגמה: ביצה קשה. החום משנה את חלבוני הביצה והם מתקשים.
כדי לראות צורה של חלבון משתמשים בקרני X, ב‑NMR ובמיקרוסקופ אלקטרוני. כל שיטה נותנת מידע אחר על הצורה.
תגובות גולשים