البنية الفراغية للبروتينات و مستوياتها الأربعة

تمثّل الوثيقة ⁦(8)⁩ المراحل الممكنة التي تمرّ بها سلسلة ببتيدية لتبلغ بنيتها الفراغية، ممثّلة بالنموذج الشريطي في سبع حالات متتالية تصل بينها أسهم.

تكبير الصورة

يمكن تمثيل البنية الفراغية لجزيء بسيط كالحمض الأميني بعدّة نماذج: نموذج العود، ونموذج الكرة والعود، والنموذج المكدّس. ويمكن أن يُركَّب النموذج من قطع صلبة من البلاستيك أو الخشب، أو يُنشأ على شاشة الحاسوب ببرامج محاكاة خاصّة، وهي الطريقة الأكثر استعمالا اليوم.

أمّا الجزيئات الكبيرة كالبروتينات فتحتاج، زيادة على هذه النماذج، إلى نموذج أنفع في إظهار البنيات الفراغية α و β ومناطق الانعطاف، وهو النموذج الشريطي. وفيه تُمثَّل البنية الحلزونية α شريطا حلزونيا، وتُمثَّل البنية الوريقية β شكلا مسطّحا قد يكون على هيئة سهم لتحديد الاتّجاه وتمييز الوريقات المتوازية من المتعاكسة، وتُمثَّل المناطق البينية خيطا رفيعا أبيض.

ويضيف استعمال الحاسوب إلى ذلك ما لا يتيحه النموذج المصنوع باليد: تغيير طريقة التمثيل، واستعمال نموذجين في آن واحد، ودراسة مفصّلة لبنية البروتين تسمح بتحديد مواقع الأحماض الأمينية داخل البنية الفراغية وربط موقع الحمض الأميني ببنيتها، وتحديد الموقع الفعّال الذي يرتبط عنده البروتين أو الأنزيم بمادّة التفاعل.

البنية الأولية هي تتابع الأحماض الأمينية مرتبطة فيما بينها بروابط ببتيدية في سلسلة خطّية؛ وليست لها صورة فراغية. والبنية الثانوية هي التفاف هذه السلسلة في مناطق محدّدة منها، فتأخذ إمّا الشكل الحلزوني α وإمّا الشكل الوريقي المطويّ β وإمّا الشكلين معا، ويحفظ تماسكها روابط هيدروجينية بين مجموعات CO و NH العائدة إلى الروابط الببتيدية.

وتبقى في السلسلة، إلى جانب البنيات الثانوية، مناطق بينية لا شكل فراغي محدّدا لها؛ وهي التي تسمح بالانتقال إلى البنية الثالثية. فالبنية الثالثية انطواء السلسلة على مستوى هذه المناطق التي تصير مناطق انعطاف، ويحفظ استقرارها أربعة أنواع من الروابط تنشأ بين جذور R: هيدروجينية، وشاردية، وتجاذب بين الجذور الكارهة للماء، وجسور كبريتية بين جذري حمضين أمينيين من نوع Cys.

ولا تبلغ السلسلة بنيتها الفراغية النهائية دفعة واحدة: فانطواؤها تدريجيّ، يمرّ بمراحل متتالية تظهر فيها البنيات الثانوية وتتكاثر، في الوقت الذي تتراصّ فيه السلسلة بانطواء حلقاتها بعضها على بعض. والشكل النهائي لا يُفرض عليها من الخارج، بل ينتج عن السلسلة نفسها، مرحلة بعد مرحلة.

والبنية الرابعية أقصى حدّ للتنظيم: هي تجمّع سلسلتين ببتيديتين أو أكثر، لكلّ واحدة بنية ثالثية، وتُسمّى كلّ سلسلة تحت وحدة. وتتماسك تحت الوحدات بروابط ضعيفة عادة. ولا يبلغ هذا المستوى إلّا قسم من البروتينات، مثل الهيموغلوبين بأربع تحت وحدات.

والعلاقة بين المستويات الأربعة علاقة تدرّج: يزداد التعقيد من الأولى الأبسط إلى الرابعية الأعقد، بازدياد عدد الأحماض الأمينية وبظهور روابط بنائية جديدة في كلّ مستوى، بداية من الهيدروجينية الأضعف إلى الكبريتية الأقوى. وكلّ مستوى يحتوي الذي قبله ولا يلغيه: فالبنية الأولية باقية داخل البنية الرابعية.

تكبير الصورة