การม้วนพับโปรตีน

โปรตีนก่อนและหลังม้วนพับ

การม้วนพับโปรตีน เป็นกระบวนการทางกายภาพที่สายโปรตีนกลายสภาพเป็นโครงสร้างสามมิติ อันเป็นรูปแบบที่เกิดขึ้นอย่างรวดเร็วและทำซ้ำได้ที่มีความสำคัญทางชีววิทยา กระบวนการนี้เกิดขึ้นหลังชีวสังเคราะห์โปรตีน ในการถอดรหัส ยีนหรือส่วนของดีเอ็นเอที่เข้ารหัสโปรตีนจะแปลงเป็นเอ็มอาร์เอ็นเอ ซึ่งต่อมาเอ็มอาร์เอ็นเอจะถูกแปลรหัสโดยใช้สายนิวคลีโอไทด์ที่ไรโบโซมเพื่อกำหนดสายกรดอะมิโน จากนั้นไรโบโซมจะเร่งปฏิกิริยาในการสร้างพันธะเพปไทด์ระหว่างหมู่อะมิโนจนได้สายพอลิเพปไทด์ หมู่อะมิโนแต่ละหมู่ในสายพอลิเพปไทด์จะจับกันเป็นโครงสร้างที่กำหนดตามลำดับกรดอะมิโนและโครงสร้างปฐมภูมิ (หลักของแอนฟินเซน) โดยมีโปรตีนที่เรียกว่าแชเพอโรนช่วยในการม้วนพับและทำให้คงตัว โปรตีนที่ม้วนพับแล้วจะเรียกว่าสภาพดั้งเดิม (native state)

โครงสร้างสามมิติที่ถูกต้องมีความสำคัญยิ่งต่อการทำงานของโปรตีน อย่างไรก็ตามบางส่วนของโปรตีนจะยังคงสภาพไม่ม้วนพับ การม้วนพับโปรตีนเกี่ยวข้องกับการจับกันของกรดอะมิโนอย่างสุ่ม และเชื่อว่าพลวัตโปรตีนมีผลต่อการเปลี่ยนแปลงของโครงสร้าง การม้วนพับที่ล้มเหลวก่อให้เกิดโปรตีนที่ไม่ทำงาน และบางกรณีเหนี่ยวนำให้เกิดความผิดปกติ โรคและการเสื่อมของระบบประสาทหลายชนิดเชื่อว่าเป็นผลมาจากการสะสมของเส้นใยแอมีลอยด์ที่เกิดจากโปรตีนที่ม้วนพับผิดปกติภูมิแพ้หลายชนิดมีสาเหตุจากโปรตีนบางชนิดที่ม้วนพับไม่ถูกต้อง ทำให้ระบบภูมิคุ้มกันไม่สามารถผลิตสารภูมิต้านทาน ซึ่งเป็นโปรตีนที่ใช้ตรวจจับและทำลายสิ่งแปลกปลอมในร่างกาย

การเสียสภาพธรรมชาติ (denaturation) เป็นกระบวนการที่ทำให้โปรตีนสูญเสียโครงสร้างจตุรภูมิ โครงสร้างตติยภูมิ และโครงสร้างทุติยภูมิในสภาพดั้งเดิม กลายเป็นโครงสร้างปฐมภูมิที่เป็นสายยาว การเสียสภาพธรรมชาติเกิดจากโปรตีนทำปฏิกิริยากับกรด–เบสแก่ เกลืออนินทรีย์เข้มข้น ตัวทำละลายอินทรีย์ การแผ่รังสี และความร้อน หากโปรตีนเสียสภาพธรรมชาติในเซลล์สิ่งมีชีวิตจะส่งผลต่อการทำงานของเซลล์และอาจนำไปสู่การตายของเซลล์

ระยะเวลาในกระบวนการม้วนพับแตกต่างไปตามชนิดโปรตีน เมื่อศึกษาภายนอก (in vitro) การม้วนพับอาจใช้เวลานานหลายนาทีหรือหลายชั่วโมงเนื่องจากต้องผ่านกระบวนการเปลี่ยนไอโซเมอร์ของโพรลีนและขั้นตอนอื่น ๆ ก่อนจะเสร็จสมบูรณ์ แต่ในทางตรงกันข้าม โดเมนโปรตีนขนาดเล็กมากที่ประกอบด้วยกรดอะมิโนร้อยหมู่สามารถม้วนพับได้ภายในขั้นตอนเดียว โดยหน่วยเวลามาตรฐานในการม้วนพับอยู่ที่หลักมิลลิวินาที และเคยมีการพบโปรตีนที่เสร็จสิ้นการม้วนพับภายในเวลาไม่กี่ไมโครวินาที

ทั้งนี้ การทำนายโครงสร้างโปรตีนที่ม้วนพับอย่างถูกต้องเป็นเป้าหมายหลักของสาขาวิชาชีววิทยาเชิงคำนวณมาตั้งแต่ปลายคริสต์ทศวรรษที่ 1960

แหล่งข้อมูลอื่น

• วิกิมีเดียคอมมอนส์มีสื่อเกี่ยวกับ การม้วนพับโปรตีน
• "Protein Folding and Processing". National Center for Biotechnology Information, U.S. National Library of Medicine.