Folding funnel

Folding funnel היא גרסה מסוימת של תאוריית משטח האנרגיה, השייכת לתאוריית קיפול חלבונים (energy landscape theory of protein folding). תאוריה זו גורסת שבמדיום התאי, כלומר בתמיסה הנוזלית - ציטופלזמה, חלבונים יימצאו במצבם הנטיבי/פעיל, מצב בו האנרגיה החופשית מינימלית. חלבונים עשויים להיכלא בתצורה בה אינם מקופלים במלואם למצבם הנטיבי ובסביבה זו ימצאו באנרגיה חופשית גבוהה מאוד, למרות זאת, ההיפותזה יוצאת מנקודת הנחה שהמצב הנטיבי הוא מינימום אנרגטי המגיב עם מבנה שלישוני יחיד ומוחלט. גישה זו כיוונה לרעיון שקיפול חלבון הוא המצב האופטימלי לבעיה האנרגטית. אולם, במציאות, אנרגיה חופשית מכילה בתוכה גם אנתלפיה ואנטרופיה אשר לא מאפשרים לחלבון להגיע למצב האופטימלי באופן ישיר.

בין היפותזה זו להיפותזת הקריסה ההידרופובית (hydrophobic collapse), קיים דמיון רב בשל עיקרון מנחה משותף. רצף של חומצות אמינו בעלות שיירי צד הידרופוביים בסביבה הידרופילית, הם המספקים את הכוח המניע לקיפול החלבון למצב בו השיירים ההידרופוביים מופנים לפנים החלבון וגורמים לייצובו. מצב זה מאפשר לממס (מים במקרה זה) להגדיל את האנתרופיה בצורה מקסימלית ובכך להוריד את סך האנרגיה החופשית. שיירי טעונים, הידרופיליים, על פני שטח החלבון מקיימים קשרים אלקטרוסטטיים עם המים ובנוסף קיום של גשרי מלח בליבת החלבון, מורידים עוד את האנרגיה החופשית ותורמים לייצובו. 

מצב של קיפול חלקי (molten globule state) הנגרם בדרך כלל מחומציות או טמפרטורה גבוהה נחזה על ידי ההיפותזה Folding funnel. מצב זה מתואר כחלבון שעבר קריסה הידרופובית אך טרם נוצרו כל הקשרים הסופיים (קשרי מימן, גשרי מלח ועוד) המאפשרים את המצב הנטיבי.

 

בצורה תיאורית, מוסברת ההיפותזה כבאר אשר עומקה מייצג את היציבות האנרגטית בתצורה הנטיבית נגד התצורה הדנטורטיבית (פתוחה / לא פעילה) (ראו איור). רוחב הבאר מייצג את ייצוב התצורה הדנטורטיבית בשל אנטרופיית המערכת. פני השטח השטוחים חיצונית לבאר מייצגים את ההטרוגניות הקיימת בתצורות רנדומליות של סליל (random coil state). שם ההיפותזה Funnel - משפך Folding - קיפול, נובע מהאנלוגיה בין צורת הבאר לצורת משפך, נוזלים הזורמים דרכו עוברים משטח רחב ומפוזר לשטח צר במבנה מקובץ ומרוכז.

ראו גם
פרדוקס לוינתל

קישורים חיצוניים
”הישג שישנה את חוקי המשחק”: ה-AI של גוגל הגיע ל”גביע הקדוש” של הביולוגיה באתר geek time
ביוכימיה
חלבונים