प्रोटीन चतुर्धातुक संरचना

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Protein primary structureProtein secondary structureProtein tertiary structureProtein quaternary structure
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This diagram (which is interactive) of protein structure uses PCNA as an example. (PDB: 1AXC​)
This article is about quaternary structure in protein. For the article about quaternary structure in nucleic acid, see Nucleic acid quaternary structure.

प्रोटीन चतुर्धातुक संरचना[lower-alpha 1] प्रोटीन संरचना का चौथा (और उच्चतम) वर्गीकरण स्तर है। प्रोटीन चतुर्धातुक संरचना प्रोटीन की संरचना को संदर्भित करती है जो स्वयं दो या दो से अधिक छोटी प्रोटीन श्रृंखलाओं (जिन्हें सबयूनिट भी कहा जाता है) से बना होता है। प्रोटीन चतुर्धातुक संरचना एक मल्टीप्रोटीन कॉम्प्लेक्स | मल्टी-सबयूनिट कॉम्प्लेक्स में कई प्रोटीन की तह प्रोटीन सबयूनिट्स की संख्या और व्यवस्था का वर्णन करती है। इसमें साधारण प्रोटीन डिमर से लेकर बड़े एकाधिकार और मल्टीप्रोटीन कॉम्प्लेक्स के साथ सबयूनिट्स की परिभाषित या परिवर्तनशील संख्या वाले संगठन सम्मलित हैं।[1] प्रोटीन संरचना के पहले तीन स्तरों के विपरीत, सभी प्रोटीनों में चतुर्धातुक संरचना नहीं होगी क्योंकि कुछ प्रोटीन एकल इकाइयों के रूप में कार्य करते हैं। प्रोटीन चतुर्धातुक संरचना न्यूक्लिक अम्ल और अन्य कॉफ़ेक्टर (जैव रसायन) के साथ प्रोटीन के जैव-आणविक परिसरों का भी उल्लेख कर सकती है।

विवरण और उदाहरण

कई प्रोटीन वास्तव में कई पॉलीपेप्टाइड श्रृंखलाओं की असेंबली हैं। चतुर्धातुक संरचना एक दूसरे के संबंध में प्रोटीन उपइकाइयों की संख्या और व्यवस्था को संदर्भित करती है।[2] चतुर्धातुक संरचना वाले प्रोटीन के उदाहरणों में हीमोग्लोबिन, डीएनए पोलीमरेज़, राइबोसोम, एंटीबॉडी और आयन चैनल सम्मलित हैं।

विविध कार्यों वाली सबयूनिट से बने एनजाइम ों को कभी-कभी होलोएंजाइम कहा जाता है, जिसमें कुछ भागों को नियामक सबयूनिट के रूप में जाना जाता है और कार्यात्मक कोर को उत्प्रेरक सबयूनिट के रूप में जाना जाता है। इसके अतिरिक्त मल्टी प्रोटीन कॉम्प्लेक्स के रूप में संदर्भित अन्य विधानसभाओं में भी चतुर्धातुक संरचना होती है। उदाहरणों में न्यूक्लियोसोम और सूक्ष्मनलिकाएं सम्मलित हैं। चतुर्धातुक संरचना में परिवर्तन अलग-अलग सबयूनिट्स के भीतर प्रोटीन की संरचना के माध्यम से या एक दूसरे के सापेक्ष सबयूनिट्स के पुनर्संरचना के माध्यम से हो सकता है। यह ऐसे परिवर्तनों के माध्यम से है, जो मल्टीमेरिक एंजाइमों में सहकारी बंधन और एलोस्टेरी को रेखांकित करता है, कि कई प्रोटीन विनियमन से गुजरते हैं और अपने शारीरिक कार्य करते हैं।

उपरोक्त परिभाषा जैव रसायन के लिए एक मौलिक दृष्टिकोण का अनुसरण करती है, जो उस समय स्थापित हुई जब एक प्रोटीन और एक कार्यात्मक, प्रोटीनसियस इकाई के बीच भेद को स्पष्ट करना कठिनाई था। हाल ही में, लोग प्रोटीन की चतुर्धातुक संरचना पर चर्चा करते समय प्रोटीन-प्रोटीन इंटरैक्शन का उल्लेख करते हैं और प्रोटीन की सभी असेंबली को प्रोटीन परिसरों के रूप में मानते हैं।

नामकरण

इस प्रोटीन कॉम्प्लेक्स की चतुर्धातुक संरचना को होमो-ट्रिमर के रूप में वर्णित किया जाएगा क्योंकि यह तीन समान छोटे प्रोटीन सबयूनिट्स (या मोनोमर्स) से बना है।

ऑलिगोमेरिक कॉम्प्लेक्स में सबयूनिट्स की संख्या को उन नामों का उपयोग करके वर्णित किया गया है जो -मेर (भाग के लिए ग्रीक, सबयूनिट) में समाप्त होते हैं। औपचारिक और ग्रीको-लैटिनेट नाम सामान्यतः पहले दस प्रकारों के लिए उपयोग किए जाते हैं और बीस सबयूनिट्स के लिए उपयोग किए जा सकते हैं, चूँकि उच्च ऑर्डर कॉम्प्लेक्स को सामान्यतः सबयूनिट्स की संख्या के माध्यम से वर्णित किया जाता है, जिसके बाद -मेरिक होता है।

  • 13 = ट्राइडेकामर
  • 14 = टेट्राडेकामर
  • 15 = पेंटाडेकामर*
  • 16 = हेक्साडेकामर
  • 17 = हेप्टाडेकामर *
  • 18 = ऑक्टाडेकामर
  • 19 = नोनाडेकामर
  • 20 = आइकोसामर
  • 21 = 21-मेर
  • 22 = 22-मेर
  • 23 = 23-मेर *
  • इत्यादि.
*कोई ज्ञात उदाहरण नहीं

चूंकि अधिकांश एंटीबॉडी के लिए ऑक्टमर्स से अधिक जटिल संभवतः ही कभी देखे जाते हैं, कुछ महत्वपूर्ण अपवाद हैं। कैप्सिड अधिकांशतः 60 प्रोटीन के गुणकों से बने होते हैं। कोशिका में कई आणविक मशीनें भी पाई जाती हैं, जैसे कि प्रोटियासम (चार हेप्टामेरिक रिंग्स = 28 सबयूनिट्स), ट्रांसक्रिप्शन कॉम्प्लेक्स और स्प्लाइसोसोम राइबोसोम संभवतः सबसे बड़ी आणविक मशीन है, और यह कई आरएनए और प्रोटीन अणुओं से बना है।

कुछ स्थितियों में, प्रोटीन कॉम्प्लेक्स बनाते हैं जो बाद में और भी बड़े कॉम्प्लेक्स में इकट्ठा हो जाते हैं। ऐसे स्थितियों में, कोई नामकरण का उपयोग करता है, उदाहरण के लिए, डिमर के डिमर या डिमर्स के ट्रिमर, यह सुझाव देने के लिए कि मोनोमर्स में अलग होने से पहले परिसर छोटे उप-परिसरों में अलग हो सकता है।

ओलिगोमर्स का जिक्र करते समय अधिकांशतः एक और भेद किया जाता है कि क्या वे होमोमेरिक या हेटरोमेरिक हैं, इस बात का जिक्र करते हुए कि प्रोटीन कॉम्प्लेक्स बनाने के लिए एक साथ आने वाले छोटे प्रोटीन सबयूनिट एक दूसरे से समान (होमोमेरिक) या अलग (हेटेरोमेरिक) हैं। उदाहरण के लिए, दो समान प्रोटीन मोनोमर्स एक होमो-डिमर बनाने के लिए एक साथ आएंगे, चूँकि दो अलग-अलग प्रोटीन मोनोमर्स हेटरो-डिमर बनाएंगे।

संरचना निर्धारण

प्रोटीन चतुर्धातुक संरचना को विभिन्न प्रायोगिक तकनीकों का उपयोग करके निर्धारित किया जा सकता है जिसके लिए विभिन्न प्रायोगिक स्थितियों में प्रोटीन के नमूने की आवश्यकता होती है। प्रयोग अधिकांशतः मूल प्रोटीन के द्रव्यमान का एक अनुमान प्रदान करते हैं और, सबयूनिट्स के द्रव्यमान और/या स्टोइकोमेट्री के ज्ञान के साथ, चतुर्धातुक संरचना को दी गई त्रुटिहीनता के साथ भविष्यवाणी करने की अनुमति देते हैं। कई कारणों से सबयूनिट संरचना का त्रुटिहीन निर्धारण प्राप्त करना सदैव संभव नहीं होता है।

एक प्रोटीन कॉम्प्लेक्स में सबयूनिट्स की संख्या अधिकांशतः हाइड्रोडायनामिक आणविक मात्रा या अक्षुण्ण कॉम्प्लेक्स के द्रव्यमान को मापकर निर्धारित की जा सकती है, जिसके लिए मूल समाधान स्थितियों की आवश्यकता होती है। मुड़े हुए प्रोटीन के लिए, द्रव्यमान को 0.73 मिली / जी की आंशिक विशिष्ट मात्रा का उपयोग करके इसकी मात्रा से अनुमान लगाया जा सकता है। चूँकि, द्रव्यमान मापन की समानता में आयतन माप कम निश्चित होते हैं, क्योंकि अनफोल्डेड प्रोटीन में मुड़े हुए प्रोटीन की समानता में बहुत अधिक मात्रा होती है; यह निर्धारित करने के लिए अतिरिक्त प्रयोगों की आवश्यकता है कि क्या प्रोटीन सामने आया है या उसने ओलिगोमर का गठन किया है।

प्रोटीन चतुर्धातुक संरचना का अध्ययन करने के लिए उपयोग की जाने वाली सामान्य तकनीक

  • अल्ट्रासेंट्रीफ्यूगेशन
  • भूतल-प्रेरित वियोजन मास स्पेक्ट्रोमेट्री[3]
  • को-इम्यूनोप्रेसिपिटेशन[4]
  • फोर्स्टर अनुनाद ऊर्जा हस्तांतरण[4][5]
  • परमाणु चुंबकीय अनुनाद (एनएमआर)[6][7]

अक्षुण्ण परिसरों का प्रत्यक्ष द्रव्यमान माप

निरंतर परिसरों का प्रत्यक्ष आकार माप

निरंतर परिसरों का अप्रत्यक्ष आकार माप

विकृतीकरण (जैव रसायन) स्थितियों के अनुसार द्रव्यमान या आयतन को मापने वाली विधियाँ (जैसे मैट्रिक्स-सहायता प्राप्त लेज़र डिसोर्शन/आयनाइज़ेशन|एमएएलडीआई-टीओएफ( मैट्रिक्स एसिस्टेड लेजर डेशन आईजीन ऑफ टाइम ऑफ फ्लाइट) मास स्पेक्ट्रोमेट्री और सोडियम डोडेसिल सल्फेट पॉलीएक्रिलामाइड जेल वैद्युतकणसंचलन|एसडीएस-पेज) सामान्यतः उपयोगी नहीं होते हैं, क्योंकि गैर-देशी स्थितियां सामान्यतः कॉम्प्लेक्स को मोनोमर्स में अलग करने का कारण बनती हैं। चूँकि, ये कभी-कभी लागू हो सकते हैं; उदाहरण के लिए, प्रयोगकर्ता पहले रासायनिक पार लिंक अभिकर्मकों के साथ निरंतर परिसर का इलाज करने के बाद एसडीएस-पेज लागू कर सकता है।

संरचना भविष्यवाणी

छद्म अमीनो एसिड संरचना के विभिन्न तरीकों का उपयोग करके उनके अनुक्रम की जानकारी के आधार पर प्रोटीन की चतुर्धातुक संरचनात्मक विशेषताओं की भविष्यवाणी करने के लिए कुछ जैव सूचना विज्ञान विधियों का विकास किया गया है।[2][8][9] प्रोटीन तृतीयक संरचना की भविष्यवाणी करने के लिए उपयोग किए जाने वाले प्रोटीन तह भविष्यवाणी कार्यक्रम भी प्रोटीन चतुर्धातुक संरचना की बेहतर भविष्यवाणी करने के लिए विस्तार कर रहे हैं। ऐसा ही एक विकास है अल्फाफोल्ड-मल्टीमर[10] प्रोटीन तृतीयक संरचना की भविष्यवाणी के लिए अल्फाफोल्ड मॉडल पर बनाया गया।

सेल सिग्नलिंग में भूमिका

प्रोटीन चतुर्धातुक संरचना कुछ सेल सिग्नलिंग पाथवे में भी महत्वपूर्ण भूमिका निभाती है। जी-प्रोटीन युग्मित रिसेप्टर पाथवे में एक हेटरोट्रीमेरिक प्रोटीन सम्मलित होता है जिसे जी-प्रोटीन के रूप में जाना जाता है। जी-प्रोटीन में तीन अलग-अलग सबयूनिट होते हैं जिन्हें जी-अल्फा, जी-बीटा और जी-गामा सबयूनिट्स के रूप में जाना जाता है। जब जी-प्रोटीन सक्रिय होता है, तो यह जी-प्रोटीन युग्मित रिसेप्टर प्रोटीन से जुड़ जाता है और सेल सिग्नलिंग मार्ग प्रारंभ हो जाता है। एक अन्य उदाहरण रिसेप्टर टाइरोसिन किनेज (आरटीके) मार्ग है, जो दो रिसेप्टर टाइरोसिन किनसे मोनोमर्स के डिमराइजेशन के माध्यम से प्रारंभ किया गया है। जब डिमर बनता है, तो दो किनेसेस एक दूसरे को फास्फोराइलेट कर सकते हैं और सेल सिग्नलिंग मार्ग प्रारंभ कर सकते हैं।[11]


प्रोटीन-प्रोटीन इंटरैक्शन

Main article: प्रोटीन-प्रोटीन अंतरक्रिया

प्रोटीन बहुत तंग कॉम्प्लेक्स बनाने में सक्षम हैं। उदाहरण के लिए, राइबोन्यूक्लिज़ अवरोधक राइबोन्यूक्लिएज ए को अधिकतर 20 fM पृथक्करण स्थिरांक से बांधता है। अन्य प्रोटीन विशेष रूप से किसी अन्य प्रोटीन, जैसे, बायोटिन समूह (एविडिन), फॉस्फोराइलेटेड टाइरोसिन (SH2 डोमेन) या प्रोलाइन-रिच सेगमेंट (डोमेन नाम) पर असामान्य रूप से बाँधने के लिए विकसित हुए हैं। प्रोटीन-प्रोटीन इंटरैक्शन को कुछ ओलिगोमेराइजेशन राज्यों के पक्ष में इंजीनियर किया जा सकता है।[12]


अंतर्गर्भाशयी पूरकता

जब एक जीन के माध्यम से एन्कोड किए गए पॉलीपेप्टाइड की कई प्रतियां एक चतुष्कोणीय परिसर बनाती हैं, तो इस प्रोटीन संरचना को मल्टीमर के रूप में संदर्भित किया जाता है।[13] जब किसी विशेष जीन के दो अलग-अलग उत्परिवर्तित युग्मविकल्पियों के माध्यम से निर्मित पॉलीपेप्टाइड्स से एक बहुउद्देशीय का निर्माण होता है, तो मिश्रित बहुगुणक अकेले प्रत्येक उत्परिवर्तियों के माध्यम से निर्मित अमिश्रित बहुगुणकों की समानता में अधिक कार्यात्मक गतिविधि प्रदर्शित कर सकता है। ऐसे स्थितियों में, घटना को पूरकता (आनुवांशिकी) के रूप में संदर्भित किया जाता है (इसे अंतर-एलीलिक पूरकता भी कहा जाता है)। अंतर्गर्भाशयी पूरकता सामान्य प्रतीत होती है और कवक न्यूरोस्पोरा क्रासा सैकरोमाइसीज़ सेरेविसिए और स्किज़ोसैक्रोमाइसेस पोम्बे सहित विभिन्न प्रकार के जीवों में कई अलग-अलग जीनों में अध्ययन किया गया है; जीवाणु साल्मोनेला टाइफिम्यूरियम; एस्चेरिचिया वायरस T4 4 वायरस,[14] एक आरएनए वायरस,[15] और मनुष्य।[16] जेहले के माध्यम से आत्म-मान्यता और मल्टीमर गठन के लिए संभावित रूप से जिम्मेदार इंटरमॉलिक्युलर बलों पर चर्चा की गई।[17]


असेम्बली

पास के राइबोसोम से निकलने वाले दो नवजात प्रोटीनों की सीधी बातचीत ओलिगोमेर गठन के लिए एक सामान्य तंत्र प्रतीत होती है।[18] सैकड़ों प्रोटीन ओलिगोमर्स की पहचान की गई जो इस प्रकार की बातचीत से मानव कोशिकाओं में इकट्ठा होते हैं।[18] अंतःक्रियात्मक प्रोटीन के एन-टर्मिनल क्षेत्रों के बीच बातचीत का सबसे प्रचलित रूप था। डिमर गठन समर्पित विधानसभा मशीनों के स्वतंत्र रूप से होने में सक्षम प्रतीत होता है।

यह भी देखें

टिप्पणियाँ

  1. ↑ Here quaternary means "fourth-level structure", not "four-way interaction". Etymologically quartary is correct: quaternary is derived from Latin distributive numbers, and follows binary and ternary; while quartary is derived from Latin ordinal numbers, and follows secondary and tertiary. However, quaternary is standard in biology.


संदर्भ

  1. ↑ Berg JM, Tymoczko JL, Stryer L (2002). "Section 3.5Quaternary Structure: Polypeptide Chains Can Assemble Into Multisubunit Structures". जीव रसायन (5. ed., 4. print. ed.). New York, NY [u.a.]: W. H. Freeman. ISBN 0-7167-3051-0.
  2. ↑ 2.0 2.1 Chou KC, Cai YD (November 2003). "छद्म अमीनो एसिड संरचना द्वारा प्रोटीन चतुर्धातुक संरचना की भविष्यवाणी करना". Proteins. 53 (2): 282–289. doi:10.1002/prot.10500. PMID 14517979. S2CID 23979933.
  3. ↑ Stiving AQ, VanAernum ZL, Busch F, Harvey SR, Sarni SH, Wysocki VH (January 2019). "भूतल-प्रेरित पृथक्करण: प्रोटीन चतुर्धातुक संरचना के लक्षण वर्णन के लिए एक प्रभावी विधि". review. Analytical Chemistry. 91 (1): 190–209. doi:10.1021/acs.analchem.8b05071. PMC 6571034. PMID 30412666.
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  5. ↑ Raicu V, Singh DR (November 2013). "FRET स्पेक्ट्रोमेट्री: जीवित कोशिकाओं में प्रोटीन चतुर्धातुक संरचना के निर्धारण के लिए एक नया उपकरण". primary. Biophysical Journal. 105 (9): 1937–1945. Bibcode:2013BpJ...105.1937R. doi:10.1016/j.bpj.2013.09.015. PMC 3824708. PMID 24209838.
  6. ↑ Prischi F, Pastore A (2016). "जटिल प्रणालियों के संरचना निर्धारण के लिए परमाणु चुंबकीय अनुनाद और संकर विधियों का अनुप्रयोग". review. Advances in Experimental Medicine and Biology. 896: 351–368. doi:10.1007/978-3-319-27216-0_22. ISBN 978-3-319-27214-6. PMID 27165336.
  7. ↑ Wells JN, Marsh JA (2018). "Experimental Characterization of Protein Complex Structure, Dynamics, and Assembly". प्रोटीन कॉम्प्लेक्स असेंबली. review. Methods in Molecular Biology. Vol. 1764. pp. 3–27. doi:10.1007/978-1-4939-7759-8_1. ISBN 978-1-4939-7758-1. PMID 29605905. धारा 4: परमाणु चुंबकीय अनुनाद स्पेक्ट्रोस्कोपी
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  9. ↑ Xiao X, Wang P, Chou KC (2009). "कार्यात्मक डोमेन संरचना और छद्म अमीनो एसिड संरचना को संकरण करके प्रोटीन चतुर्धातुक संरचनात्मक विशेषता की भविष्यवाणी करना". Journal of Applied Crystallography. 42: 169–173. doi:10.1107/S0021889809002751.
  10. ↑ Evans R, O'Neill M, Pritzel A, Antropova N, Senior AW, Green T, et al. (4 October 2021). "अल्फाफोल्ड-मल्टीमर के साथ प्रोटीन जटिल भविष्यवाणी". bioRxiv (in English): 2021.10.04.463034. doi:10.1101/2021.10.04.463034. S2CID 238413014.
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बाहरी संबंध

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