فولدامر
في الكيمياء ، يُعرف المطوي الجزيئي بأنه جزيء سلسلة منفصلة ( أوليغومر ) يتخذ شكلاً منتظماً في المحلول . وهي جزيئات اصطناعية تحاكي قدرة البروتينات والأحماض النووية والسكريات المتعددة على اتخاذ أشكال محددة، مثل الحلزونات ألفا والصفائح بيتا . ويُثبَّت تركيب المطوي الجزيئي من خلال تفاعلات غير تساهمية بين المونومرات غير المتجاورة . [ 2 ] [ 3 ] تُدرس المطويات الجزيئية بهدف رئيسي هو تصميم جزيئات كبيرة ذات تراكيب قابلة للتنبؤ. وترتبط دراسة المطويات الجزيئية بمواضيع التجميع الذاتي الجزيئي ، والتعرف الجزيئي ، وكيمياء المضيف والضيف .
تصميم
تتفاوت أحجام الجزيئات المطوية، ولكنها تُعرَّف بوجود تفاعلات غير تساهمية وغير متجاورة. يستثني هذا التعريف جزيئات مثل بولي (إيزوسيانات) (المعروف باسم بولي يوريثان ) وبولي (برولين) لأنها تُطوى إلى حلزونات بشكل موثوق بفضل التفاعلات التساهمية المتجاورة . [ 4 ] تخضع الجزيئات المطوية لتفاعل طي ديناميكي (غير مطوي ← مطوي)، حيث ينتج الطي الكبير على المستوى العياني عن تأثيرات كارهة للمذيب (انهيار كاره للماء)، بينما تُعزى حالة الطاقة النهائية للجزيء المطوي إلى التفاعلات غير التساهمية. تعمل هذه التفاعلات بشكل تعاوني لتكوين البنية الثلاثية الأكثر استقرارًا، حيث تكون حالتا الطي الكامل وعدم الطي أكثر استقرارًا من أي حالة طي جزئي. [ 5 ]
التنبؤ بالطي
يمكن في كثير من الأحيان التنبؤ ببنية البروتين المطوي من تسلسله الأولي . تتضمن هذه العملية محاكاة ديناميكية لتوازن الطي على المستوى الذري في ظل ظروف مختلفة. يمكن تطبيق هذا النوع من التحليل على البروتينات الصغيرة أيضًا؛ ومع ذلك، اعتبارًا من عام 2024، لا تستطيع التقنيات الحاسوبية محاكاة جميع التسلسلات باستثناء أقصرها. [ 6 ]
يمكن تحديد مسار طي البروتين المطوي بقياس الانحراف عن البنية المفضلة المحددة تجريبياً في ظل ظروف ديناميكية حرارية وحركية مختلفة . ويُقاس التغير في البنية بحساب متوسط الجذر التربيعي للانحراف عن موضع ذرات العمود الفقري للبنية المفضلة. ويمكن تحديد بنية البروتين المطوي في ظل ظروف مختلفة حسابياً، ثم التحقق منها تجريبياً. ويمكن أن توفر التغيرات في درجة الحرارة، ولزوجة المذيب ، والضغط ، ودرجة الحموضة ، وتركيز الملح معلومات قيّمة حول بنية البروتين المطوي. كما يسمح قياس حركية الطي، بالإضافة إلى اتزان الطي، بملاحظة تأثير هذه الظروف المختلفة على بنية البروتين المطوي. [ 6 ]
غالباً ما تؤثر المذيبات على عملية الطي. فعلى سبيل المثال، يختلف مسار الطي الذي يتضمن انهياراً كارهاً للماء في المذيبات غير القطبية . ويعود هذا الاختلاف إلى أن المذيبات المختلفة تُثبّت وسائط مختلفة في مسار الطي، بالإضافة إلى هياكل نهائية مختلفة للبوليمرات المطوية، وذلك بناءً على التفاعلات غير التساهمية بين الجزيئات . [ 6 ]
التفاعلات غير التساهمية
تُغيّر التفاعلات الجزيئية غير التساهمية ، على الرغم من صغر حجمها الفردي، التفاعلات الكيميائية بشكلٍ كبير. فيما يلي قائمة بالقوى الجزيئية الشائعة التي استخدمها الكيميائيون لتصميم المطويات.
التصاميم الشائعة
تُصنَّف المطويات إلى ثلاث فئات: المطويات الببتيدية ، والمطويات النيوكليوتيدية، والمطويات غير الحيوية. المطويات الببتيدية هي جزيئات اصطناعية تُحاكي بنية البروتينات، بينما تعتمد المطويات النيوكليوتيدية على التفاعلات الموجودة في الأحماض النووية. أما المطويات غير الحيوية، فتُثبَّت بواسطة تفاعلات عطرية وتفاعلات نقل الشحنة، وهي تفاعلات غير موجودة عادةً في الطبيعة. [ 2 ] تختلف التصاميم الثلاثة الموصوفة أدناه عن تعريف مور [ 3 ] الدقيق للمطوي، والذي يستثني المطويات الحلزونية.
محاكيات الببتيد
غالبًا ما تخالف الببتيدات المحاكية للبنية المطوية التعريف المذكور سابقًا للببتيدات المطوية، إذ تتخذ في كثير من الأحيان بنى حلزونية . وتمثل هذه الببتيدات علامة فارقة في أبحاث الببتيدات المطوية نظرًا لتصميمها وقدراتها. [ 7 ] [ 8 ] تتكون أكبر مجموعات الببتيدات المحاكية للبنية المطوية من ببتيدات بيتا ، وببتيدات غاما، وببتيدات دلتا، بالإضافة إلى التراكيب الأحادية الممكنة. [ 8 ] تختلف الأحماض الأمينية لهذه الببتيدات بذرة كربون ميثيلين واحدة (بيتا)، أو اثنتين (غاما)، أو ثلاث (دلتا)، ومع ذلك فإن التغيرات البنيوية عميقة. تحظى هذه التسلسلات الببتيدية بدراسة مكثفة لأن التحكم في التسلسل يؤدي إلى تنبؤ دقيق بالطي. علاوة على ذلك، مع وجود ذرات كربون ميثيلين متعددة بين طرفي الكربوكسيل والأمين للروابط الببتيدية المجاورة، يمكن تصميم سلاسل جانبية متنوعة من المجموعات R. ومن الأمثلة على حداثة ببتيدات بيتا ما توصل إليه رايزر وزملاؤه. [ 9 ] باستخدام ببتيد غير متجانس يتكون من أحماض ألفا أمينية وأحماض سيس-بيتا-أمينوسيكلوبروبان كاربوكسوليك (سيس-بيتا-ACCs)، وجدوا تكوين تسلسلات حلزونية في قليل الوحدات يصل طولها إلى سبعة بقايا، وبنية محددة في خمسة بقايا، وهي خاصية فريدة للببتيدات التي تحتوي على أحماض بيتا أمينية حلقية. [ 10 ] [ 11 ] [ 12 ] [ 13 ]
محاكيات النيوكليوتيدات
لا تُصنّف مُحاكيات النيوكليوتيدات عمومًا ضمن فئة المُطويات. فمعظمها مُصمّم لمحاكاة قواعد الحمض النووي المفردة، أو النيوكليوسيدات ، أو النيوكليوتيدات، بهدف استهداف الحمض النووي بشكل غير مُحدّد. [ 14 ] [ 15 ] [ 16 ] ولها استخدامات طبية مُتعددة، تشمل مُكافحة السرطان ، والفيروسات ، والفطريات .
العوامل غير الحيوية
تُعدّ الجزيئات القابلة للطي غير الحيوية جزيئات عضوية مصممة لإظهار طي ديناميكي. وهي تستغل بعض التفاعلات الجزيئية الرئيسية المعروفة، والتي تم تحسينها من خلال تصميمها. ومن الأمثلة على ذلك جزيئات الأوليغوبيرول التي تتنظم عند ارتباطها بأيونات سالبة مثل الكلوريد عبر روابط هيدروجينية (انظر الشكل). ويحدث الطي في وجود الأنيون، إذ لا تخضع مجموعات البوليبيرول لقيود بنيوية تُذكر في غير ذلك. [ 17 ] [ 18 ]
أمثلة أخرى
- يتم دفع جزيئات m- فينيلين إيثينيلين قليلة الوحدات إلى الانطواء في شكل حلزوني بواسطة قوى كارهة للمذيب وتفاعلات التراص العطرية .
- تتكون الببتيدات بيتا من أحماض أمينية تحتوي على مجموعة CH إضافيةوحدتان بينالأمينوحمضالكربوكسيل. وهي أكثر استقرارًا ضدالأنزيمي،وقد ثبت أن لها نشاطًا مضادًا للميكروبات.
- الببتويدات هي بولي جليسينات مستبدلة بـ N تستخدم التفاعلات الفراغية لتطوى إلى هياكل حلزونية تشبه البولي برولين من النوع الأول. [ 19 ]
- الأيداميرات التي تطوى في المحاليل المائية مدفوعة بتفاعلات التراص الكارهة للماء والعطرية.
- مطويات الأوليغواميد العطرية . تُعد هذه الأمثلة من بين أكبر المطويات وأفضلها من حيث توصيف بنيتها. [ 20 ]
- طيات أريلاميد ، [ 21 ] مثل بريلاسيدين .
مراجع
- ↑ لين، جان ماري ؛ وآخرون (2003). "الخيوط الجزيئية المشفرة بالحلزونية: الوصول الفعال عبر مسار الهيدرازون والخصائص الهيكلية". مجلة هيلفيتيكا كيميكا أكتا . 86 (5): 1598-1624 . doi : 10.1002/hlca.200390137 .
- 1 2 "Foldamers: الهيكل والخصائص والتطبيقات" ستيفان هيشت، إيفان هوك إدس. وايلي-VCH، واينهايم، 2007. ISBN 9783527315635
- 1 2 هيل، دي جيه؛ ميو، إم جيه؛ برينس، آر بي؛ هيوز، تي إس؛ مور، جيه إس (2001). "دليل ميداني للمطويات". مجلة الكيمياء 101 (12): 3893-4012 . doi : 10.1021/cr990120t . PMID 11740924 .
- ↑ غرين، م.م.؛ بارك، ج.؛ ساتو، ت.؛ تيراموتو، أ.؛ ليفسون، س.؛ سيلينجر، ر.ل.ب.؛ سيلينجر، ج.ف. (1999). "المسار الجزيئي الكبير للتضخيم الكيرالي". Angew. Chem. Int. Ed . 38 (21): 3138–3154 . doi : 10.1002/(SICI)1521-3773(19991102)38:21 < 3138::AID-ANIE3138 > 3.0.CO ; 2-C . PMID 10556885 .
- ↑ جيلمان، إس إتش (1998). "المطويات: بيان". مجلة أبحاث الكيمياء . 31 (4): 173-180 . doi : 10.1021/ar960298r .
- 1 2 3 فان غونستيرين، ويلفريد ف. (2007). المطويات: التركيب والخصائص والتطبيقات؛ محاكاة توازنات الطي . وايلي-في سي إتش فيرلاغ جي إم بي إتش وشركاه كي جي إيه إيه. الصفحات 173-192 . doi : 10.1002/9783527611478.ch6 .
- ↑ أنسلين ودورتي، الكيمياء العضوية الفيزيائية الحديثة، منشورات جامعة ساينس، 2006، رقم ISBN 978-1-891389-31-3
- 1 2 مارتينك، تي. أ.؛ فولوب، ف. (2012). "المطويات الببتيدية: زيادة التنوع". مجلة الجمعية الكيميائية ، 41 (2): 687-702 . doi : 10.1039/C1CS15097A . PMID 21769415 .
- ↑ دي بول، إس.؛ زورن، سي.؛ كلاين، سي دي؛ زيربي، أو.؛ رايزر، أو. (2004). "تكوينات حلزونية مستقرة بشكل مدهش في ببتيدات ألفا/بيتا عن طريق دمج أحماض سيس-بيتا-أمينوسيكلوبروبات الكربوكسيلية". Angew. Chem. Int. Ed . 43 (4): 511–514 . doi : 10.1002/anie.200352267 . PMID 14735548 .
- ^ سيباخ، د.؛ بيك، أيه كيه؛ بيرباوم، دي جي؛ الكيمياء. بيوديف.، 2004، 1، 1111-1239.
- ↑ سيباخ، د.؛ بيك، أ.ك.؛ بيرباوم، د.ج. (2004). "دراسات كيميائية وبيولوجية على بيتا-أوليغوأرجينين". الكيمياء والتنوع البيولوجي . 1 (1): 1111-1239 . doi : 10.1002/cbdv.200490014 . PMID 17191776. S2CID 45258727 .
- ↑ نظامي، بلال. "FoldamerDB: قاعدة بيانات الطي" . foldamerdb.ttk.hu . تاريخ الاسترجاع: 2020-07-06 .
- ↑ نظامي، بلال. بيريشكي-زاكال، دوروتيا؛ فارو، نيكوليت؛ البطيوي، كمال؛ ناجاراج، فيجنيش يو؛ سيجيارتو، إيمولا سي إس؛ مانديتي، إستفان؛ بيكي سومفاي، تاماس (2020-01-08). "FoldamerDB: قاعدة بيانات للمجلدات الببتيدية" . أبحاث الأحماض النووية . 48 (د1): د1122 – د1128. دوى : 10.1093/نار/gkz993 . ISSN 0305-1048 . بمك 7145536 . بميد 31686102 .
- ↑ لونغلي، د.ب.؛ هاركين، د.ب.؛ جونستون، ب.ج. (مايو 2003). "5-فلورويوراسيل: آليات العمل والاستراتيجيات السريرية". نات . ريف. كانسر . 3 (5): 330-338 . doi : 10.1038/nrc1074 . PMID 12724731. S2CID 4357553 .
- ↑ سيكريست، جون (2005). "النيوكليوسيدات كعوامل مضادة للسرطان: من المفهوم إلى التطبيق السريري" . سلسلة ندوات الأحماض النووية . 49 (49): 15-16 . doi : 10.1093/nass/49.1.15 . PMID 17150610 .
- ↑ رابابورت، إي.؛ فونتين، ج. (1989). "تتوسط أنشطة الأدينين النيوكليوتيدية المضادة للسرطان في الفئران من خلال توسيع مخزون الأدينوسين ثلاثي الفوسفات في كريات الدم الحمراء" . وقائع الأكاديمية الوطنية للعلوم في الولايات المتحدة الأمريكية . 86 (5): 1662-1666 . Bibcode : 1989PNAS...86.1662R . doi : 10.1073/pnas.86.5.1662 . PMC 286759. PMID 2922403 .
- ↑ سيسلر، جيه إل؛ سير، إم؛ لينش، في (1990). "دراسات تركيبية وبنيوية للسافيرين، وهو بورفيرين موسع خماسي البيرول يحتوي على 22 إلكترون باي"". J. Am. Chem. Soc . 112 (7): 2810. Bibcode : 1990JAChS.112.2810S . doi : 10.1021/ja00163a059 .
- ↑ جواركر، هـ.؛ جيونغ، ك.س. (2010). "المطويات المتحكم بها بالأنيونات" . مجلة الجمعية الكيميائية ، 39 (10): 3664-3674 . doi : 10.1039/b926162c . PMID 20730154 .
- ↑ أنجيليسي، جي.؛ بهاتاشارجي، ن.؛ روي، أ.؛ فور، س.؛ ديدييرجان، س.؛ جوفري، ل.؛ جوليبوا، ف.؛ بيرين، ل.؛ تايلفومييه، س. (2016). "تفاعلات لندن الضعيفة بين CH⋯O=C في الهيكل الأساسي و tBu⋯tBu في السلسلة الجانبية تُسهم في تعزيز طي الحلزون في ببتويدات N tBu غير الكيرالية". مجلة الاتصالات الكيميائية . 52 (24): 4573-4576 . doi : 10.1039/C6CC00375C . hdl : 11568/837881 . PMID 26940758 .
- ↑ ديلسوك، نيكولاس؛ ماسيب، ستيفان؛ ليجيه، جان ميشيل؛ كوفمان، بريس؛ هوك، إيفان (9 مارس 2011). "التكوينات الحلزونية النسبية في طيات الأوليغواميد العطرية المتفرعة". مجلة الجمعية الكيميائية الأمريكية . 133 (9): 3165-3172 . Bibcode : 2011JAChS.133.3165D . doi : 10.1021/ja110677a . PMID : 21306159 .
- ↑ تصميم جديد ونشاط حيوي لمركبات أريلاميد مطوية مضادة للميكروبات ذات بنية مقيدة. تشوي. 2009
للمزيد من القراءة
- إيفان هوك؛ ستيفان هيشت (2007). Folders: الهيكل والخصائص والتطبيقات . فاينهايم: وايلي-VCH. رقم ISBN 978-3-527-31563-5.
- غودمان، سي إم، تشوي، إس، شاندلر، إس، ديغرادو، دبليو إف (2007). "البروتينات القابلة للطي كأطر متعددة الاستخدامات لتصميم وتطوير الوظائف" . نات . كيم. بيول . 3 (5): 252-262 . doi : 10.1038/nchembio876 . PMC 3810020. PMID 17438550 .
التقييمات
- ^ جيلمان، إس إتش (1998). "المطويات: بيان" (ملف PDF) . مجلة أبحاث الكيمياء . 31 (4): 173-180 . doi : 10.1021/ar960298r . مؤرشف من النسخة الأصلية (ملف PDF) بتاريخ 13 مايو 2008.
- ^ Zhang DW, Zhao X, Hou JL, Li ZT (2012). "مطويات الأميد العطرية: الهياكل والخواص والوظائف". Chem. Rev. 112 ( 10): 5271–5316 . doi : 10.1021/cr300116k . PMID 22871167 .
- ^ جواركر، هـ.؛ جيونغ، ك.س. (2010). "المطويات المتحكم بها بالأنيونات" .مجلة الجمعية الكيميائية ، 39 (10): 3664-3674 . doi : 10.1039/b926162c . PMID 20730154 .
- الكيمياء فوق الجزيئية