معلومة

علاقة الانتروبيا التوافقية وطي البروتين


أحاول معرفة العلاقة بين الانتروبيا التوافقية وطي البروتين. قرأت ما يلي في Lehninger ، مبادئ الكيمياء الحيوية (الطبعة السادسة):

لذلك فإن معظم التغير الصافي في الطاقة الحرة حيث تتشكل التفاعلات الضعيفة داخل البروتين مشتق من الانتروبيا المتزايدة في المحلول المائي المحيط الناتج عن دفن الأسطح الكارهة للماء. هذا أكثر من موازنة الخسارة الكبيرة في الانتروبيا التوافقية حيث يتم تقييد عديد الببتيد في شكله المطوي.

في هذا السياق ، فإن معنى الانتروبيا التوافقية هو أنه كلما زاد استقرار البروتين كلما انخفض الانتروبيا المطابقة (على ما أعتقد).

لماذا تزداد الإنتروبيا المحيطة بسبب دفن المخلفات الكارهة للماء؟

لماذا يوازن دفن هذه البقايا الكارهة للماء الخسارة الكبيرة في الانتروبيا التوافقية؟

أعتقد أنه ربما لأن البروتين المكشوف يحتوي على قدر أكبر من التشكل من البروتين عندما يكون مطويًا بسبب النواة الكارهة للماء ، فإنه يقلل من التشكل المحتمل لأن التفاعل الكارثي للماء يقيد الاحتمالات. هل انا على حق؟


هذا السؤال هو مثال لمشكلة عامة مهمة في البيولوجيا الكيميائية: "كيف ينشأ نظام مرتب دون انتهاك القانون الثاني للديناميكا الحرارية؟" بيرج وآخرون. عالج هذا بالطريقة التالية:

ينص القانون الثاني للديناميكا الحرارية على أن الانتروبيا الكلية للنظام ومحيطه تزداد دائمًا من أجل عملية عفوية. للوهلة الأولى ، يبدو أن هذا القانون يتناقض مع الكثير من التجارب الشائعة ، لا سيما فيما يتعلق بالنظم البيولوجية. من الواضح أن العديد من العمليات البيولوجية ، مثل توليد بنية محددة جيدًا مثل ورقة من غاز ثاني أكسيد الكربون والمغذيات الأخرى ، تزيد من مستوى النظام وبالتالي تقلل من الانتروبيا. قد يتم تقليل الانتروبيا محليًا في تكوين مثل هذه الهياكل المنظمة فقط إذا زادت إنتروبيا أجزاء أخرى من الكون بمقدار مساوٍ أو أكبر.

سؤالك حول الطي التلقائي للبروتينات. أنت تسأل:

في هذا السياق ، فإن معنى الانتروبيا التوافقية هو أنه كلما زاد استقرار البروتين كلما انخفض الانتروبيا المطابقة (على ما أعتقد).

لماذا تزداد الإنتروبيا المحيطة بسبب دفن المخلفات الكارهة للماء؟

تعليقات على تفسيرك: لا تستخدم مصطلح "الاستقرار" في هذا السياق. إنه ليس مصطلح ديناميكي حراري ومعناه غير دقيق. إذا فكرنا في الإنتروبيا على أنها درجة الاضطراب أو العشوائية ، فيمكننا رؤية ذلك الانتروبيا التوافقية يستخدم المؤلفون ليعني انتروبيا البروتين كملف عشوائي يمكن أن يتبنى العديد من الهياكل المختلفة. من الواضح أن هذا يحتوي على إنتروبيا أكبر من البروتين المطوي مع (تقريبًا) بنية واحدة. يُفضل اعتماد الهيكل المطوي من الناحية الديناميكية الحرارية لأنه يمثل حالة طاقة أقل (على وجه التحديد طاقة جيبس ​​الحرة) مقارنة بهياكل الملفات العشوائية ، ولكنه يستلزم فقدان الانتروبيا.

إجابتي: تزداد الإنتروبيا المحيطة للسبب التالي. الانتروبيا المحيطة هي جزيئات الماء التي تهتز وتتفاعل مع جزيئات الماء الأخرى عن طريق الشحنات δ + و على H و O على التوالي. في نظام يحتوي على بروتين مع ملف عشوائي ، يتم تقييد حركة هذه الجزيئات من خلال السلاسل الجانبية الكارهة للماء التي تواجهها ، وبالتالي الحد من الانتروبيا ، كما كانت. عندما ينثني البروتين في كرة مع وجود بقايا قطبية على سطحه ، فإن جزيئات الماء المهتزة تكون أقل تقييدًا في حركتها وبالتالي يكون لها إنتروبيا أعلى.

كذلك تسأل:

لماذا يوازن دفن هذه البقايا الكارهة للماء الخسارة الكبيرة في الانتروبيا التوافقية؟

أعتقد أنه ربما لأن البروتين المكشوف يحتوي على قدر أكبر من التشكل من البروتين عندما يكون مطويًا بسبب النواة الكارهة للماء ، فإنه يقلل من التشكل المحتمل لأن التفاعل الكارثي للماء يقيد الاحتمالات. هل انا على حق؟

إجابتي: لقد شرحت ذلك بعبارات عامة أعلاه ، ردًا على سؤالك الأول. إذا كنت تريد تبريرًا كميًا ورياضيًا ، فسيتم دفعك للعثور على مبرر. بافتراض عدم وجود عوامل أخرى ، نفترض أنه يجب أن يكون الأمر كذلك بسبب القانون الثاني.

التعليقات على إجابتك: لا أفهم ما تقصده بعبارة "يقلل من التشكل المحتمل". يمكنك تقليل عدد المطابقات الممكنة - لا يمكنك "تقليل التشابه المحتمل". أفترض أن اللغة الإنجليزية هي لغتك الأولى. يجب أن تحاول استخدامها بشكل أكثر دقة إذا كنت ستكتب عن العلوم (بالإضافة إلى التدقيق الإملائي والنحوي و الكتابة بالأحرف الكبيرة). إذا كنت أضع علامة على هذه الفقرة كإجابة للاختبار ، فسأضع سطراً خلالها على أنها غير مفهومة. الشيء الرئيسي هو أنك تقارن شكلاً منفردًا لأقل طاقة تتضمن تفاعلات ضعيفة معينة وسطحًا قطبيًا ، مع عدد المطابقات التي تعرض بقايا كارهة للماء وتحد من الاهتزازات الحرة لجزيئات الماء.

توضيح إضافي

يوضح الرسم البياني أدناه المشكلة:

يتغير البروتين من حالة مضطربة إلى حالة منظمة ، لذا فإن إنتروبياها تتناقص:

ΔSبروتين = x ، حيث x <0

في حين أن الماء يتغير من حالة أكثر تنظيماً إلى حالة أقل تنظيماً ، فإن إنتروبياها آخذة في الازدياد:

ΔSماء = y ، حيث y> 0

و

ΔSالمجموع = ΔSبروتين + ΔSماء = س + ص

إذا كان ΔSبروتين + ΔSماء = 0 (x + y = 0) ، يمكننا القول أن الزيادة في إنتروبيا الماء توازي الزيادة في إنتروبيا البروتين. لكي يحدث الطي تلقائيًا ، يجب أن يزداد إجمالي الكون (ΔSالمجموع > 0 ، أي x + y> 0) وسنقوم بتغيير العبارة السابقة إلى "أكثر من موازين ".


شاهد الفيديو: د. رامي صلاح الدين يوضح أضرار البروتين المكملات الغذائية على المعدة والكبد. مع الناس (كانون الثاني 2022).