מבנה נטיבי

בביוכימיה, המבנה הנטיבי או המבנה הטבעי של חלבון או חומצת גרעין הוא המבנה המרחבי בו הביומולקולה פעילה ומתפקדת. המבנה הנטיבי של ביומולקולה יכול להיות מורכב מעד ארבעה מבנים מרחביים, כאשר המבנה השניוני בנוי מקשרים קוולנטיים חלשים לאורך השלד (Backbone) שלה. זאת בניגוד למצב דנטורטיבי, בו אינטראקציות חלשות אלה מופרעות והמבנה השניוני ומעלה נפגעים עד שנותר המבנה הראשוני בלבד.

לביטוי שימוש נוסף בתחום המטלורגיה.

ביוכימיה

חלבונים

כל מולקולות החלבונים מתחילות במבנה ראשוני של שרשרת לא מסועפת של חומצות אמינו, המתקפלת למבנים שניוניים שונים בהתאם לרצף החומצות האמיניות ולתנאים הסביבתיים, ולאחר מכן למבנה שלישוני ואף למבנה רבעוני. הקונפורמציה האופטימלית של החלבון היא המבנה בו האנרגיה החופשית (ΔG) מינימלית. מבנים שניוניים מתארים את הסידור של שיירי חומצות אמינו סמוכים, בעוד מבנה שלישוני הוא הקונפורמציה המקופלת של החלבון המקנה לו את תפקודו הביולוגי ומתאר את הקשרים בין חומצות אמינו רחוקות יותר. מבנה רבעוני מתאר את המבנה של כמה תת-יחידות פוליפפטידיות.

שינויים במבנים המרחביים של חלבונים מאפיינים מספר מחלות נוירודגנרטיביות, בין אם כמחולל מחלה או כסימפטום. פריונים הם חלבונים גורמי מחלה "מדבקים" – מבנם המרחבי הנטיבי נפגע והם מסוגלים להביא לפגיעה דומה במבנה הנטיבי של חלבונים מאותו סוג. דוגמה למחלות אלו הן הפרה המשוגעת, מחלת קורו (שנכחדה מהעולם), מחלת קרויצפלד-יעקב וחוסר שינה תורשתי קטלני. עד כה התגלו כ-85 מינים בהם מופיעות מחלות פריונים נדירות שונות. עמילואידים, משקעים חלבוניים הנגרמים גם הם מפגיעה במבנה הנטיבי של חלבונים, פעם נקשרו עם מחלת אלצהיימר ומחלת פרקינסון אך כיום יש הטוענים שהם סימפטום של המחלה ולא הגורם.

אנזימים רבים וחלבונים חסרי מבנה מוגדר אחרים הם בעלי יותר ממבנה נטיבי אחד ופועלים או עוברים רגולציות באמצעות מעבר בין מבנים אלו. עם זאת, המונח "מבנה נטיבי" מופיע כמעט תמיד בלשון יחיד, בדרך כלל כדי להבחין בין חלבונים המקופלים כראוי מאלה שעברו דנטורציה או שלא התקפלו. בהקשרים אחרים, הצורה המקופלת של חלבון מכונה לרוב "קונפורמציה" או "מבנה", "נטיבי" או "טבעי".

ניתן להבחין בין חלבונים מקופלים ולא־מקופלים בקלות בזכות מידת המסיסות שלהם במים, שכן חלבונים רבים הופכים למסיסים לאחר שהם עוברים דנטורציה. לחלבונים במבנה הנטיבי שלהם יש מבנה שניוני מוגדר, אשר ניתן לזהות בשיטות ספקטרוסקופיות. שיטות אלה כוללות ספקטרוסקופיית דיכרואיזם מעגלי (CD), המודדת את ההבדלים בבליעת אור מקוטב מעגלי ימני לעומת שמאלי, וספקטרוסקופיית תהודה מגנטית גרעינית (NMR), המודדת אותות מסוג NMR היוצרים אטומים מסוימים בלבד הודות לספין הגרעיני שלהם.

ניתן להבחין בין המבנה הנטיבי של חלבון לבין מבנה "גלובולרי מותך" (Molten Globule, MG), בין היתר, על ידי מדידת מרחקים בשיטת NMR. מבנה MG יכול להוות שלב ביניים בין המבנה הנטיבי של החלבון למבנה הדנטורטיבי שלו, ובתנאים מסוימים אף להתקיים באופן יציב במידה בפני עצמו ולא כשלב ביניים. בחלבון מקופל במבנה נטיבי, חומצות אמינו המרוחקות זו מזו באופן ניכר יכולות להתקרב מאוד ואף להיצמד אחת לשנייה. לעומת זאת, במבנה MG, המרחקים הממוצעים שלהם מועדים להיות גדולים יותר.

חשוב להבין כיצד ניתן לייצר חלבונים במבנה נטיבי במטרה ליצור חלבונים באופן סינתטי שכן עד כה, מרבית הניסיונות הסתיימו בחלבון במבנה MG. לכן, הבנה של המבנה הנטיבי חיונית להתקדמות בתחומי הנדסת החלבון.

חומצות גרעין

חומצות גרעין רוכשות את המבנה הנטיבי שלהן, בהפשטה, באמצעות זיווג בסיסים ואינטראקציות נוספות כגון אינטראקציות מערום. DNA ביולוגי בדרך כלל קיים בצורת סליל כפול ליניארי הקשור לחלבונים בכרומטין, ו-RNA ביולוגי כגון tRNA לעיתים קרובות יוצרים מבנים נטיביים מורכבים שלא נופלים במורכבותם מאלו של חלבונים מקופלים. בנוסף, מבני חומצות גרעין מלאכותיים המשמשים בננוטכנולוגיות דנ"א מעוצבים כך שתהיה להם קונפיגורציה נטיבית בה מספר גדילי חומצות גרעין מרכיבים יחד קומפלקס אחד. במקרים מסוימים, המבנה הנטיבי של ה-DNA הביולוגי מבצע את תפקודיו מבלי שיחידות רגולטוריות יש בו.

קישורים חיצוניים

• Protein folding, england lab @ MIT Physics (באנגלית)