V biochemii je terciární struktura proteinu jeho celkový tvar, známý také jako záhyb. Molekuly bílkovin jsou lineární řetězce aminokyselin, které obvykle nabývají specifické trojrozměrné struktury, v níž plní svou biologickou funkci. Studium terciární struktury bílkovin se nazývá strukturní biologie.
Vztah k primární sekvenci
Terciární struktura je do značné míry určena primární sekvencí proteinu, tedy sekvencí aminokyselin, z nichž se skládá. Snahy o předpověď terciární struktury z primární sekvence jsou obecně známy jako predikce struktury proteinů. Prostředí, v němž je protein syntetizován a v němž se nechá složit, však významně určuje jeho konečný tvar a současné metody predikce je obvykle přímo nezohledňují. (Většina takových metod se však opírá o porovnání předpovídané sekvence se sekvencemi se známou strukturou v databázi Protein Data Bank a zohledňuje tak prostředí nepřímo, za předpokladu, že cílová a vzorová sekvence sdílejí podobné buněčné kontexty). Rozsáhlý experiment známý jako CASP přímo porovnává výkonnost nejmodernějších predikčních metod a probíhá jednou za dva roky.
Determinanty terciární struktury
V globulárních proteinech jsou terciární interakce často stabilizovány sekvestrací hydrofobních aminokyselinových zbytků v jádře proteinu, z něhož je vyloučena voda, a následným obohacením nabitých nebo hydrofilních zbytků na povrchu proteinu vystaveném vodě. U vylučovaných proteinů, které netráví čas v cytoplazmě, pomáhají disulfidové vazby mezi cysteinovými zbytky udržovat terciární strukturu proteinu. Ve velkém množství proteinů se objevuje řada běžných a stabilních terciárních struktur, které spolu funkčně ani evolučně nesouvisejí – například mnoho proteinů má tvar soudku TIM, pojmenovaného podle enzymu triosefosfátisomerázy. Další běžnou strukturou je vysoce stabilní dimerní coiled-coil struktura složená ze čtyř alfa šroubovic. Proteiny jsou klasifikovány podle záhybů, které představují, v databázích, jako jsou SCOP a CATH.
Ne každý polypeptidový řetězec má přesně definovanou terciární strukturu. Některé proteiny, zejména krátké, jsou přirozeně neuspořádané a za standardních fyziologických podmínek existují jako náhodné závity. Neuspořádané oblasti se mohou vyskytovat i v jinak dobře strukturovaných proteinech, zejména na koncích a ve smyčkách nebo linkerových oblastech spojujících domény, jejichž relativní orientace se může měnit v závislosti na prostředí.
Stabilita původních států
Nejtypičtější konformace proteinu v buněčném prostředí se obecně označuje jako nativní stav nebo nativní konformace. Běžně se předpokládá, že tento nejoblíbenější stav je také termodynamicky nejstabilnější konformací dosažitelnou pro danou primární sekvenci; to je rozumné první přiblížení, ale toto tvrzení předpokládá, že reakce není pod kinetickou kontrolou – to znamená, že čas potřebný k tomu, aby protein po překladu dosáhl své nativní konformace, je malý.
V buňce pomáhá řada proteinových chaperonů nově syntetizovanému polypeptidu dosáhnout jeho nativní konformace. Některé z těchto proteinů mají vysoce specifickou funkci, například protein disulfid isomeráza, jiné jsou velmi obecné a mohou pomáhat většině globulárních proteinů – do této kategorie patří prokaryotický systém GroEL/GroES a homologní eukaryotický systém Hsp60/Hsp10.
Některé proteiny výslovně využívají toho, že se mohou kineticky zachytit v relativně vysokoenergetické konformaci v důsledku kinetiky skládání. Například chřipkový hemaglutinin je syntetizován jako jediný polypeptidový řetězec, který funguje jako kinetická past. „Zralý“ aktivovaný protein je proteolyticky štěpen za vzniku dvou polypeptidových řetězců, které jsou uvězněny ve vysokoenergetické konformaci. Při poklesu pH projde protein energeticky výhodnou konformační změnou, která mu umožní proniknout membránou hostitelské buňky.
Experimentální stanovení
Většina dosud známých proteinových struktur byla vyřešena experimentální technikou rentgenové krystalografie, která obvykle poskytuje data s vysokým rozlišením, ale neposkytuje žádné informace o konformační flexibilitě proteinu v závislosti na čase. Druhý běžný způsob řešení proteinových struktur využívá NMR, která obecně poskytuje data s poněkud nižším rozlišením a je omezena na relativně malé proteiny, ale může poskytnout časově závislé informace o pohybu proteinu v roztoku. O terciárních strukturních vlastnostech rozpustných globulárních proteinů je toho známo více než o membránových proteinech, protože druhá třída je těmito metodami velmi obtížně studovatelná.
Vzhledem k tomu, že terciární struktura proteinů je důležitým problémem biochemie a že její určení je poměrně obtížné, je predikce struktury proteinů dlouhodobým problémem. První předpovězenou strukturou globulárních proteinů byl cyklolový model Dorothy Wrinchové, který však byl rychle odmítnut jako neslučitelný s experimentálními údaji. Moderní metody jsou někdy schopny předpovědět terciární strukturu de novo s přesností na 5 Å u malých proteinů (<120 zbytků) a za příznivých podmínek, např. jisté předpovědi sekundární struktury.