Значение шаперонов в свертывании и развертывании белков

Обновлено: 28.03.2024

1) Прежде всего, это, обеспечение правильного фолдинга новообразованных белков.

В данной функции есть несколько аспектов.

а) Так, до того, как большинство гидрофобных аминокислотных радикалов уйдет внутрь белковой частицы, они могут вступить во взаимодействие с аналогичными радикалами других пептидных цепей. Иначе говоря, до окончания фолдинга
возможна агрегация новосинтезированных белковых молекул
. Такая агрегация, если произойдет, воспрепятствует дальнейшему фолдингу этих молекул и создаст ненужный балласт в клетке.

Предупреждение агрегации новых белков, т. е. предупреж­дение «неправильных» внешних взаимодействий в ходе фолдинга — одна из важнейших задач шаперонов.

б) Другая сопряженная задача — предупреждение «неправильных внутренних (в пределах одной пептидной цепи) взаимодействий.

в) Третий аспект той же функции — лабилизация «неправильных» слабых связей (если они все-таки образовались), с тем, чтобы пептидная цепь не оказалась зафиксированной в «неправильной» конформации, а могла достичь наиболее оптимальной формы. В отличие от фолдаз речь идет о лабилизации не ковалентных, а слабых связей.

Все вместе это и означает «обеспечение правильного фолдинга.

2) Следующая функция шаперонов — контроль за рефолдингом. Имеется в виду, что под действием самых разных причин (перегрева, облучения, действия оксидантов и т. д.) белки, относительно давно синтезированные и до того успешно функционировавшие, могут терять свою нативную конформацию, частично или полностью денатурировать, что, сопровождается склонностью к агрегации.

Такие белки в клетке могут подвергаться рефолдингу (или ренатурации) при активной помощи шаперонов.

Показано, что, если бактериальная клетка относительно долго пребывает в стрессовых условиях, например, их при температуре 42 о С, то это приводит к резкому увеличению т. н. белков теплового шока, которые являются ничем иным как шаперонами.

Аналогичный эффект наблюдается и у эукариот. Поэтому у тех и у других шапероны часто обозначаются буквами Нsр (от английского, heat shock proteins - белки теплового шока).

3) Третья функция шаперонов – участие в некоторых видах виутриклеточного

транспорта белков: в частности, в лизосомы (для белков, «отслуживших» свой срок и не поддающихся рефолдингу) и в митохондрии.

В митохондрии переносятся, напротив, новосинтезированные белки. Фолдинг этих белков откладывается до того момента , пока они не окажутся внутри митохондрий.

Это объясняется тем, что пептидной цепи легче проникнуть через липидные слои мембран, если она находится в развернутом состоянии. Шапероны, те, которые находятся вне митохондрий, связываются с продуктами трансляции и поддерживают их в развернутом состоянии до контакта с мтх мембранами. Т.е. эти шапероны предупреждают преждевременный фолдинг. Другие шапероны, находящиеся внутри мтх, принимают поступившие пептидные цепи и помогают им принять нативную форму.

4) Четвертая функция – поддержание ряда белков в опре­деленной конформации, в состоянии как бы незавершенного фолдинга. В этом случае, очевидно, шапероны не теряют связи с соответствующим белком после его сворачивания.

Пример — содержащиеся в ядре рецепторы к стероидным гормонам — эстрогенам и прогестерону. Эти белки связаны с шаперонами (Hsp). Но незавершен­ность фолдинга приводит к неспособности связываться с ДНК. Присоединение соответствующего гормона вы­зывает диссоциацию шаперонов, изменение структуры рецепто­ра и связывание последнего с нужным локусом ДНК.

Механизмы действия шаперонов.

Рассмотрим некоторые наиболее изученные системы, от­ветственные за выполнение, по крайней мере, двух первых из вышеперечисленных функций, т. е. за фолдинг новообразован­ных и рефолдинг поврежденных белков.

Система DnaK/ DnaJ у бактерий.
Белки теплового шока часто обозначаются по их молекулярной массе. Например, семейство белков Hsp70 — это шапероны с массой около 70 кДа.

У шаперонов чисто имеются «помощники», или ко-шапероны. Это тоже белки, но обычно с меньшей молекулярной массой.

Один из представителей Нsр70 — шаперон DnaK; его ко-шапероном является белок DnaJ.

Система этих белков осуществляет, видимо, ко-трансляционный фолдинг (рис. 3.23). Иначе говоря, они связываются с синтезирующимися полипептидными цепями еще до окончания трансляции, когда эти цепи еще находятся на рибосомах.
Такое раннее связывание предупреждает «неправильные» взаимодействия внутри незавершенных пептидов и агрегацию цепей, высвобождающихся с рибосом.

В процессе фолдинга неоднократно расходуется АТФ. А по окончании фолдинга для отделения шаперонов требуется еще один фактор GrpE.

Если после этого белок еще не принял окончательной нативной конформации, то на его поверхности остаются радикалы, способные связывать шапероны DnaK/DnaJ повторно. И так далее: полагают, что может быть несколько циклов связы­вания и высвобождения этой системы.

У Е. coli примерно 200 - 300 белков (составляющие 5 - 10 % от общего белкового пула) и после неоднократной «обработки» системой DnaK / DnaJ остаются в состоянии неза­вершенного фолдинга в виде расплавленной глобулы. Т. е. у них практически сформирована нативная вторичная структура, но межрадикальные связи являются пока случайными и не­прочными (п. 3.4.3.1). В основном, к таким белкам относятся достаточно крупные белки с относительно сложной простран­ственной конфигурацией.

Завершение фолдинга таких белков происходит с помощью другой системы шаперонов — GroEL/GroES.

3.5.3.3. Система GroEL/GroES у бактерий

Эта шаперонная система изучено особенно хорошо. Шаперон GroEL относится к белкам Hsp60, т. е. имеет массу около 60 кДа (а точнее, 57 кДа). Масса ко-шаперона GroES существен­но меньше — 10 кДа.

Нередко белки Hsp60 называют не шаперонами, а шаперонинами. Соответственно, и рассматриваемая здесь система GroEL/GroES тоже называется шаперониновой.

Эта система (как и все семейство Нsр 60) содержится в бактериальных клетках, а также в митохондриях и хлоропластах эукариот. (Еще один признак, сближающий эти органеллы с прокариотами; п. 3.2.4.2.)

Система особенно интересна тем, что ее белки формируют уникальный комплекс (рис. 3.24). Он имеет вид двух «котлов», прилежащих друг к другу днищами, причем один из них (и только один!) может быть зак­рыт «крышкой».

Стенки и дно каждого «котла» образованы 7 молекулами (субъединицами) белка СroEL, расположенными по окружности.

В составе каждой субъедини­цы этого белка — три домена (рис. 3.25):

-апикальный (находится в области отверстия «котла»),

-промежуточный (участвует в образовании стенки « котла») и

-экваториальный (вместе с аналогичными доменами других субъединиц формирует дно «котла» и обеспечивает связь между двумя «котлами»).

Отверстие «котла» несколько уже, чем остальная часть его поло­сти. В центральной же части по­лость имеет диаметр 9 нм, что впол­не достаточно для размещения в ней весьма крупного белка. Всего в клетке Е. colti - примерно 700 подобных комплек­сов белка GroEL (содержащих по 14 субъединиц).

Что же касается «крышки», которой может быть закрыт один из «котлов», то ее формируют 7 субъединиц второго бел­ка — ко-шаперонина GroES.

При этом имеется принципиальное обстоятельство: связы­вание «крышки» меняет конфигурацию белка GroEL. В откры­том «котле» конфигурация такова, что на внутренней поверхно­сти полости преобладают гидрофобные радикалы. В закрытом же «котле» внутренняя поверхность является гидрофильной (из-за переориентации соответствующих радикалов).

Эти изменения конфигурации энергетически обеспечива­ются гидролизом АТФ. И для диссоциации «крышки», и для ее связывания должен происходить распад 7 молекул АТФ (до АДФ и фосфата). Катализируют этот распад сами субъединицы белка GroEL — по 1 молекуле АТФ на субъединицу за каждый акт диссоциации или связывания «крышки» и сопутствующего изменения конформации.

Предполагаемый механизм функционирования данной системы показан на рис. 3.26.

В исходном состоянии комплекса полости обоих «котлов» пусты, а отверстие одного из них закрыто «крышкой». Дальнейшие события таковы.

а) В открытый «котел» проникает субстрат — как мы уже говорили, это белок в состоянии незавершенного фолдинга, а именно расплавленная глобула.

Связыванию способствует тот факт, что на поверхности и такой глобулы, и внутренней стенки открытого «котла» в из­бытке находятся гидрофобные радикалы.

Некоторые авторы считают, что в процессе этого связыва­ния апикальные домены белка GrоEL могут также физически разворачивать глобулу, если она имеет «неправильную» структуру. Это позволяет объяснить вторую функцию шаперонов — рефолдинг давно образованных, но частично денатурированных белков.

б) Взаимодействие субстрата с «котлом» инициирует диссоциацию «крышки» от второго «котла». Соответственно, происходит гидролиз 7 молекул АТФ, и второй «котел» также становится гидрофобным.

Не вполне ясно: может ли он теперь тоже связать молекулу белка с незавершенной структурой? Возможно, при занятом первом «котле» этому мешает какое-либо стерическое препятствие (тоже обусловленное изменением конформации белка GroEL).

в) Диссоциировавшая «крышка» тут же связывается вновь – с равной вероятностью с одним из двух «котлов». Следовательно, в 50% случаев она закрывает тот «котел», который содержит белок.

В таком случае срабатывают два обстоятельства.

Во-первых, белок оказывается в замкнутом пространстве и, следовательно, теряет способность к агрегации с себе подобны­ми частицами.

Во-вторых, в данном «котле» внутренняя поверхность ста­новится гидрофильной. Поэтому белок теряет связь с нею и оказывается предоставленным в полости сам себе.

В этом, как полагают, и состоит ключевая роль данной системы: она просто изолирует сворачивающийся белок, предва­рительно устраняя в нем «неправильные» взаимодействия, и затем дает ему возможность самому найти оптимальную пространственную структуру.

г) Через 15–20 сек происходит очередной гидролиз АТФ —
«крышка» диссоциирует и «котел» опять становится гидро-
фобным.

Если за это время белок успел принять нативную конформацию (т. е. сделался с поверхности гидрофильным), он больше не «липнет» к стенкам полости и диффундирует из нее.

д) Если же фолдинг не завершился, белковая глобула
вновь связывается со стенками, оставаясь в полости.

Тогда после очередного связывания «крышки» цикл повторяется снова. И так далее - пока не будет достигнут необходи­мый результат.

В частности, для одного из ферментов — роданезы — уста­новлено: его фолдинг в системе GroEL/GroES включает в сред­нем 7 циклов.

Очевидно, все эти циклы могут проходить только по окончании трансляции.

Если белок является олигомерным, то роль системы GroEL/GroES состоит в том, что она обеспечивает правильный фолдинг отдельных субъединиц и затем поставляет их в готовом ви­де в цитозоль. Сама же сборка субъединиц в олигомерные струк­туры происходит вне полостей данной системы.

Значение шаперонов в свертывании и развертывании белков

Транспорт белков через эндоплазматический ретикулум (ЭПР) и аппарат Гольджи

Основные положения:
• Все белки, локализованные в ЭПР, аппарате Гольджи или в плазматической мембране, при синтезе вначале связываются с ЭПР.
• Белки переносятся из одного компартмента в другой при участии мембранных везикул, которые отпочковываются от поверхности одной мембраны и сливаются с поверхностью следующей.
• Транспорт белков из окружающей среды в клетку происходит в обратном направлении при участии везикул.

Интеграция белка в мембрану или его трансмембранный транспорт являются своеобразными событиями. Если белок должен пройти через несколько мембран, то его связывание с мембраной происходит на начальном этапе процесса транспорта. После этого он остается в мембранном окружении и транспортируется от одной мембраны к другой в везикуле.

Это, например, характерно для белков, исходно ассоциированных с ЭПР, но в конце высвобождающихся из плазматической мембраны. Аналогичная система используется для транспортировки белков как из клетки, так и в клетку.

Экзоцитоз представляет собой процесс, посредством которого белки транспортируются к плазматической мембране или во внеклеточную среду (обзор путей экзоцитоза).

Некоторые белки секретируются конститутивно, т. е. после синтеза они всегда выходят из клетки. Другие, продуцируемые некоторыми специализированными клетками, например пищеварительные ферменты, выходят только после получения клеткой соответствующего сигнала.

При попадании в ЭПР белок остается в мембране или в люмене до тех пор, пока он не переместится в другую часть системы с участием везикул, или не поступит обратно в цитозоль, где подвергнется деградации.

Везикула с белками

Перенос белков между компартментами,
ограниченными мембраной, происходит при отпочковывании от одного компартмента везикулы,
содержащей белки, и последующим ее слиянием с мембраной другого компартмента.

Транспортные везикулы представляют собой мелкие пузырьки (обычно 100-200 нм в диаметре), которые образуются при «отпочковывании» от мембраны (представления о везикулярном транспорте белков). Пузырек отпочковывается от поверхности одной мембраны и мигрирует к другой мембране, с которой он сливается.

Транспортные пузырьки называются окаймленными везикулами, поскольку их мембрана окружена белковой оболочкой. Различные типы везикул различаются между собой по составу оболочки, которая участвует в позиционировании и отборе транспортируемых белков.

Растворимые белки переносятся из донорного в акцепторный компартмент, находясь внутри везикулы; а мембранные белки переносятся в составе мембраны везикулы. Это означает, что белок может транспортироваться из ЭПР в аппарат Гольджи сквозь стопки Гольджи и к плазматической мембране.

Импорт белков в клетку также происходит с участием окаймленных везикул. Они образуются на плазматической мембране и поступают в клетку; этот процесс носит название эндоцитоз. Эндоцитоз происходит по тому же механизму, что и экзоцитоз, но протекает в обратном направлении.

Экзоцитоз и эндоцитоз

Транспортные везикулы перемещают белки через ЭПР,
аппарат Гольджи и плазматическую мембрану.

Везикулы, которые отпочковываются от плазматической мембраны, включают материал из внеклеточной среды и возвращают его в плазматическую мембрану. Везикулы, которые осуществляют эндоцитоз, отличаются от везикул экзоцитоза составом белковой оболочки.

Некоторые патогенные микроорганизмы поникают в клетку хозяина посредством эндоцитоза; действительно, митохондрии и хлоропласта своим происхождением обязаны эндоцитозу. На рисунке ниже представлены аналогичные механизмы для транспорта вновь синтезированных белков по механизму экзоцитоза и для импорта белков в клетку по механизму эндоцитоза.

В каждом случае белок может транспортироваться при прохождении серии событий отпочковывания и слияния по мере того, как он мигрирует с поверхности одной мембраны на другую.

Один из результатов этого процесса состоит в том, что по мере протекания процессов отпочковывания и слияния происходит постоянное перемещение компонентов от одной мембраны к другой. С количественной точки зрения, при экзоцитозе переносится больше материала, чем при эндоцитозе, и прямой (антероградный) транспорт приводит к сплошному потоку липидов от ЭПР к плазматической мембране. За счет ретроградного транспорта, пустые везикулы возвращают липиды обратно в мембраны. Это обеспечивает целостность мембран.

Везикулярный транспорт белков представляет собой высокоспецифичный процесс. Основной принцип отбора состоит в том, что белок узнается по наличию специфического сигнала (чаще всего это короткая последовательность аминокислот) и включается в везикулу для дальнейшего транспорта. При отсутствии такого сигнала белок остается в компартменте, в котором он находится, или же продвигается медленнее. Отпочковывающиеся везикулы могут селективно включать белки, подлежащие транспорту, оставляя на местах резидентные белки органеллы.

Редактор: Искандер Милевски. Дата обновления публикации: 18.3.2021

Цитоскелет клетки и ее форма

• Цитоскелет эукариотической клетки представляет собой внутреннюю сеть фибриллярных компонентов, включающую микротрубочки, актиновые филаменты и промежуточные филаменты.

• Цитоскелет обладает различными функциями, в т.ч. фиксирует органеллы в клетке.

Термином цитоскелет обозначают сеть фибриллярных компонентов, которая присутствует в большинстве клеток эукариот. Эта сеть создает довольно жесткую внутреннюю структуру, определяющую форму клетки. Например, эпителиальные клетки имеют кубическую форму, а нейроны характеризуются наличием очень протяженных и тонких аксонов. Наряду с поддержанием клеточной структуры, цитоскелет обладает и другими функциями.

Например, белковые субстраты могут связываться с цитоскелетом с помощью молекулярных моторов, использующих филаменты как направляющие для транспортировки белковых субстратов к местам их локализации.

Микротрубочки фибробласта

Фотография фибробласта под флуоресцентным микроскопом.
Микротрубочки окрашены специфическим красителем.
Показано положение ядра и мембраны клетки.

Цитоскелет представляет собой динамическую структуру. Он состоит из трех фибриллярных компонентов. Каждый компонент представляет собой полимерную структуру, образованную повторами белковых субъединиц. Филаменты представляют собой динамические структуры. Возможно добавление к ним или отщепление от них субъединиц. В результате тредмиллинга с одного конца происходит сборка филаментной структуры, а с другого ее диссоциация. Три компонента фибриллярной сети называются микротрубочки, актиновые филаменты и промежуточные филаменты.

Микротрубочки представляют собой полимеры тубулина, димера, состоящего из двух близких по структуре белков, а- и b-тубулина. Они образуют полые трубочки около 25 нм в диаметре. Микротрубочки отличаются динамической нестабильностью, и взаимодействие с другими белками оказывает на них стабилизирующее воздействие. Микротрубочки участвуют в поддержании структуры клетки.

При действии на большинство клеток веществ, вызывающих диссоциацию микротрубочек, клетки теряют форму и превращаются в сферические образования. При диссоциации микротрубочек эндоплазматический ретикулум собирается вокруг ядра, и происходит фрагментация аппарата Гольджи, что свидетельствует о важной роли, которую играют микротрубочки в поддержании структуры этих органелл.

Разнообразие клеточных структур, формируемых с участием микротрубочек, можно проиллюстрировать на примере отростков фибробластов и нейронов. Фибробласты представляют собой подвижные клетки, способные мигрировать в организме. У этих клеток, как показано на гиг. микротрубочки образуют звездчатое образование, выходящее из одной точки, расположенной поблизости от ядра.

Напротив, длинные отростки (аксоны и дендриты), отходящие от тела нейрона, содержат параллельные пучки очень длинных микротрубочек. Оба типа расположения МТ представляют собой структурные элементы, которые при растяжении развивают усилие, и служат в качестве направляющих для перемещения белков с помощью молекулярных моторов.

Микротрубочки нейрона

Выросты нейрона содержат очень длинные микротрубочки.

Каждый раз при наступлении деления микротрубочки претерпевают сильные изменения, вплоть до полной реорганизации их структуры. На рисунке ниже показаны изменения, происходящие в митозе, когда сеть микротрубочек полностью диссоциирует и заменяется веретеном.

Актиновые филаменты состоят из субъединиц белка актина. Актин является одним из наиболее распространенных белков эукариотической клетки и наиболее консервативных с эволюционной точки зрения. В филаменте все актиновые субъединицы имеют одинаковую полярность, при которой сайт связывания АТФ на одном ее конце контактирует со следующей субъединицей.

Актиновый филамент представляет собой полимер, состоящий из двух нитей, расположенных подобно двум перекрученным ниткам бус, образующим связку около 8 нм в диаметре.

Актиновые филаменты не только пересекают клетку, но и переходят в специализированные структуры, являющиеся выростами клеточной поверхности, которые обеспечивают клетке движение. На рисунке ниже показана актиновая сеть фибробласта. Движение осуществляется при выполнении механической работы, а энергия поставляется за счет гидролиза АТФ. Подвижность обеспечивается полимеризацией актиновой нити, что является важнейшим свойством клеток как одноклеточных, так и многоклеточных организмов.

В делящейся клетке присутствует веретено, образующееся из микротрубочек.
На фотографии, сделанной во флуоресцентном микроскопе, микротрубочки,
хромосомы и центриоли окрашены зеленым, синим и желтым соответственно.
Фотография фибробласта в электронном микроскопе.
По краю клетки видна сеть актиновых филаментов.
Фотография парамеции, сделанная в сканирующем электронном микроскопе.
Видны ряды ресничек.

XI Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2019


Белки – один из важнейших компонентов всех живых организмов, представляет собой последовательность α-аминокислотных остатков, соединенных пептидными связями в полипептидную цепь. Традиционно выделяют четыре уровня структурной организации белка – первичную, вторичную, третичную и четвертичную. Причем свои функции белки могут выполнять, только находясь в уникальной нативной конформации. Учеными доказано, что в клетке есть специальные белки, которые обеспечивают правильное сворачивание полипептидных цепей в нативную структуру. Они обеспечивают оптимальный фолдинг белков клетки, стабилизируют их нативную конформацию при функционировании и поддерживают структуру и функции внутриклеточных белков при нарушении гомеостаза [2]. Эти белки получили название шапероны . Таким образом, шапероны - ремоделирующие белки, участвующие во многих внутриклеточных реакциях и вовлеченные в процессы коррекции структуры белковых клеток.

Термин «молекулярный шаперон» впервые был использован в 1978 году в работе Рона Ласкей, профессора эмбриологии из Кембриджского Университета при описании ядерного белка – нуклеоплазмина.

В соответствии с молекулярной массой все шапероны можно разделить на 6 основных групп:

высокомолекулярные, с молекулярной массой от 100 до 110 кД;

Ш-90 - с молекулярной массой от 83 до 90 кД;

Ш-70 - с молекулярной массой от 66 до 78 кД;

низкомолекулярные шапероны с молекулярной массой от 15 до 30 кД.

Среди шаперонов различают: конститутивные белки (высокий базальный синтез которых не зависит от стрессовых воздействий на клетки организма), и индуцибельные, синтез которых в нормальных условиях идёт слабо, но при стрессовых воздействиях на клетку резко увеличивается. Индуцибельные шапероны относят к "белкам теплового шока", быстрый синтез которых отмечают практически во всех клетках, которые подвергаются любым стрессовым воздействиям. Название "белки теплового шока" возникло в результате того, что впервые эти белки были обнаружены в клетках, которые подвергались воздействию высокой температуры.

Основная функция молекулярных шаперонов - способность связываться с развернутыми или частично развернутыми полипептидами. Для предотвращения агрегации белков шапероны обычно связываются с гидрофобными участками. Также они могут изменять конформацию белковых субстратов.
Засчет этого возможно контролируемое разворачивание белка, которое, создает связь между системой сворачивания белков в клетке и системой их деградации, а также может являться важным этапом сворачивания белка.
Некоторые виды шаперонов участвуют в исправлении потенциального вреда, который возникает из-за влияние температуры на неправильное свертывание белка [3]. Другие шапероны участвуют в фолдинге только что созданного белка в тот момент, когда он «вытягивается» из рибосомы. Насмотря на то, что большинство видов только что синтезированного белка могут сворачиваться и при отсутствии шаперонов, некоторым видам обязательно требуется их присутствие.

Помимо этого, белок шаперон играет роль в регенерации. Он борется с первопричиной старения кожи. Вырабатываясь в клетках кожи, шапероны способствуют нормальной укладке белка в стабильные четвертичные структуры. На основе белка теплового шока уже создаются новые поколения геля с шаперонами, которые помогают коже получить недостающий белок, т.к. выработка шаперонов уменьшается с возрастом.

Другие типы шаперонов участвуют в транспортировке веществ сквозь мембраны, например в митохондриях и эндоплазматическом ретикулуме у эукариот.

Кроме того, продолжают обнаруживаться новые функции шаперонов, например, участие в разрушении белка, в реакциях на заболевания, связанные с агрегацией белка: муковисцидоза и лизосомных болезней накопления, а также нейродегенеративных расстройств, таких как болезнь Альцгеймера, Хантингтона и Паркинсона. Остановимся подробнее на роли белков-шаперонов в нейродегенеративных растройствах.

Потенциальной предпосылкой развития нейродегенеративного заболевания является наличие генетической предрасположенности. В этом процессе участвуют различные факторы стресса на протяжении всего онтогенеза организма. Нейродегенеративные заболевания связаны с изменениями пространственной структуры белковой молекулы. Механизм возникновения различных патологий основан на агрегации белков с измененной пространственной структурой, а за правильное сворачивание белка и предупреждение агрегации в клетке отвечают различные молекулярные шапероны, как это было отмечено выше. Кроме этого шапероны исправляют и сворачивают мутантные белки на протяжении всей жизни, но по мере старения организма мутантных белков становится все больше и больше. Они запускают реакцию агрегации, в результате которой образуются патологические белковые скопления. В частности при болезни Альцгеймера происходит дегенерация нейронов центральной нервной системы. Накапливается бета-амилоидный белок и тау-белок, что в сумме приводит к нарушениям в синоптической передаче импульсов между нейронами [1].

Таким образом, шапероны играют важную роль в жизнедеятельности организма, участвуя в фолдинге белка, а также исправляя на своем уровне неправильно собранные. Понимание механизма работы шапероны и детальное изучение их роли в развитии различных заболеваний может позволить ученым найти эффективные методы их лечения.

Список литературы

Гришкова М.В., Кутузова Н.М. Роль молекулярных шаперонов в развитии нейродегенеративных заболеваний (обзор литературы)/ М.В. Гришкова, Н.М. Кутузова// Земский врач. – 2013. - №2(19). – С.26-28.

Казакова П.А., Баринова П.О., Евтушенко Я.А., Ульяновская О.С. Фолдинг белка/ П.А. Казакова, П.О. Баринова, Я.А. Евтушенко, О.С. Ульяновская, А.И. Попов, Е.Е. Толмачева// Бюллетень северного государственного медицинского университета. – 2017. – №2(39). – С. 75-76.

Мельникова Э.Э., Ротанова Т.В. Молекулярные шапероны/ Э.Э. Мельникова, Т.В. Ротанова// Биоорганическая химия. – 2010. - Т.36, №1. – С. 5-14.

Транслокация белков; Шапероны; Заякоривание белков в мембране;

1. Пориновый комплекс. Из цитоплазмы в ядро (см. с. 210) белки попадают через крупный (125000 кДа) заполненный водой пориновый комплекс. Транспорт белков через комплекс энергозависим и поэтому может регулироваться Ядерные белки несут одну или несколько сигнальных последовательностей (см. с. 232), с помощью которых они связываются с пориновым комплексом и импортируются с сохранением третичной структуры.

2. Переносчики белков. Импорт белков из цитоплазмы в органеллы осуществляется белками-переносчиками, которые представляют собой белковые комплексы, переносящие линейные полипептиды через биомембраны энергозависимым образом. Специфичность процесса обеспечивается за счет связывания сигнальной последовательности (см. с. 232) с ближайшим рецептором (на схеме не приведен) Процессы развертывания и вторичной укладки белков контролируются шаперонами.

3. Везикулярный транспорт. Перенос белков от одних органелл к другим происходит с помощью везикул. Везикулы отпочковываются от мембран одной органеллы, а затем исчезают, сливаясь с мембраной другой органеллы. Белки переносятся в полости пузырька или в составе мембран подобно интегральным белкам.

Пептидная цепь, растущая в процессе трансляции, принимает вторичную и третичную структуру (см. с. 80) в результате сложного многоступенчатого процесса, идущего во времени Для образования правильной структуры с еще несвернувшейся пептидной цепочкой связываются специальные белки — шапероны . Шапероны обладают сродством к экспонированным гидрофобным участкам полипептидной цепи. Связывание с шаперонами препятствует агрегации с другими белками и тем самым создает условия для нормального сворачивания растущего пептида. Взаимодействие с шаперонами — процесс энергозависимый: при освобождении шаперонов гидролизуется АТФ (АТР).

Шапероны принадлежат к трем белковым семействам, так называемым белкам теплового шока (hsp60, hsp70, hsp90). Свое название эти белки получили потому, что и к синтез возрастает при повышении температуры и других формах стресса. При этом они выполняют функцию защиты белков клетки от денатурации. Белки — представители семейства hsp70 — связываются на начальной фазе образования растущего пептида. Одни из них контролируют процесс сворачивания белка в цитоплазме, другие — участвуют в переносе белков в митохондрии. Белки hsp60 охватывают синтезированный полипептид наподобие бочонка, тем самым обеспечивая условия для принятия правильной конформации.

Белки, синтезируемые в ШЭР и несущие «стоп-транспорт-сигнал» (см. сс. 226, 232), остаются в мембране ШЭР и закрепляются там за счет гидрофобных взаимодействий в качестве интегральных мембранных белков (см. с. 216). Фиксация белка в мембране может быть также осуществлена путем присоединения липофильного якоря. Такие периферические мембранные белки (см. с. 216) присоединяют липиды во время или сразу после трансляции. Соответствующий сигнал обычно содержится в белке в форме специфической пептидной последовательности.

Мембранными якорями являются жирные кислоты (ацильные остатки, см. с. 54) или изопреноиды (пренильный остаток, см. с. 58). Белки могут быть ацилированы пальмитиновой (C 16 ) или миристиновой (C 14 ) кислотами, пренилированы путем связывания с фарнезолом (С 15 ) или геранилгераниолом (С 20 ).

Некоторые белки несут на С-конце гликозилированный фосфатидилинозит (ГФИ (GPI)]. В эту группу входят многие адгезионные молекулы (например, N-CAM, гепаринсульфатпротеогликан), ряд мембранных ферментов, таких, как щелочная фосфатаза, ацетилхолинэстераза и различные протеиназы.

Читайте также: