згортання білків

Амінокислотна послідовність не є єдиним чинником, що визначає форму білкової молекули. У клітці існують спеціальні молекули, які активно беруть участь в згортання білків.

У сукупності молекули, які беруть участь в згортання білків, називають регуляторами фолдинга, серед яких виділяють кілька типів. Молекули, що прискорюють фолдінг, називаються каталізаторами фолдинга. Молекули, що служать для зміни форми білка, - шаперонами фолдинга. Існує чотири типи молекул, які відіграють роль таких шаперонов.

1. Молекули, що забезпечують правильний фолдінг білків (фолдінг-шаперони - folding chaperones).

2. Молекули, створені для утримання частково згорнутої молекули білка в певному положенні. Це необхідно, щоб система мала можливість закінчити фолдінг (утримують шаперони - holding chaperones).

3. шаперон, які розгортали білки з неправильною формою (дезагрегірующіе шаперони - disaggregating chaperones).

4. шаперон, які супроводжують білки, які транспортуються через клітинну мембрану (секреторні шаперони - secretory chaperons).

Фолдінг шаперони допомагають білку прийняти правильну конформацію. Багато з них є невеликими цукрами або пептидами. Уявіть собі складальну лінію на виробництві. Поки виріб переміщається по складальної лінії, ви можете вставляти в нього деякі тимчасові пристосування, наприклад скоби і заклепки, щоб підтримувати певну форму протягом декількох етапів зборки. Після закінчення цих етапів утримуючі пристрої можна видалити. На наступних етапах складання вам можуть знадобитися додаткові утримують пристосування, які будуть видалені на виході готового виробу. Невеликі за розміром молекули фолдінг-шаперонов виступають в ролі скоб і заклепок в складальної лінії, підтримуючи виріб в правильній конфігурації, необхідної для завершення наступного етапу. Якщо білки взяли неправильну форму, вони не будуть виконувати властиву їм функцію або ж будуть накопичуватися у вигляді нерозчинних агрегатів, відомих під назвою включень.

Усередині клітини міститься велика кількість води. Молекули, що знаходяться в ній, звичайно заряджені, тобто є гідрофільними. Незаряджені молекули, як ми пам'ятаємо, гідрофобні. У довгій, лінійної послідовності білка є гідрофільні ділянки, а також гідрофобні області. У водному середовищі клітини гідрофобні поверхні білка прагнуть опинитися всередині білкової молекули, виставляючи гідрофільні ділянки назовні, де вони можуть взаємодіяти з молекулами води. Функція невеликих молекул фолдінг-шаперонов полягає у взаємодії з гідрофобними поверхнями білка, заряджаючи їх або, навпаки, прикриваючи заряджені області, що дозволяє білку прийняти правильну форму. Шляхом додавання і видалення цих молекул клітина визначає, коли і яким чином гідрофобну ділянку білка виявиться всередині білкової молекули. Тим самим визначається форма білка (рис. 8.6).

Мал. 8.6. вплив шаперонов

Утримують шаперони зв'язуються з білками, граючи роль своєрідного резервуару цих білків до тих пір, поки фолдінг-шаперони не звільняються і не починають роботу з цими білками. Утримують шаперони підтримують білки в умовах хімічного і теплового напруги до тих пір, поки умови всередині клітини не стануть більш сприятливими для правильного фолдинга білка. Це один з механізмів, який використовує клітина для запобігання неправильного фолдинга. Інший механізм пов'язаний з функціонуванням дезагрегірующіх шаперонов. Дезагрегірующіе шаперони здійснюють рефолдингу білків, фолдінг яких був виконаний неправильно. Вони здійснюють в клітці важливу контролюючу функцію зі збору та утилізації вторинної сировини. Незважаючи на існування цих механізмів, певний відсоток клітинних білків все ж потрапляє в купу сміття, тобто утворює нерозчинні включення. Включення видно в клітці у вигляді невеликих щільних скупчень.

Одна з характерних рис шаперонов, яку ви знайшли б особливо важливою, полягає в тому, що вони є відносно неспецифічними. Іншими словами, молекула шаперона буде здійснювати фолдінг більш ніж одного білка. Дослідники, які вивчають причини неправильного фолдинга білків, випадково виявили в пошкоджених клітинах молекули, подібні за структурою з шаперонами. Вони знайшли молекули, які виправляють наслідки неправильного фолдинга білків. Виходячи з універсальної природи шаперонов, ви можете вводити різні шаперони в біоінженерних систему і впливати на правильний згортання білків в середовищі, де він би інакше не відбувався. Створення спеціалізованих шаперонов, відповідальних за фолдінг рекомбінантних (біоінженерних) білків, - дуже активно розвивається область біоінженерних досліджень.

Білок можна піддати фолдінг більше одного разу. Уявімо собі білок, який призначений для надходження в клітинну мембрану, тобто представляє собою інтегральний мембранний білок. Білок утворюється в цитоплазмі клітини, а потім транспортується у напрямку до плазматичної мембрани. Такі білки проходять крізь мембрану, закріплюються в ній і формують на її поверхні рецепторну структуру. Для транспорту білка може бути необхідна одна його конформація, в той час як безпосередньо перед встраиванием в мембрану білок піддається рефолдингу.

У Периплазма, тобто в просторі між мембраною і оболонкою бактеріальної клітини, перебувають шаперони, що забезпечують фолдінг і вбудовування в мембрану інтегральних мембранних білків. У клітині більшість з посттрансляційних змін білків направлено на їх експорт і вбудовування всередину плазматичної мембрани. Такі модифікації білків відбуваються в люмен ЕПР та апараті Гольджі. Ці органели призначені для зберігання і видозміни білків.

В секреції білків з клітки бере участь інша контролююча система, яка включає секреторні шаперони. Секреторні шаперони дізнаються сигнальну послідовність амінокислот, яку відповідно називають секреторною послідовністю. Ця послідовність зв'язується з секреторним шаперон, шаперон надходить всередину мембрани, забезпечуючи експорт білка разом з собою.