Шапероновый комплекс имеет высокое сродство к белкам, на поверхности которых
есть элементы, характерные для несвёрнутых молекул (участки, обогащённые гидрофобными радикалами). Попадая в полость шаперонового комплекса, белок связывается с гидрофобными радикалами апикальных участков Ш-60. В специфической среде этой полости, в изоляции от других молекул клетки происходит перебор возможных конформаций белка, пока не будет найдена единственная, энергетически наиболее выгодная конформация.
Высвобождение белка со сформированной нативной конформацией
сопровождается гидролизом АТФ в экваториальном домене. Если белок не приобрёл нативной конформации, то он вступает в повторную связь с шапероновым комплексом. Такой шаперонзависимый фолдинг белков требует затрат большого количества энергии.
Т.о., синтез и фолдинг белков протекают при участии разных групп
шаперонов, препятствующих нежелател. взаимодействиям белков с другими молекулами клетки и сопровождающих их до окончательного формирования нативной структуры
Шаперониновая система GroEL/GroES (E.coli)
1. GroEL (L=Large) – состоит из 2х семичленных колец, лежащих одно
под другим, 14 идентичных субъединиц.
Субъединица GroEL cостоит из трех доменов:
Экваториальный домен – образует контакт с аналогичным доменом
на втором кольце; - связывает АТФ;
Промежуточный домен - является гибким шарниром, обеспечивает
связывание АТФ и GroES
Апикальный домен – cвязывает полипептид; сайт связывания содержит в основном крупные гидрофобные АК, - cвязывает GroES.
2. GroES (S=Small) состоит из 1 семичленного кольца, 7 идентичных субъединиц.
При связывании АТФ и GroES:
Увеличивает объем внутренней полости примерно в 2 раза;
Меняет расположение гидрофобных остатков апикального домена, и внутренняя поверхность полости становится гидрофильной
Схема фолдинга с шаперониновой системой
В открытый «котел» GroEL проникает белок в состоянии незавершенного
фолдинга = > происходит связывание белка, имеющего на своей поверхности гидрофобные радикалы с и внутренней стенкой «котла» за счет избытка на ней гидрофобных радикалов
Происходит связывание крышечки GroES с «котлом».
Поверхность «котла» становится гидрофильной.
Идет фолдинг.
Через 15 секунд происходит гидролиз АТФ.
Крышечка диссоциирует, «котел» становится гидрофобным
Результат:
Фолдинг завершен – молекула покидает систему
Фолдинг не завершен, белковая молекула вновь связывается со стенками «котла»
цикл повторяется пока не будет достигнут необходимый результат
Болезни, связанные с нарушением фолдинга белка
1. Болезнь Альцгеймера – β-амилоидоз нервной системы, поражающий лиц
преклонного возраста и характеризующийся прогрессирующим расстройством памяти и полной деградацией личности.
В ткани мозга откладывается β-амилоид – продукт изменения конформации
нормально белка, образующий нерастворимые фибриллы, устойчивые к действию протеаз и нарушающие структуру и функции нервных клеток. Он имеет вторичную β-складчатую стр-ру, а нормальный белок имеет много α-спиральных участков
Возможная причина: с возрастом уменьшается синтез шаперонов, способных участвовать в поддержании нормальной конформации белка
2. Прионовые болезни – тяжёлые неизлечимые заболевания ЦНС, которые вызывают прионовые белки (особый класс белков, обладающих инфекционными свойствами).
Прионовый белок кодируется тем же геном, что и его нормальный аналог, т.е. они имеют идентичную первичную структуру, но имею различную конформацию.
Прионовый – содержит много β-слоев, а нормальный белок – α-спирал. участки
Прионовый белок обладает устойчивостью к действию протеаз и, попадая в ткань мозга или образуясь там спонтанно, способствует превращению нормального белка в прионовый в результате межбелковых взаимодействий. Образуется так называемое «ядро полимеризации», состоящее из агрегированных прионовых белков, к которому способны присоединяться новые молекулы нормального белка.
«Коровье бешенство» - заражение людей прионами при употреблении мясопродуктов, полученных от животных, являющихся носителями прионов.
Проявляется в запуске апоптоза клеток ГМ, на пов-ти которых откладывается прионный белок = > возникает энцефалопатия
«Куру» - болезнь аборигенов, занимающихся каннибализмом
(ели мозги – получали прионы из них, дальше ели их – и т.д). Также проявлялось энцефалопатией, сопровождающейся дрожью, судорогами, деменцией
Инсулин образуется из препроинсулина в результате посттрансляционной модификации. Синтез препроинсулина происходит на полирибосомах, связанных с эндоплазматическим ретикулумом.
Препроинсулин проникает в люмен ретикулума, где от него отщепляется
лидирующая последовательность – N-концевой фрагмент.
Образовавшийся проинсулин (86 остатков) перемещается в люмене к аппарату
Гольджи, где упаковывается в секреторные гранулы.
В аппарате Гольджи и секреторных гранулах происходит превращение
проинсулина в инсулин.
Т.о. в секреторных гранулах содержатся (и секретируются из них) инсулин и С-
пептид в эквимолярных количествах.Секреция инсулина и С-пептида происходит путем экзоцитоза. При стимуляции глюкозой инсулин быстро освобождается из секреторных гранул
Синтез и созревание коллагена – сложный многоэтапный процесс, начинающийся в клетке, а завершающийся в межклеточном матриксе. Синтез и созревание коллагена включают в себя целый ряд посттрансляционных изменений
Гидроксилирование пролина и лизина с образованием
гидроксипролина и гидроксилизина
Гликозилирование гидроксилизина;
Частичный протеолиз - отщепление "сигнального" пептида, а также N- и С-
концевых пропептидов;
образование тройной спирали
После гидроксилирования и гликозилирования каждая про-α-цепь соединяется водородными связями с двумя другими про-α-цепями, образуя тройную спираль проколлагена. Эти процессы происходят ещё в просвете ЭР и начинаются после образования межцепочечных дисульфидных мостиков в области С-концевых пропептидов.
Из ЭР молекулы проколлагена перемещаются в аппарат Гольджи, включаются в секреторные пузырьки и секретируются в межклеточное пространство.