Фолдинг белка

Механизм формирования конформации белковой молекулы называется фолдингом. Индивидуальные белки имеют одинаковую первичную структуру и приобретают в одинаковых условиях клетки одинаковую конформацию и функцию. Аминокислотная последовательность не является единственным фактором, определяющим форму белковой молекулы. Приобретение белком специфической для него пространственной структуры в клетке контролируют специальные молекулы, которые называются шаперонами (в переводе с французского – няня).

Молекулы, участвующие в фолдинге белков, могут быть разделены на 2 группы. Это катализаторы фолдинга – молекулы, ускоряющие фолдинг и молекулы, служащие для изменения и регуляции формы белка – шаперонами фолдинга. Существует четыре типа молекул, которые играют роль шаперонов фолдинга.

1. Молекулы, обеспечивающие правильный фолдинг белков (фолдинг-шапероны — folding chaperones).

2. Молекулы, созданные для удержания частично свернутой молекулы белка в определенном положении. Это необходимо, чтобы система имела возможность закончить фолдинг (удерживающие шапероны — holding chaperones).

3. Шапероны, разворачивающие белки с неправильной формой (дезагрегирующие шапероны — disaggregating chaperones).

4. Шапероны, сопровождающие белки, транспортируемые через клеточную мембрану (секреторные шапероны — secretory chaperons).

Функция небольших молекул фолдинг-шаперонов заключается во взаимодействии с гидрофобными поверхностями белка, заряжая их или, напротив, прикрывая заряженные области, что позволяет белку принять правильную форму. Путем добавления и удаления этих молекул клетка определяет, когда и каким образом гидрофобный участок белка окажется внутри белковой молекулы. Тем самым определяется форма белка (рис 5)

Рис.5 Участие шаперонов в фолдинге белка

Удерживающие шапероны связываются с белками, играя роль своеобразного резервуара этих белков до тех пор, пока фолдинг-шапероны не освобождаются и не начинают работу с этими белками. Удерживающие шапероны поддерживают белки в условиях химического и теплового напряжения до тех пор, пока условия внутри клетки не станут более благоприятными для правильного фолдинга белка. Это один из механизмов, который использует клетка для предотвращения неправильного фолдинга. Другой механизм связан с функционированием дезагрегирующих шаперонов. Дезагрегирующие шапероны осуществляют рефолдинг белков, фолдинг которых был выполнен неправильно. Несмотря на существование этих механизмов, определенный процент клеточных белков не приобретает специфической для него конформации и участвует в образовании нерастворимых включений. Шаперон, является относительно неспецифичным, то есть его молекула будет осуществлять фолдинг более чем одного белка.

В секреции белков из клетки участвует другая контролирующая система, которая включает секреторные шапероны. Секреторные шапероны узнают сигнальную последовательность аминокислот, которую соответственно называют секреторной последовательностью. Эта последовательность связывается с секреторным шапероном, который поступает внутрь мембраны, обеспечивая экспорт белка вместе с собой.

Шапероны, участвующие в защите клеточных белков от денатурирующих воздействий, относят к белкам теплового шока (БТШ) и часто обозначают как HSP (от англ, heat shock protein).

При действии различных стрессовых факторов (высокая температура, гипоксия, инфекция, УФО, изменение рН среды, изменение молярности среды, действие токсичных химических веществ, тяжёлых металлов и т.д.) в клетках усиливается синтез БТШ. Имея высокое сродство к гидрофобным участкам частично денатурированных белков, они могут препятствовать их полной денатурации и восстанавливать нативную конформацию белков.

Установлено, что кратковременные стрессовые воздействия увеличивают выработку БТШ и повышают устойчивость организма к длительным стрессовым воздействиям. Так, кратковременная ишемия сердечной мышцы в период бега при умеренных тренировках значительно повышает устойчивость миокарда к длительной ишемии, вызванной стенокардией или закупоркой сосудов сердца тромбом. В настоящее время перспективными исследованиями в медицине считают поиски фармакологических и молекулярно-биологических способов активации синтеза БТШ в клетках.

Дата добавления: 2015-07-15