9.8:

9.8: מלווים מולקולריים וקיפול חלבונים

Molecular Chaperones and Protein Folding

JoVE Core
Molecular Biology

A subscription to JoVE is required to view this content. Sign in or start your free trial.

JoVE Core Molecular Biology

Molecular Chaperones and Protein Folding

Please note that all translations are automatically generated. Click here for the English version.

9.7: Nonsense-mediated mRNA Decay

9.9: The Proteasome

18,000 Views

•

03:00 min

•

November 23, 2020

Overview

הקונפורמציה הטבעית של חלבון נוצרת על ידי אינטראקציות בין שרשראות הצד של חומצות האמינו המרכיבות אותו. כאשר חומצות האמינו אינן יכולות ליצור אינטראקציות אלה, החלבון אינו יכול להתקפל מעצמו וזקוק למלווים. יש לציין כי המלווים אינם מוסרים כל מידע נוסף הדרוש לקיפול פוליפפטידים; הקונפורמציה הטבעית של חלבון נקבעת אך ורק על ידי רצף חומצות האמינו שלו. המלווים מזרזים קיפול חלבונים מבלי להיות חלק מהחלבון המקופל.

הפוליפפטידים המקופלים או המקופלים חלקית, שהם לעתים קרובות מתווכים במסלול הקיפול, מיוצבים על ידי מלווים, מה שמוביל למצב הסופי מקופל כראוי. ללא מלווים, הפוליפפטידים שאינם מקופלים או מקופלים חלקית עלולים להתקפל בצורה שגויה או ליצור אגרגטים בלתי מסיסים. זה נצפה במיוחד חלבונים שבהם קרבוקסי או C-terminus נדרש עבור קיפול נכון של אמינו או N-terminus. במקרים כאלה, מלווה יכול לקשור ולייצב את החלק N-terminal של הפוליפפטיד בקונפורמציה פתוחה עד ששאר שרשרת הפפטיד מסונתזת והחלבון כולו יכול להתקפל כראוי.

מלווים יכולים גם לייצב שרשראות פוליפפטיד פתוחות כאשר הן מועברות לאברונים תת-תאיים. לדוגמה, במהלך העברת חלבונים למיטוכונדריה מהציטוזול, קל יותר להעביר קונפורמציות שנפרשו חלקית דרך קרום המיטוכונדריה. במהלך ההובלה, הפוליפפטידים שנפרשו חלקית מיוצבים על ידי מלווים.

בנוסף, מלווים ממלאים תפקיד חשוב בהרכבה של חלבונים בעלי מבנה מורכב, כגון חלבונים מרובי תת-יחידות. חלבונים אלה מורכבים משרשראות פוליפפטיד מרובות – שכל אחת מהן צריכה להיות מקופלת כראוי ולאחר מכן מורכבת באופן מסוים. בתהליכים המעורבים, המלווים מסייעים בקיפול החלבונים וייצוב רכיבים שאינם קשורים זה לזה, בעוד חלקים אחרים של החלבון עוברים הרכבה.

Transcript

כאשר הם מסונתזים בתא, רוב החלבונים אינם מתקפלים באופן ספונטני לתוך הקונפורמציה הטבעית שלהם, אלא דורשים סוג מיוחד של חלבונים הנקראים מלווים כדי לעזור לקפל אותם.

מבין מספר סוגים של מלווים מולקולריים הנמצאים בפרוקריוטים ובאיקריוטים, שתי המשפחות העיקריות הן חלבוני הלם חום – hsp70 ו-hsp60.

בחלבון מקופל כראוי, טלאים הידרופוביים קבורים בפנים.

בחלבונים שאינם מקופלים כהלכה נחשפים טלאים הידרופוביים. טלאים כאלה על מולקולות חלבון שונות יכולים להיקשר זה לזה, מה שמוביל לצבירת חלבונים בלתי הפיכה.

המלווים מזהים את המדבקות ההידרופוביות החשופות הללו ומונעים צבירת חלבונים, מה שמקל על קיפול החלבונים.

מנגנון hsp70 פועל לעתים קרובות לפני שהחלבון עוזב את הריבוזום, כאשר כל מונומר הקשור ל-ATP מזהה קטע קטן של חומצות אמינו הידרופוביות על פני השטח של החלבון.

קבוצה של חלבוני hsp40 קטנים יותר מקיימת אינטראקציה עם קומפלקס זה ומפעילה הידרוליזה של ATP. כתוצאה מכך, חלקים של hsp70 מתאחדים כמו לסתות, ולוכדים את החלבון שנפרש בפנים.

לאחר מכן, ATP קושר את הקומפלקס שוב גורם לדיסוציאציה של hsp70 ומשחרר את הפוליפפטיד הכבול, מה שמאפשר לו הזדמנות להתקפל מחדש. אם הקיפול אינו מתרחש במהירות מספקת, הפוליפפטיד עשוי להיקשר שוב, והתהליך חוזר על עצמו עד שהחלבון מקופל לקונפורמציה הטבעית שלו.

לחלופין, פוליפפטיד מסונתז לחלוטין ומקופל חלקית עשוי להיות מועבר למלווה.

Chaperonins הם קומפלקסים חלבוניים גדולים בצורת חבית המספקים תא מבודד לקיפול חלבון, כאשר מחצית מהחבית הסימטרית פועלת על חלבון לקוח בכל פעם.

באי-קולי, מערכת המלווה נקראת GroEL/GroES, בעוד שהאנלוגיה האיקריוטית שלה נקראת Hsp60.

חלבון שאינו מקופל כהלכה נלכד על ידי אינטראקציות הידרופוביות עם פני השטח החשופים של הפתח. קשירה ראשונית זו מסייעת לעתים קרובות לפרוש חלבון שאינו מקופל כהלכה.

ברגע שהחלבון נמצא בפנים, קשירת ATP אוטמת את התא עם כובע.

פנים התא מרופד במשטחים הידרופיליים, שבהם החלבון יכול להתקפל בבידוד.

הידרוליזה של ATP מחלישה את קשירת הכובע וקשירה של מולקולות ATP נוספות פולטת את הפקק.

חלבון המצע, בין אם מקופל ובין אם לא, משתחרר מהחדר.

Key Terms and definitions

Learning Objectives

Questions that this video will help you answer

This video is also useful for

Tags

מלווים מולקולריים קיפול חלבונים חלבוני הלם חום Hsp70 Hsp60 טלאים הידרופוביים צבירת חלבונים מונומר הקשור ל-ATP חלבוני Hsp40 הידרוליזה של ATP חלבון לא מקופל פוליפפטיד קונפורמציה טבעית