9.8: 분자 샤페론과 단백질 접힘

Molecular Chaperones and Protein Folding
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Molecular Chaperones and Protein Folding

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03:00 min
November 23, 2020

Overview

The native conformation of a protein is formed by interactions between the side chains of its constituent amino acids. When the amino acids cannot form these interactions, the protein cannot fold by itself and needs chaperones. Notably, chaperones do not relay any additional information required for the folding of polypeptides; the native conformation of a protein is determined solely by its amino acid sequence. Chaperones catalyze protein folding without being a part of the folded protein.

The unfolded or partially folded polypeptides, which are often intermediates in the folding pathway, are stabilized by chaperones, leading to the final correctly folded state. Without chaperones, the unfolded or partially folded polypeptides may misfold or form insoluble aggregates. This is particularly observed in proteins in which the carboxy or C-terminus is required for the correct folding of the amino or N-terminus. In such cases, a chaperone can bind and stabilize the N-terminal part of the polypeptide in an unfolded conformation until the rest of the peptide chain is synthesized and the whole protein can fold correctly.

Chaperones can also stabilize unfolded polypeptide chains as they are transported into subcellular organelles. For instance, during the transfer of proteins into the mitochondria from the cytosol, it is easier for partially unfolded conformations to be transported across the mitochondrial membrane. During the transport, the partially unfolded polypeptides are stabilized by chaperones.

Additionally, chaperones play an important role in the assembly of proteins that have a complex structure, such as multi-subunit proteins. These proteins comprise multiple polypeptide chains – each of which needs to be correctly folded and then assembled in a specific manner. In the processes involved, chaperones assist in protein folding and the stabilization of unassociated components while other parts of the protein are undergoing assembly.

Transcript

단백질은 세포에서 합성되기 때문에 대부분의 단백질은 본래의 형태로 저절로 접히지 않고 단백질을 접는 데 도움이 되는 샤페론(chaperone)이라는 특별한 종류의 단백질을 필요로 합니다.

원핵생물과 진핵생물에서 발견되는 여러 유형의 분자 샤페론 중 두 가지 주요 과(family)는 열 충격 단백질인 hsp70과 hsp60입니다.

올바르게 접힌 단백질에서는 소수성 패치가 내부에 묻혀 있습니다.

잘못 접힌 단백질에서는 소수성 패치가 노출됩니다. 서로 다른 단백질 분자에 있는 이러한 패치는 서로 결합하여 돌이킬 수 없는 단백질 응집으로 이어질 수 있습니다.

샤페론은 이러한 노출된 소수성 패치를 인식하고 단백질 응집을 방지하여 단백질의 접힘을 촉진합니다.

hsp70 기계는 단백질이 리보솜을 떠나기 전에 작용하는 경우가 많으며, 각 ATP 결합 단량체는 단백질 표면의 작은 소수성 아미노산을 인식합니다.

더 작은 hsp40 단백질 세트가 이 복합체와 상호 작용하여 ATP 가수분해를 유발합니다. 그 결과, hsp70의 일부분은 턱처럼 뭉쳐서 풀린 단백질을 내부에 가두게 됩니다.

다음으로, ATP는 복합체를 다시 결합하여 hsp70의 해리를 유도하고 결합된 폴리펩티드를 방출하여 다시 접을 수 있는 기회를 제공합니다. 접힘이 충분히 빨리 일어나지 않으면 폴리펩티드가 다시 결합할 수 있으며 단백질이 본래의 형태로 접힐 때까지 이 과정이 반복됩니다.

대안적으로, 완전히 합성되고 부분적으로 접힌 폴리펩티드를 샤페로닌에 전달할 수 있습니다.

샤페로닌은 단백질 접힘을 위한 격리된 챔버를 제공하는 큰 배럴 모양의 단백질 복합체로, 대칭 배럴의 절반이 한 번에 클라이언트 단백질에서 작동합니다.

대장균에서 샤페로닌 시스템은 GroEL/GroES라고 하며, 진핵 아날로그는 Hsp60이라고 합니다.

잘못 접힌 단백질은 개구부의 노출된 표면과의 소수성 상호 작용에 의해 포착됩니다. 이 초기 결합은 종종 잘못 접힌 단백질을 풀도록 도와줍니다.

단백질이 내부로 들어가면 ATP 결합은 챔버를 캡으로 밀봉합니다.

챔버 내부는 단백질이 단독으로 접힐 수 있는 친수성 표면으로 둘러싸여 있습니다.

ATP 가수분해는 캡의 결합을 약화시키고 추가 ATP 분자의 결합은 캡을 배출합니다.

기질 단백질은 접혀 있든 그렇지 않든 챔버에서 방출됩니다.

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