9.8:

9.8: Molekularne białka opiekuńcze i fałdowanie białek

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.

Previous Video

9.7: Nonsense-mediated mRNA Decay

Next Video

9.9: The Proteasome

18,020 Views

•

03:00 min

•

November 23, 2020

Overview

Natywna konformacja białka powstaje w wyniku oddziaływań między łańcuchami bocznymi aminokwasów składowych. Kiedy aminokwasy nie mogą tworzyć tych interakcji, białko nie może się samo fałdować i potrzebuje białek opiekuńczych. Warto zauważyć, że białka opiekuńcze nie przekazują żadnych dodatkowych informacji wymaganych do fałdowania polipeptydów; Natywna konformacja białka zależy wyłącznie od jego sekwencji aminokwasów. Białka opiekuńcze katalizują fałdowanie białek, nie będąc częścią pofałdowanego białka.

Niesfałdowane lub częściowo pofałdowane polipeptydy, które często są półproduktami na ścieżce fałdowania, są stabilizowane przez białka opiekuńcze, co prowadzi do końcowego prawidłowo złożonego stanu. Bez białek opiekuńczych rozłożone lub częściowo złożone polipeptydy mogą się nieprawidłowo fałdować lub tworzyć nierozpuszczalne agregaty. Jest to szczególnie widoczne w białkach, w których karboksyl lub C-koniec jest wymagany do prawidłowego fałdowania aminy lub N-końca. W takich przypadkach opiekun może związać i ustabilizować N-końcową część polipeptydu w rozwiniętej konformacji, aż reszta łańcucha peptydowego zostanie zsyntetyzowana, a całe białko będzie mogło się prawidłowo złożyć.

Białka opiekuńcze mogą również stabilizować rozłożone łańcuchy polipeptydowe, gdy są one transportowane do organelli subkomórkowych. Na przykład podczas przenoszenia białek z cytozolu do mitochondriów łatwiej jest częściowo rozwiniętym konformacjom przetransportować się przez błonę mitochondrialną. Podczas transportu częściowo rozłożone polipeptydy są stabilizowane przez białka opiekuńcze.

Ponadto białka opiekuńcze odgrywają ważną rolę w składaniu białek o złożonej budowie, takich jak białka wielopodjednostkowe. Białka te składają się z wielu łańcuchów polipeptydowych – z których każdy musi być prawidłowo sfałdowany, a następnie złożony w określony sposób. W zachodzących procesach białka opiekuńcze pomagają w fałdowaniu białek i stabilizacji niepowiązanych składników, podczas gdy inne części białka są w trakcie montażu.

Transcript

Ponieważ są one syntetyzowane w komórce, większość białek nie składa się spontanicznie do swojej natywnej konformacji, ale wymaga specjalnej klasy białek zwanych białkami opiekuńczymi, aby pomóc je w ich składaniu.

Spośród kilku typów molekularnych białek opiekuńczych występujących u prokariontów i eukariontów, dwie główne rodziny to białka szoku cieplnego – hsp70 i hsp60.

W prawidłowo sfałdowanym białku hydrofobowe plamy są zakopane we wnętrzu.

W nieprawidłowo sfałdowanych białkach odsłaniają się plamy hydrofobowe. Takie łaty na różnych cząsteczkach białka mogą wiązać się ze sobą, prowadząc do nieodwracalnej agregacji białek.

Białka opiekuńcze rozpoznają te odsłonięte hydrofobowe plamy i zapobiegają agregacji białek, ułatwiając fałdowanie białek.

Maszyneria hsp70 często działa, zanim białko opuści rybosom, przy czym każdy monomer związany z ATP rozpoznaje niewielki odcinek hydrofobowych aminokwasów na powierzchni białka.

Zestaw mniejszych białek hsp40 oddziałuje z tym kompleksem i wyzwala hydrolizę ATP. W rezultacie, części hsp70 łączą się jak szczęki, zatrzymując w środku niesfałdowane białko.

Następnie ATP ponownie wiąże kompleks, indukując dysocjację hsp70 i uwalniając związany polipeptyd, dając mu szansę na ponowne fałdowanie. Jeśli fałdowanie nie nastąpi wystarczająco szybko, polipeptyd może ponownie się związać, a proces jest powtarzany, aż białko zostanie złożone do swojej natywnej konformacji.

Alternatywnie, w pełni zsyntetyzowany i częściowo sfałdowany polipeptyd może zostać dostarczony do chaperoniny.

Białka opiekuńcze to duże kompleksy białkowe w kształcie beczki, które zapewniają izolowaną komorę do fałdowania białek, przy czym jedna połowa symetrycznej beczki działa na białko klienta na raz.

U E. coli układ opiekuńczy nazywa się GroEL/GroES, podczas gdy jego eukariotyczny analog nazywa się Hsp60.

Nieprawidłowo sfałdowane białko jest wychwytywane przez oddziaływania hydrofobowe z odsłoniętą powierzchnią otworu. To początkowe wiązanie często pomaga w rozwinięciu nieprawidłowo sfałdowanego białka.

Gdy białko znajdzie się w środku, wiązanie ATP uszczelnia komorę za pomocą czapeczki.

Wnętrze komory wyłożone jest powierzchniami hydrofilowymi, na których białko może się składać w izolacji.

Hydroliza ATP osłabia wiązanie czapeczki, a wiązanie dodatkowych cząsteczek ATP powoduje wyrzucenie czapeczki.