Шаперонин - Chaperonin

Шаперонины представляют собой белки, которые обеспечивают благоприятные условия для правильного сворачивания других белков, тем самым предотвращая агрегацию. Они предотвращают неправильную укладку белков, что предотвращает такие заболевания, как коровье бешенство. Новые белки обычно должны складывать из линейной цепочки аминокислот в трехмерную третичная структура. Шаперонины принадлежат к большому классу молекул, способствующих сворачиванию белков, называемых молекулярные шапероны.[1][2] Энергия для сворачивания белков поступает от аденозинтрифосфат (АТФ). Белки-шаперонины могут также пометить неправильно свернутые белки, которые должны быть разрушены.

Структура

По структуре эти шаперонины напоминают два пончика, сложенные друг на друга, чтобы образовалась бочка.

Каждое кольцо состоит из 7, 8 или 9 субъединиц в зависимости от организма, в котором находится шаперонин.

Категории шаперонинов

Группа I

Шаперонины I группы находятся в бактерии а также органеллы из эндосимбиотический источник: хлоропласты и митохондрии.

Комплекс GroEL / GroES в г. Кишечная палочка является шаперонином группы I и наиболее охарактеризованным крупным (~ 1 МДа) комплексом шаперонина.

  • GroEL представляет собой двойное кольцо 14мер с жирным гидрофобный пластырь при открытии и может вместить естественную складку подложек размером 15-60 кДа.
  • GroES представляет собой гептамер с одним кольцом, который связывается с GroEL в присутствии АТФ или аналогов гидролиза АТФ в переходном состоянии, таких как ADP-AlF3. Это как крышка, прикрывающая GroEL (коробку / флакон).

GroEL / GroES может быть не в состоянии разрушить агрегаты белка, но кинетически он участвует в пути неправильного сворачивания и агрегации, тем самым предотвращая образование агрегатов.[3]

II группа

Термосомный шаперонин II, гетеро-16-мер, Sulfolobus solfataricus.

Шаперонины группы II, обнаруженные в эукариотический цитозоль И в археи, охарактеризованы хуже.

TRiC, эукариотический шаперонин, состоит из двух колец из восьми различных, хотя и связанных субъединиц, каждая из которых, как считается, представлена ​​один раз на восьмичленное кольцо. Первоначально считалось, что TRiC сворачивает только белки цитоскелета актин и тубулин, но теперь известно, что он сворачивает десятки субстратов.

Mm cpn (шаперонин Methanococcus maripaludis), обнаруженный в архее Methanococcus maripaludis, состоит из шестнадцати идентичных субъединиц (восемь на кольцо). Было показано, что он сворачивает митохондриальный белок роданезы; однако никаких природных субстратов пока не обнаружено.[4]

Считается, что шаперонины группы II не используют кофактор GroES-типа для сворачивания своих субстратов. Вместо этого они содержат «встроенную» крышку, которая закрывается АТФ-зависимым образом, инкапсулируя свои субстраты, процесс, который необходим для оптимальной активности сворачивания белка.

Механизм действия

Шаперонины претерпевают большие конформационные изменения во время реакции сворачивания в зависимости от ферментативной гидролиз АТФ, а также связывание субстратных белков и кохаперонинов, таких как GroES. Эти конформационные изменения позволяют шаперонину связывать развернутый или неправильно свернутый белок, инкапсулировать этот белок в одной из полостей, образованных двумя кольцами, и высвобождать белок обратно в раствор. После высвобождения субстратный белок будет либо свернут, либо потребуются дополнительные раунды складывания, и в этом случае он снова может быть связан шаперонином.

Точный механизм, с помощью которого шаперонины способствуют укладке белков-субстратов, неизвестен. Согласно недавнему анализу с помощью различных экспериментальных методов, GroEL-связанные белки-субстраты населяют ансамбль компактных и локально расширенных состояний, в которых отсутствуют стабильные третичные взаимодействия.[5] Был предложен ряд моделей действия шаперонина, которые обычно фокусируются на двух (не исключающих друг друга) ролях внутреннего шаперонина: пассивной и активной. Пассивные модели рассматривают шаперониновую клетку как инертную форму, оказывая влияние за счет уменьшения конформационного пространства, доступного для белкового субстрата, или предотвращения межмолекулярных взаимодействий, например путем предотвращения агрегации.[6] Роль активного шаперонина, в свою очередь, связана со специфическими взаимодействиями шаперонин-субстрат, которые могут быть связаны с конформационными перестройками шаперонина.[7][8][9]

Вероятно, наиболее популярной моделью активной роли шаперонина является механизм итеративного отжига (IAM), который фокусируется на эффекте итеративного и гидрофобного по своей природе связывания белкового субстрата с шаперонином. Согласно исследованиям с помощью компьютерного моделирования, IAM приводит к более продуктивному складыванию за счет разворачивания подложки из неправильно свернутых конформаций.[9] или предотвращением неправильного сворачивания белка путем изменения пути сворачивания.[7]

Сохранение структурной и функциональной гомологии

Как уже упоминалось, все клетки содержат шаперонины.

Эти белковые комплексы, по-видимому, необходимы для жизни в Кишечная палочка, Saccharomyces cerevisiae и высшие эукариоты. Хотя существуют различия между шаперонинами эукариот, бактерий и архей, общая структура и механизм сохраняются.[2]

Бактериофаг Т4 морфогенез

Snustad[10] идентифицировали генный продукт 31 (gp31) из бактериофаг Т4 как белок, необходимый для морфогенеза бактериофага, который действует каталитически вместо того, чтобы быть включенным в структуру бактериофага. Бактерия Кишечная палочка является хозяином для бактериофага Т4. Белок gp31, кодируемый бактериофагом, по-видимому, функционально гомологичен белку gp31. Кишечная палочка белок кохаперонин GroES и способен замещать его при сборке вирионов фага Т4 во время инфекции.[11] Подобно GroES, gp31 образует стабильный комплекс с GroEL шаперонин, который абсолютно необходим для складывания и сборки in vivo основного капсидного белка бактериофага Т4 gp23.[11]

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ Говард Хьюз Следователи: Артур Л. Хорвич, доктор медицины
  2. ^ а б Робб, Фрэнк Т .; Альберто Дж. Л. Макарио; Йода, Масафуми; Макарио, Эверли Конвей де (2019-03-15). «Связывание шаперонопатий человека и микробных шаперонинов». Биология коммуникации. 2 (1): 103. Дои:10.1038 / с42003-019-0318-5. ISSN  2399-3642. ЧВК  6420498. PMID  30911678.
  3. ^ Фентон В.А., Хорвич А.Л. (май 2003 г.). «Шаперонин-опосредованный сворачивание белка: судьба полипептида субстрата». Q. Rev. Biophys. 36 (2): 229–56. Дои:10.1017 / S0033583503003883. PMID  14686103.
  4. ^ Кусмерчик А.Р., Мартин Дж. (Май 2003 г.). «Нуклеотид-зависимое сворачивание белка в шаперонине типа II из мезофильной археи Methanococcus maripaludis». Biochem. J. 371 (3): 669–673. Дои:10.1042 / BJ20030230. ЧВК  1223359. PMID  12628000.
  5. ^ Hartl, FU; Хайер-Хартл, М. (2009). «Конвергентные концепции сворачивания белков in vitro и in vivo». Структурная и молекулярная биология природы. 16 (6): 574–581. Дои:10.1038 / nsmb.1591. PMID  19491934.
  6. ^ Апетри, AC; Хорвич, А.Л. (2008). «Шаперониновая камера ускоряет сворачивание белка за счет пассивного действия по предотвращению агрегации». Труды Национальной академии наук. 105 (45): 17351–17355. Дои:10.1073 / pnas.0809794105. ЧВК  2579888. PMID  18987317.
  7. ^ а б Kmiecik, S; Колинский, А (2011). «Моделирование эффекта шаперонина на сворачивание белка: переход от нуклеации-конденсации к каркасному механизму». Журнал Американского химического общества. 133 (26): 10283–10289. Дои:10.1021 / ja203275f. ЧВК  3132998. PMID  21618995.
  8. ^ Чакраборти, К; Шатила, М; Sinha, J; Ши, Q; Пошнер, Британская Колумбия; Сикор, М; Цзян, G; Лэмб, округ Колумбия; Hartl, FU; Хайер-Хартл, М (2010). «Катализируемое шаперонином спасение кинетически захваченных состояний при сворачивании белка». Клетка. 142 (1): 112–122. Дои:10.1016 / j.cell.2010.05.027. PMID  20603018.
  9. ^ а б Тодд, MJ; Лоример, GH; Тирумалай, Д. (1996). «Фолдинг белка с помощью шаперонина: оптимизация скорости и выхода за счет механизма итеративного отжига». Труды Национальной академии наук. 93 (9): 4030–4035. Дои:10.1073 / пнас.93.9.4030. ISSN  0027-8424. ЧВК  39481. PMID  8633011.
  10. ^ Снустад ДП. Доминирующие взаимодействия в клетках Escherichia coli, смешанных с бактериофагом T4D дикого типа и мутантами amber, и их возможное влияние на тип функции гена-продукта: каталитическая или стехиометрическая. Вирусология. 1968; 35 (4): 550-563. DOI: 10.1016 / 0042-6822 (68) 90285-7
  11. ^ а б Марусич Е.И., Курочкина Л.П., Месянжинов В.В. Шапероны в сборке бактериофага Т4. Биохимия (Москва). 1998; 63 (4): 399-406.

внешняя ссылка