Окислительное сворачивание - Oxidative folding

Окислительный сворачивание белка это процесс, который отвечает за формирование дисульфидные связи между цистеин остатки в белки. Движущей силой этого процесса является окислительно-восстановительная реакция, в котором электроны переходят между несколькими белками и, наконец, к терминальный акцептор электронов.

У прокариот

В прокариоты, механизм окислительное сворачивание лучше всего изучать в Грамотрицательные бактерии. Этот процесс катализируется белковыми механизмами, находящимися в периплазматическое пространство бактерий. Образование дисульфидных связей в белке становится возможным благодаря двум связанным путям: окислительному пути, который отвечает за образование дисульфидов, и пути изомеризации, который перемешивает неправильно образованные дисульфиды.

Окислительный путь

Окислительный путь у грамотрицательных бактерий

Окислительный путь, как и путь изомеризации, зависит от белкового реле. Первым членом этого белкового реле является небольшой периплазматический белок (21 кДа), называемый DsbA, который имеет два остатка цистеина, которые должны быть окислены, чтобы он был активным. В окисленном состоянии белок способен образовывать дисульфидные связи между остатками цистеина во вновь синтезированных, но еще не свернутых белках путем переноса собственной дисульфидной связи на сворачивающийся белок. После переноса этой дисульфидной связи DsbA находится в восстановленном состоянии. Чтобы он снова начал действовать каталитически, его необходимо повторно окислить. Это стало возможным благодаря 21 кДа внутренняя мембрана белок, называемый DsbB, который имеет две пары остатков цистеина. Смешанный дисульфид образуется между цистеиновым остатком DsbB и одним из DsbA. В конце концов, эта перекрестная связь между двумя белками разрушается нуклеофильная атака второго остатка цистеина в DsbA активный сайт. В свою очередь, DsbB повторно окисляется путем переноса электроны к окисленному убихинон, который передает их цитохром оксидазы, которые в конечном итоге восстанавливают кислород; это в аэробный условия. Поскольку молекулярный кислород служит концевым акцептором электронов в аэробных условиях, окислительное сворачивание удобно связано с ним через дыхательная цепь. Однако в анаэробных условиях DsbB передает свои электроны в менахинон с последующим переносом электронов на фумаратредуктаза или же нитратредуктаза.

Путь изомеризации

Путь изомеризации грамотрицательных бактерий

Особенно для белков, содержащих более одной дисульфидной связи, важно, чтобы неправильные дисульфидные связи перегруппировались. Это осуществляется в пути изомеризации белком DsbC, который действует как дисульфид изомераза. DsbC - это димер, состоящий из двух одинаковых 23 кДа подразделения и имеет четыре остатка цистеина в каждой субъединице. Один из этих цистеинов (Cys-98) атакует неправильный дисульфид в неправильно свернутом белке, и между DsbC и этим белком образуется смешанный дисульфид. Затем атака второго остатка цистеина приводит к образованию более стабильного дисульфида в повторно свернутом белке. Это может быть остаток цистеина от ранее неправильно свернутого белка или от DsbC. В последнем случае DsbC окисляется и должен восстанавливаться, чтобы играть другую каталитическую роль. Существует также вторая изомераза, которая может реорганизовывать неправильные дисульфидные связи. Этот белок называется DsbG, и он также является димером, который служит сопровождающий. Для выполнения своей роли изомераз DsbC и DsbG необходимо поддерживать в восстановленном состоянии. Это выполняется DsbD, который должен быть уменьшен, чтобы работать. Тиоредоксин, который сам восстанавливается тиоредоксинредуктаза и НАДФН, обеспечивает восстановление белка DsbD.

Поскольку эти два пути сосуществуют рядом друг с другом в одном и том же периплазматическом компартменте, должен быть механизм, предотвращающий окисление DsbC с помощью DsbB. Этот механизм действительно существует, поскольку DsbB может различать DsbA и DsbC, поскольку последний обладает способностью к димеризации.

У эукариот

Процесс окислительного сворачивания у эукариот

По очень похожему пути следуют в эукариоты, в котором белковый ретранслятор состоит из белков с очень аналогичными свойствами, что и белковые реле у грамотрицательных бактерий. Однако основное различие между прокариотами и эукариотами заключается в том, что процесс окислительного сворачивания белков происходит в эндоплазматический ретикулум (ER) у эукариот. Второе отличие состоит в том, что у эукариот использование молекулярного кислорода в качестве конечного акцептора электронов не связано с процессом окислительного сворачивания через дыхательную цепь, как это имеет место у бактерий. Фактически, один из белков, участвующих в процессе окислительного сворачивания, использует флавин -зависимая реакция по передаче электронов непосредственно молекулярному кислороду.

А гомолог DsbA, называемого протеин дисульфид изомераза (PDI), отвечает за образование дисульфидных связей в развернутых эукариотических белках. Этот белок имеет два тиоредоксиноподобных активных центра, каждый из которых содержит два остатка цистеина. Перенося дисульфидную связь между этими двумя остатками цистеина на сворачивающийся белок, он отвечает за его окисление. В отличие от бактерий, у которых пути окисления и изомеризации осуществляются разными белками, PDI также отвечает за восстановление и изомеризацию дисульфидных связей. Чтобы PDI катализировал образование дисульфидных связей в развернутых белках, он должен быть повторно окислен. Это осуществляется ассоциированным с мембраной ER белком Ero1p, который не является гомологом DsbB. Этот белок Ero1p образует смешанный дисульфид с PDI, который разрешается нуклеофильной атакой второго остатка цистеина в одном из активных центров PDI. В результате получается окисленный PDI. Сам Ero1p окисляется за счет передачи электронов молекулярному кислороду. Поскольку это FAD -связывающий белок, этот перенос электронов сильно поддерживается, когда Ero1p связывается с FAD. Также у эукариот описана транспортная система, которая импортирует FAD в просвет ER. Кроме того, было показано, что способность восстанавливать или перестраивать неправильные дисульфидные связи в неправильно свернутых белках обеспечивается окислением восстановленных глутатион (GSH) в окисленный глутатион (GSSG).

АФК и болезни

Из-за свойства Ero1p передавать электроны непосредственно молекулярному кислороду посредством флавин-зависимой реакции, его активность может вызывать активные формы кислорода (ROS). У бактерий эта проблема решается путем присоединения окислительного сворачивания к дыхательной цепи. Там восстановление молекулярного кислорода до воды осуществляется сложной серией белков, которые очень эффективно катализируют эту реакцию. У эукариот дыхательная цепь отделена от окислительного сворачивания, поскольку клеточное дыхание происходит в митохондрии и образование дисульфидных связей происходит в ЭР. Из-за этого существует гораздо больший риск того, что ROS продуцируются в эукариотических клетках во время окислительного сворачивания. Как известно, эти АФК могут вызывать многие заболевания, такие как: атеросклероз и немного нейродегенеративные заболевания.

Примеры

Классическими примерами белков, в которых процесс окислительного сворачивания хорошо изучен, являются ингибитор трипсина поджелудочной железы крупного рогатого скота (БПТИ ) и рибонуклеаза А (РНКазаА). Эти два белка имеют несколько дисульфидных связей, поэтому они очень полезны для понимания и понимания процесса окислительного сворачивания. Другой пример щелочная фосфатаза, который содержит два основных дисульфида. Он использовался в качестве индикаторного белка для проверки эффекта мутации в DsbA.