Белка GroEL

Стенки и дно каждого «котла» образованы 7 молекулами (субъединицами) олигомерного белка GroEL, расположенными по окружности. Каждая субъединица этого белка имеет 3 домена:

1 - апикальный находится в области отверстия «котла»;

2 - промежуточный образует стенки котлов;

3 - экваториальный формирует дно «котла» и обеспечивает связь между «котлами» (рис.35).

Диаметр отверстия котла уже диаметра дна и равен 0.8 нм. ( нм – нанометр; 1нм = 10^{-9 м} ). Высота «котла» оставляет 6.5 нм, ширина – 7 нм. «Крышка» сформирована 7 субъединицами ко-шаперона GroEЅ. Положение «крышки» меняет конфигурацию белка GroEL: в открытом «котле» на внутренней поверхности стенок преобладают гидрофобные радикалы; в закрытом «котле» - гидрофильные радикалы. Такое изменение происходит из-за переориентации радикалов, связанной с закрытием «крышки» и обеспечиваются гидролизом АТФ. Открытие и закрытие «крышки» требует распада 7 молекул АТФ. Катализирует этот распад экваториальный домен субъединиц GroEL. Механизм функционирования системы показан на рисунке 36.

Рис.36. Механизм действия системы Groel/GroES (объяснение в тексте)

В исходном состоянии полости «котлов» пусты и отверстие одного из них закрыто. При проникновении в открытый «котел» белка-субстрата в состоянии незавершенного фолдинга в форме расплавленной глобулы происходит его связывание со стенками котла. Стенки открытого котла содержат гидрофобные радикалы, такие же радикалы находятся на поверхности расплавленной глобулы; между ними происходит гидрофобное взаимодействие и их связывание. Кроме того, если расплавленная глобула имеет «неправильную» структуру, то апикальные домены белка GroEL могут развернуть глобулу для исправления ошибок фолдинга. Это касается еще одной функции шаперонов – рефолдинга денатурированных белков (подробнее ниже).

В результате взаимодействия белка-субстрата со стенками «котла» происходит отсоединение «крышки» от второго котла. При этом происхо- дит гидролиз АТФ и второй «котел» становиться гидрофобным, а «крыш- ка» тут же связывается вновь с одним из котлов.

Если это будет тот «котел», где находится белок-субстрат, то в результате закрытия, его стенки становится гидрофильными; связанный с ними белок отсоединяется и оказывается представленным самому себе в той полости «котла», где белок не способен к агрегации со стенками. В этой полости «котла» в специфической среде, в изоляции от других молекул клетки происходит перебор возможных вариантов конформации данного белка, пока не будет найдена единственная энергетически выгодная. Через 15-20 секунд происходит очередной гидролиз АТФ, «крышка» открывается, «котел» становиться гидрофобным. Если белок успел стать нативным (с гидрофильными радикалами на поверхности), то он не способен к связи с гидрофобными стенками «котла» и диффундирует из него. Если фолдинг не завершился, то белок опять связывается со стенками и цикл повто- ряется. И так до пор, пока не завершится фолдинг. Для олигомерных белков система GroEL/GroEЅ обеспечивает фолдинг отдельных протомеров; соединение их в олигомеры происходит вне системы в цитоплазме клетки.

ІІ. Вторая функция шаперонов – контроль за рефолдингом. Шапероны, участвующие в защите клеточных белков от денатурирующих воздействий являются индуцибельными белками и относятся к «белкам теплового шока» - БТШ или НЅР (heat shock protein). Синтез этих белков увеличивается при действии различных стрессовых факторов: высокая температура, гипоксия (дефицит кислорода), инфекция, УФО (ультрафио- летовое облучение), изменение рН среды, наличие токсичных химических веществ, тяжелых металлов и т.д. В результате, денатурирующая молекула приобретает способность к агрегации. БТШ способны связываться c гидрофобными радикалами развернутых цепей, препятствуя их полной денатурации и затем восстанавливать их нативную структуру, разрывая «неправильные» и образовывая «правильные» связи. Установлено, что кратковременные стрессовые воздействия увеличивают выработку БТШ и повышают устойчивость организма к длительным стрессовым воздей- ствиям. Так, кратковременная ишемия сердечной мышцы возникает в период бега при умеренных тренировках. Это значительно повышает устойчивость миокарда к длительной ишемии, возникающей при стенокардии и тром- бозе сосудов сердца.

ІІІ. Шапероны участвуют в некоторых видах внутриклеточного транспорта белко в: транспорт новосинтеризованных белков в лизосомы, митохондрии и другие органоиды, а также транспорт старых, отслуживших белков, не поддающиеся рефолдингу в лизосомы. Участие шаперонов в этом случае связано с тем обстоятельством, что транспорт белков связан с их переносом через мембраны. Белки же переносятся через липидные слои мембран в клетку в развернутом состоянии и роль шаперонов в данном случае заключается в предупреждении преждевременного фолдинга.

ІV. Шапероны участвуют в поддержании ряда белков в состоянии определенной конформации, как бы незавершенном фолдинге.

Необходимость поддержания в определенной конформации некоторых белков можно рассмотреть на примере регуляции гормонами скорости транскрипции специфических генов.

Рецепторы к гликопротеидным гормонам, находящиеся в цито- плазме в отсутствии гормонов связаны с шаперонами - БТШ(белки теплового шока), которые задерживают фолдинг данного белка. В этом состоянии у рецептора закрыта так называемая, ядерная метка – часть пептидной цепи, которая способствует проникновению данного белка- рецептора через мембраны ядра. Взаимодействие гормона с рецептором вызывает конформационные изменения в молекуле рецептора и осво- бождение рецептора от шаперона. Шапероны диссоциируют, отделяясь от рецептора, фолдинг завершается и участок белка с ядерной меткой оказывается на поверхности. Поэтому рецептор проникает в ядро, где две молекулы рецептора, соединяясь, образуют гомеодимер, центральный домен которого имеет структуру «цинкового пальца». Центральный домен обеспечивает взаимодействие комплекса рецептор-гормон с молекулой ДНК (один «цинковый палец» димера имеет участок отвечающий за свя- зывание с ДНК). Взаимодействие комплекса гормон-рецептор с опреде- ленной последовательностью ДНК – НRЕ (hormone response element), реаги- рующей на воздействие гормона, приводит к активации транскрипции соответствующих генов.

В другом случае рецептор, находящийся в ядре, образуя комплекс с шапероном, находится в состоянии незавершенного фолдинга и, как следствие, неспособен связываться с молекулой ДНК. Появление гормонов эстрагена и прогестерона, связывание их с рецептором, способствует отделению шаперона (подобно предыдущему примеру), завершению фолдинга данного рецептора и присоединению их к молекуле ДНК.

Дата добавления: 2015-06-04