Семейство шаперонов строение и биологическая роль кратко

Обновлено: 04.07.2024

Хотя в большинстве случаев шапероны взаимодействуют с белками, многие из них взаимодействуют и с другими молекулами, обычно комплексами белков с нуклеиновыми кислотами. Шапероны не содержат стерически информации о субстрат, свертыванию которого они помогают. Прежде всего шапероны ограничивают имеющееся пространство, ускоряя свертывание белков, и предотвращают новосинтезированные пептидной цепям взаимодействовать и создавать комплексы с недействующими структурами. Во многих случаях шапероны также восстанавливают структуру белков, потеряли ее со временем или в результате воздействия условий окружающей среды. Многие шаперонов, хотя и не все, являются белками теплового шока, из-за тенденции белков денатурировать и увеличивать неспецифическую агрегацию в результате действия тепла.

Молекулярные шапероны в основном являются белками теплового шока, которые относятся к следующих 5 висококонсервативних семей: Такие, имеющих АТФ-азную активность:

  • Hsp 100
  • Hsp 90
  • Hsp 70
  • Hsp 60
  • Никак АТФ-АзНИИ малые белки теплового шока (small Hsps, sHsps, М = 12-43 кДа)

Кроме того, недавно обнаружили связан с рибосомой триггер-фактор (trigger-factor, TF), который обладает как шаперонов, так и пептидилпролил-цис-транс-изомеразною активностью. Он локализован в месте выхода растущего полипептида из туннеля рибосомы и совместно с большой субъединицей рибосомы обеспечивает его котрансляцийне свертывания.

Шапероны [Hsp 70]

Поддержание развернутого состояния цепи при предотвращении агрегации — одна из основных функций hsp70.

Молекула шаперона может существовать в двух структурных состояниях в зависимости от типа связанного лиганда — АТР или ADP. В комплексе с АТР реализуется структурная форма, которая допускает быструю равновесие между связанным / диссоциированных полипептидом. Гидролиз АТР (осуществляется АТРазним доменом hsp70 при содействии ко-шаперонов hsp40) вызывает структурное изменение с прочной фиксацией полипептида пептидзвьязувальним доменом. С помощью других ко-шаперонов ADP снова заменяется на АТР.

Фолдинг растущего полипептидной цепи обеспечивается его взаимодействием сначала с фактором TF, а затем — с системой шаперона Hsp 70, которая включает следующие элементы:

  • Собственно шаперон Hsp 70
  • Кошаперон Hsp 40
  • Факторы нуклеотидного обмена NEF (nucleotide exchange factor)

Лучше изученной является система E. Coli, состоящий из шаперона DnaK, кошаперона DnaJ и NEF-белка GrpE, причем DnaJ и GrpE функционируют в виде димеров.

Функции шаперонов системы Hsp 70:

  • Образование временных комплексов Hsp 70 из ненативной белками-мишенями предотвращает неспецифической агрегации этих белков и их деградации Протеасома, и тем самым способствует правильному Фолдинг мишени.
  • Совместно с Hsp 100 участвует в солюбилизации и рефолдинга агрегированных белков.

Согласно современным представлениям, шаперон Hsp 70 состоит из 3 доменов:

  1. висококонсервативний N-концевой нуклеотидзвьязуючий домен (NB, 45 кДа)
  2. вариабельный субстратзвьязуючий домен (SB, 20 кДа)
  3. С-концевой домен (CT, 10кДа) способен взаимодействовать с различными белками и модулировать функции Hsp 70.

АТФ-форма Hsp 70 имеет низкое сродство к белкам-мишеням и высокую скорость обмена субстратов, тогда как АДФ-форма проявляет высокую аффинность к субстратов и демонстрирует низкую скорость их обмена. Дводоменни кошапероны Hsp 40 стимулируют гидролиз нуклеотидов шаперона Hsp 70, а взаимодействие фактора NEF с NB-доменом Hsp 70 способствует высвобождению АДФ и последующем связыванию АТФ, ведет за собой диссоциацию белка-мишени и повторение цикла. Считается, что от 10 до 20% всех синтезированных белков как про-, так и эукариот сворачиваются при участии системы Hsp 70-Hsp 40-NEF.

Шапероны [Hsp 90]

Шапероны Hsp 90 найдены у эукариот и у бактерий, но пока не найдены в архебактерий.

При нормальных условиях они играют основную роль в секреторный путях и внутриклеточном транспорте, а в условиях стресса вовлекаются в процессы митоза, мейоза, регуляции клеточного цикла.

Система Hsp 90 участвует в поддержке т. Н. "Клиентных белков":

  • Протеинкиназы
  • Транскрипционные факторы и ядерные рецепторы стероидных гормонам
  • Белки вирусной репликации, внутриклеточные рецепторы, связанные с врожденным иимунитетом.
  • Совместно с Hsp 70 стабилизируют новосинтезированные белки, участвующие в сборе / разборке мультибилкових комплексов.

Строение субъединицы Hsp 90:

  1. N-концевой АТФ-связывающий домен, М = 25кДа;
  2. Центральный М-домен, М = 35 кДа; содержит каталитическую петлю с остатком Арг, который участвует в гидролизе АТФ
  3. С-концевой домен, М = 20 кДа;

Hsp 90-белки в апоформи формируют т. Н. открытые V-образные димеры за счет взаимодействия С-доменов. Связывания АТФ приводит к взаимодействию между N-доменами и образования закрытой формы шаперона. АДФ-форма представляет собой полуоткрытый состояние. Аллостерический регуляция Hsp 90 осуществляется при участии "крышек" — куполообразных структур, локализованных в N-доменах. Они способны "прикрывать" центры связывания АТФ и каталитические петли М-доменов.

Регуляция функциональной активности Hsp 90 осуществляется при участии ряда кошаперонив — например, Hop-белок взаимодействует с С-доменом, Cdc37 — с N-доменом, Aha1 — с М-доменом. С использованием электронной микроскопии было установлено последовательность событий при участии Hsp 90 (на примере Cdk-4 дрожжей):

Дымер Hsp 90 дрожжей связывает димер кошаперона Cdc37 (cell-division cycle 37 homologue) в центральной щели, образованной N-доменами, а мономер Cdk-4 (cyclin-dependent kinase 4) — на боковой поверхности комплекса. При этом один из доменов киназы взаимодействует с N-конечной, а другой — с центральным участком шаперона Hsp 90. Последовательное освобождение субъединиц Cdc37 и реализация АТФ-азного цикла вызывают ряд коформацийних изменений в Дымере Hsp 90, что приводит к возникновению напряженного состояния в свя связанном белка, его ремоделирования и высвобождения.

Шапероны [Hsp 100]

Hsp 100 участвуют в дезагрегации белков. Такая потребность может возникнуть, например, при изменении условий среды, когда гидрофобные аминокислотные остатки экспонируются на поверхность молекулы. Такие белки агрегируют между собой за счет реализации гидрофобных взаимодействий. В бактериальных клетках функционируют Hsp 100 ClpB, а в растительных и клетках дрожжей — Hsp 101 и Hsp 104 соответственно. Показано, что обычно дезагрегации белков осуществляется при участии кооперативно действующей системы Hsp 100-Hsp 70.

Считается, что система DnaK способствует изменению физических свойств агрегатов, инициируя высвобождение отдельного полипептида из белкового агрегата и перемещает его к ClpB. Во время транслокации полипептида через центральный канал ClpB (за счет гидролиза АТФ) происходит его развертывание. Освободившееся наружу попипептид подвергается рефолдинга (самостоятельно или с участием других шаперонов).

Малые Hsp (sHsps)

sHsps шапероны имеют ряд характерных особенностей:

  • Они не имеют нуклеотид-связывающих доменов;
  • В отличие от других семей шаперонов, олигомеры sHsps могут связывать по несколько ненативных белков;
  • Высвобождение белков-мишеней происходит АТФ-зависимости с участием других шаперонов, поэтому sHsps иногда рассматривают как резервуары для ненативных белков для их дальнейшего рефолдинга.

Структура sHsps очень разнообразна, но все же можно выделить характерные черты:

  • В центральной части молекулы — около 100 а. с. со структурой, характерной для альфа-Кристалина хрусталика глаза животных,
  • Существование в форме крупных олигомеров (12-24 субъединиц), состоящие из димеров и имеют консервативную структурную организацию в виде сферического или дискообразного комплекса, через который проходит центральный канал.
  • Олигомеры sHsps способны к быстрому обмену субъединиц, что особенно выражено при воздействии повышенных температур. Это свойство рассматривается как основной фактор предотвращения агрегации белка при тепловой денатурации.

Шаперонина

Особый класс шаперонов, построенных с белков hsp60, объединяют в группу шаперонинов.

Бактериальный шаперонина (шаперонина I) содержит два комплекса, каждый из которых сформирован семью молекулами hsp60 (другое название GroEL). Комплекс имеет форму кольца с каналом ~ 45 A в диаметре, образуя своеобразную микропробирку, которая может закрываться крышкой, образованной с 7 молекул hsp10 (другое название GroES).

Эукариотические аналоги (шаперонина II) имеют сходное строение, но каждое кольцо формируется из восьми или девяти субъединиц, дополнительные структурные домены которых образуют крышечку, что закрывается / открывается в результате структурных перестроек.

Шаперонина узнают гидрофобные кластеры белковой молекулы, когда она находится на стадии расплавленной глобулы. Каждая субъединица гептамерного кольца GroEL состоит из 3 доменов:

  1. апикального (верхушечного, Ар), содержащий общий центр связывания ненативных белков и кошаперонина.
  2. шарнирного промежуточного (In).
  3. С-концевого экваториального (Eq), который несет АТФ-Разные центр.

Взаимодействие экваториальных доменов 2 колец GroEL приводит к образованию зеркально симметричного тороида с 2 изолированными гидрофобными полостями (транс-состояние колец), входные отверстия которых сформированы апикальными доменами.

Субъединицы кошаперонина GroES также образуют циклический гептамерний комплекс, прикрывающий одну из полостей тороида GroEL. Это приводит к расширению полости и увеличение ее гидрофильности (цис-состояние кольца). Каждая субъединица кольца, и на этом основан принцип работы шаперонина, существует по крайней мере в двух структурных формах. Первая реализуется в комплексе с АТР или ADP и характеризуется:

  • высоким сродством к hsp10 (что способствует образованию крышечки)
  • низкой гидрофобностью своей поверхности. Диссоциация лиганда (ADP после гидролиза АТР) индуцирует структурную перестройку со взаимным перемещением трех структурных доменов. При этом теряется сродство к hsp10 (открытие крышки) и на внутреннюю поверхность белка (внутри канала микробиркы) экспонируются гидрофобные группы.

Связывание и гидролиз АТР, диссоциация ADP и соответствующие перестройки происходят синхронно семи субъединиц одного кольца (положительная кооперативнисть в пределах кольца), но два кольца работают по принципу отрицательной кооперативности: первое состояние одного кольца способствует реализации второго состояния в другом кольце. Описанный на предыдущем слайде путь Фолдинг — транс-путь — характерный для относительно небольших белков-мишеней. Для мультидоменные белковых мишеней характерный цис-механизм Фолдинг. В этом случае, как считается, связывание GroES и белка-мишени происходит в противоположных кольцах GroEL. Продуктивный фолдинг длится около 1с, после чего мишень освобождается. И повторно увлекается. Признаки шаперонинов:

Шапероны - ремоделирующие белки, участвующие во многих внутриклеточных событиях и вовлеченные в процессы коррекции структуры белковых клеток. Механизм сворачивания полипептидных цепей. Различные классы шаперонов и функции, которые они выполняют.

Рубрика Биология и естествознание
Вид контрольная работа
Язык русский
Дата добавления 02.05.2016
Размер файла 292,6 K

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Санкт - Петербургский Государственный Университет

Контрольная работа по биохимии

Строение и функции шаперонов

2 курс 205 группа

Было доказано, что в клетке есть белки, которые обеспечивают правильное сворачивание полипептидных цепей в нативную структуру. Они обеспечивают оптимальный фолдинг белков клетки, стабилизируют их нативную конформацию при функционировании и поддерживают структуру и функции внутриклеточных белков при нарушении гомеостаза. Эти белки получили название шапероны. Они выполняют очень важные функции. В этой работе, мы подробнее рассмотрим различные классы шаперонов и функции, которые они выполняют.

Шапероны - ремоделирующие белки, участвующие во многих внутриклеточных событиях и вовлеченные в процессы коррекции структуры белков, предотвращения агрегации неправильно свернутых белков, разрушения белковых агрегатов, а также разворачивания нативных белков-мишеней для транслокации их через мембраны. Также они участвуют в разборке олигомерных структур до мономеров для их дальнейшей протеолитической деградации, и в формировании специфических комплексов и белковых ансамблей.

2. Классы шаперонов

К настоящему времени описано несколько классов шаперонов, которые различаются по структуре и специфическим функциям. Все шапероны являются "белками теплового шока" (heat shock proteins, hsp), синтез которых резко увеличивается во время клеточного стресса.

Шапероны (Ш) классифицируются по массе субъединиц. По характеру выполняемых этими белками функций их можно разделить на два больших семейства - шапероны, или hsp70, и шаперонины, к которым относятся hsp60 и hsp10. Высокомолекулярные шапероны имеют массу от 60 до 110 кД. Среди них наиболее изучены три класса: hsp60, hsp70 и hsp 90. Каждый класс включает семейство родственных белков. Так, в состав hsp70 входят белки с молекулярной массой от 66 до 78 кД. Низкомолекулярные шапероны имеют молекулярную массу от 40 до 15 кД.

Молекулярные шапероны обеспечивают фолдинг примерно половины синтезирующихся внутриклеточных белков. Роль шапероновой системы в сохранности клеточного протеома особенно возрастает в условиях стресса.

Молекулярные шапероны-70 - высококонсервативный класс белков, находящихся во всех отделах клетки: цитоплазме, ядре, эндоплазматическом ретикулуме, митохондриях. На карбоксильном конце единственной полипептидной цепи Ш-70 имеется участок, который представляет собой бороздку, способный взаимодействовать с пептидами длиной от 7 до 9 аминокислотных остатков, обогащенных гидрофобными радикалами. Такие участки в глобулярных белках встречаются примерно через каждые 16 аминокислот. Ш-70 способны защищать белки от температурной инактивации и восстанавливать конформацию и активность частично денатурированных белков.

3. Роль шаперонов в фолдинге белков

"Процесс формирования вторичной и высокоспецифической пространственной структуры белка в ходе его рибосомного синтеза, называемый сворачиванием, или фолдингом (folding), необходим для образования активных и жизнеспособных белков". Некоторые белки в силу особенностей своей аминокислотной последовательности, топологии, размера или функции не способны самопроизвольно организовываться в функциональные трехмерные структуры и проявляют склонность к формированию искаженных (misfolded) структур и к агрегации.

Правильному сворачиванию таких белков обычно способствуют ферменты-фолдазы (например, протеиндисульфиддиизомераза или пептидилпролил-цис-транс-изомераза), катализирующие сборку полипептидной цепи путем образования ковалентных промежуточных комплексов, либо молекулярные шапероны - группа вспомогательных специализированных белков, предохраняющих растущую цепь от ошибочных внутренних и внешних контактов. Белок проявляет стабильность и способность взаимодействовать с другими веществами только если он правильно сложен. Утрата нативной конформации может привести к ряду патологических изменений в организме. Белок, свернутый в нативную структуру более компактный, имеет гидрофобное ядро и гидрофильную поверхность, имеет множество взаимодействий между боковыми группами АК остатков по сравнению с белком в развернутой конформации. Во время синтеза белков, N-концевая область полипептида синтезируется раньше чем С-концевая. Для формирования нативной конформации необходима полная аминокислотная последовательность белка. Правильное сворачивание вновь синтезируемых белков в клетке и белков с частично нарушенной структурой, а также сохранение структуры белков в условиях стресса обусловлено функционированием шаперонов семейств Hsp70, Hsp60 и Hsp90. Фолдинг растущего в процессе трансляции полипептида обеспечивается его взаимодействием сначала с фактором TF, а затем, при достаточном удлинении полипептидной цепи - с системой шаперона Hsp70. В процессе синтеза белков hsp70, благодаря строению их активного центра, способны закрывать склонные к агрегации участки полипептида, обогащенные гидрофобными радикалами аминокислот до завершения синтеза (рис 1А). Синтезированные белки, имеющие на поверхности элементы, характерные для несвернутых молекул, в частности гидрофобные радикалы, попадают в полость шапероновых колец. В специфической среде этих полостей происходит перебор возможных конформаций, пока не будет найдена единственная, энергетически наиболее выгодная (рис. 1Б). Формирование конформаций и высвобождение белка сопровождается гидролизом АТФ в экваториальной области. Обычно такой шаперонозависимый фолдинг требует затрат значительного количества энергии.

Рис. 3 А- вид сбоку; Б - вид сверху

7. Шапероны Hsp100 и дезагрегация белков

8. Малые Hsp-белки

Олигомеры sHsps зачастую проявляют полидисперсность по степени олигомеризации и обладают способностью к быстрому обмену субъединиц, особенно выраженной при повышенных температурах, что рассматривается в качестве ключевого фактора в предотвращении агрегации белка в процессе тепловой денатурации. Недавние исследования показали, что sHsp-белки возможно вносят вклад и в поддержание целостности мембран, особенно, в условиях стресса.

9. Шапероны разных семейств в фолдинге белка

Функционирование шаперонов в клетках прокариот и эукариот не имеет принципиальных отличий. Совокупные пути шаперонзависимого фолдинга белка-мишени в клетке E. coli схематически представлены на рис. 5.

белок клетка полипептидный шаперон

Высвобождающаяся из рибосомного туннеля полипептидная цепь встречается с TF-шапероном, а затем - с системой Hsp70 (DnaK-DnaJ-GrpE) (1), промотирующей фолдинг либо до нативного состояния (NP) (2), либо до белка в частично свернутой конформации (промежуточная форма IP) (3). Завершение фолдинга ненативного полипептида IP может происходить по двум направлениям: путем повторного взаимодействия с системой Hsp70 (4), которое может включать стадию стабилизации белка IP связыванием его с малыми белками теплового шока sHsps (4', 4”), или путем взаимодействия с системой шаперонина Hsp60 (GroEL-GroES) (5). Кроме того, белок IP может агрегировать (6) с образованием формы AgP (эта же форма может образоваться из нативного белка в условиях теплового стресса (7)-(6)) или подвергнуться энергозависимому протеолизу (8). Дезагрегация белка AgP Hsp100-шапероном ClpB в кооперации с системой Hsp70 (9) и последующий рефолдинг развернутого белка (UfP) завершает сворачивание мишени. Считается, что сворачивание белков небольших размеров может осуществляться котрансляционно с участием только фактора TF. Для фолдинга белков среднего размера (25-60 кДа) помимо фактора TF необходима система Hsp70 и, в ряде случаев, шаперонины Hsp60, функционирующие по цис-механизму. В формировании структуры крупных мультидоменных белков участвуют шапероны всех семейств, при этом взаимодействие 12шаперонинов Hsp60 с белком-мишенью происходит по транс-механизму.

Крайне важно подчеркнуть, что кооперация шаперонов разных семейств позволяет не только ремоделировать белки разного размера, но и преодолеть эффектКроме участия в формировании трехмерной структуры белков и ренативации частично денатурированных белков, шапероны также необходимы для протекания таких фундаментальных процессов, как сборка олигомерных белков, узнавание и транспорт в лизосомы денатурированных белков, транспорт белков через мембраны, участие в регуляции активности белковых комплексов.

Механизм сворачивания полипептидных цепей в клетке с образованием функционально активных белков остается одной из центральных проблем молекулярной биологии. В настоящее время стало очевидным, что формирование уникальных пространственных структур значительной части вновь синтезированных полипептидных цепей и функциональных ассоциатов белков требует помощи шаперонов разных семейств. Однако степень интеграции между различными компонентами шапероновых ансамблей остается не до конца выясненной. Поэтому эта тема является актуальной для каждого из нас. Необходимо полностью изучить шапероны, для дальнейшей работы с ними.

1.Гришков М.В //Структурные и функциональные особенности шаперона GroEL.

2.Марченков В. В., Марченко Н. Ю., Марченкова С. Ю., Семисотнов Г. В. // Успехи биологической химии. - 2006.

3.Мельников Э.Э., Ротанова Т.В."Молекулярные шапероны" 2010г.

4.Северина Е.С."Биохимия" 2004

5.Fenton W. A., Horwich A. L., GroEL-mediated protein folding // Protein Sci. - 1997.

6.Lindquist S., Craig E.A., The heat-shock proteins // Annu. Rev. Genet. - 1988.

Подобные документы

Сущность и функции везикулярного транспорта. Процессы эндоцитоза и экзоцитоза. Образование отщепляющейся вакуоли, ее внутриклеточное перемещение. Транспорт белков через аппарат Гольджи. Механизм биосинтеза и секреции белковых и полипептидных гормонов.

презентация [1,3 M], добавлен 23.11.2013

Белки как источники питания, их основные функции. Аминокислоты, участвующие в создании белков. Строение полипептидной цепи. Превращения белков в организме. Полноценные и неполноценные белки. Структура белка, химические свойства, качественные реакции.

презентация [896,5 K], добавлен 04.07.2015

Химический состав клеток, функции внутриклеточных структур, функции клеток в организме животных и растений, размножение и развитие клеток, приспособления клеток к условиям окружающей среды. Положения клеточной теории по М. Шлейдену и Т. Шванну.

презентация [1,3 M], добавлен 17.12.2013

Понятие ферментов как глобулярных белков, которые состоят из одной или нескольких полипептидных цепей. Особенности строения простых и сложных ферментов. Субстратный, аллостерический и каталитический центры в строении простых и сложных ферментов.

презентация [76,4 K], добавлен 07.02.2017

Методика и задачи проведения урока биологии на тему: "Строение клеток", а также формы работы с учащимися. Сравнительная характеристика прокариотических и эукариотических клеток. Структура, назначение и функции основных органоидов клеток живых организмов.

Значение шаперонов в свертывании и развертывании белков

• Конформация молекул белков определяется их первичной структурой. Однако, в большинстве случаев, нативная конформация не возникает самопроизвольно, и необходимо участие шаперонов.

Биологическая активность белков зависит от их третичной структуры. Обычно молекула фермента содержит активный центр, определяющий ее каталитическую активность. Структурный белок, входящий в состав олигомерной субъединицы, обладает сайтами, которые обеспечивают его взаимодействие с другими субъединицами и/или со структурой, выполняющей определенные функции. В любом случае, наиболее существенную роль играет способность белка сворачиваться с образованием нативной структуры.

Этот процесс редко происходит самопроизвольно, и чаще необходимо взаимодействие синтезируемого белка с другими белками. Даже, если нативная структура образуется спонтанно, то это происходит с очень низкой скоростью. Поэтому, в живой клетке, приобретение белком нативной конформации требует участия дополнительных помощников. Белки, способствующие сворачиванию других белков, называются шапероны.

Шапероны узнают участки белковой молекулы, которые скрыты в зрелой конформации, но легко доступны при ее синтезе. Обычно, к числу таких участков относятся типично гидрофобные области, которые агрегируют внутри молекулы зрелого белка. При синтезе белок сходит с рибосомы в виде линейной молекулы, состоящей из аминокислот, и шапероны узнают способные к агрегации участки.

Обратимо связываясь с этими участками, шапероны предотвращают случайные взаимодействия в белковой цепи, и позволяют молекуле укладываться только таким образом, который обеспечивает формирование нативной структуры.

Шапероны также участвуют в процессах удаления из клетки поврежденных молекул. При нарушении структуры белка, например при воздействии высокой температуры, меняется его конформация. При этом открываются те же области (обычно гидрофобные), которые во время синтеза были доступны для шаперонов.

Эти области становятся маркерами, позволяющими выявить поврежденный белок и отметить его для деградации.

Шапероны находятся во всех компартментах клетки. В цитозоле они обеспечивают сворачивание молекул белков по мере их синтеза на рибосомах. В люмене органелл они способствуют укладке нативной структуры белков по мере их прохождения через мембрану.

Классификация белков

Классификация белков

Редактор: Искандер Милевски. Дата обновления публикации: 18.3.2021


Белки – один из важнейших компонентов всех живых организмов, представляет собой последовательность α-аминокислотных остатков, соединенных пептидными связями в полипептидную цепь. Традиционно выделяют четыре уровня структурной организации белка – первичную, вторичную, третичную и четвертичную. Причем свои функции белки могут выполнять, только находясь в уникальной нативной конформации. Учеными доказано, что в клетке есть специальные белки, которые обеспечивают правильное сворачивание полипептидных цепей в нативную структуру. Они обеспечивают оптимальный фолдинг белков клетки, стабилизируют их нативную конформацию при функционировании и поддерживают структуру и функции внутриклеточных белков при нарушении гомеостаза [2]. Эти белки получили название шапероны . Таким образом, шапероны - ремоделирующие белки, участвующие во многих внутриклеточных реакциях и вовлеченные в процессы коррекции структуры белковых клеток.

В соответствии с молекулярной массой все шапероны можно разделить на 6 основных групп:

высокомолекулярные, с молекулярной массой от 100 до 110 кД;

Ш-90 - с молекулярной массой от 83 до 90 кД;

Ш-70 - с молекулярной массой от 66 до 78 кД;

низкомолекулярные шапероны с молекулярной массой от 15 до 30 кД.

Среди шаперонов различают: конститутивные белки (высокий базальный синтез которых не зависит от стрессовых воздействий на клетки организма), и индуцибельные, синтез которых в нормальных условиях идёт слабо, но при стрессовых воздействиях на клетку резко увеличивается. Индуцибельные шапероны относят к "белкам теплового шока", быстрый синтез которых отмечают практически во всех клетках, которые подвергаются любым стрессовым воздействиям. Название "белки теплового шока" возникло в результате того, что впервые эти белки были обнаружены в клетках, которые подвергались воздействию высокой температуры.

Помимо этого, белок шаперон играет роль в регенерации. Он борется с первопричиной старения кожи. Вырабатываясь в клетках кожи, шапероны способствуют нормальной укладке белка в стабильные четвертичные структуры. На основе белка теплового шока уже создаются новые поколения геля с шаперонами, которые помогают коже получить недостающий белок, т.к. выработка шаперонов уменьшается с возрастом.

Другие типы шаперонов участвуют в транспортировке веществ сквозь мембраны, например в митохондриях и эндоплазматическом ретикулуме у эукариот.

Кроме того, продолжают обнаруживаться новые функции шаперонов, например, участие в разрушении белка, в реакциях на заболевания, связанные с агрегацией белка: муковисцидоза и лизосомных болезней накопления, а также нейродегенеративных расстройств, таких как болезнь Альцгеймера, Хантингтона и Паркинсона. Остановимся подробнее на роли белков-шаперонов в нейродегенеративных растройствах.

Потенциальной предпосылкой развития нейродегенеративного заболевания является наличие генетической предрасположенности. В этом процессе участвуют различные факторы стресса на протяжении всего онтогенеза организма. Нейродегенеративные заболевания связаны с изменениями пространственной структуры белковой молекулы. Механизм возникновения различных патологий основан на агрегации белков с измененной пространственной структурой, а за правильное сворачивание белка и предупреждение агрегации в клетке отвечают различные молекулярные шапероны, как это было отмечено выше. Кроме этого шапероны исправляют и сворачивают мутантные белки на протяжении всей жизни, но по мере старения организма мутантных белков становится все больше и больше. Они запускают реакцию агрегации, в результате которой образуются патологические белковые скопления. В частности при болезни Альцгеймера происходит дегенерация нейронов центральной нервной системы. Накапливается бета-амилоидный белок и тау-белок, что в сумме приводит к нарушениям в синоптической передаче импульсов между нейронами [1].

Таким образом, шапероны играют важную роль в жизнедеятельности организма, участвуя в фолдинге белка, а также исправляя на своем уровне неправильно собранные. Понимание механизма работы шапероны и детальное изучение их роли в развитии различных заболеваний может позволить ученым найти эффективные методы их лечения.

Список литературы

Гришкова М.В., Кутузова Н.М. Роль молекулярных шаперонов в развитии нейродегенеративных заболеваний (обзор литературы)/ М.В. Гришкова, Н.М. Кутузова// Земский врач. – 2013. - №2(19). – С.26-28.

Казакова П.А., Баринова П.О., Евтушенко Я.А., Ульяновская О.С. Фолдинг белка/ П.А. Казакова, П.О. Баринова, Я.А. Евтушенко, О.С. Ульяновская, А.И. Попов, Е.Е. Толмачева// Бюллетень северного государственного медицинского университета. – 2017. – №2(39). – С. 75-76.

Мельникова Э.Э., Ротанова Т.В. Молекулярные шапероны/ Э.Э. Мельникова, Т.В. Ротанова// Биоорганическая химия. – 2010. - Т.36, №1. – С. 5-14.

Читайте также: