Шапероны
Функции шаперонов.
Функции, приписываемые шаперонам, весьма широки.
1)Прежде всего это, обеспечение правильного фолдинга новообразованных белков.
В данной функции есть несколько аспектов.
а) Так, до того, как большинство гидрофобных аминокислотных радикалов уйдет внутрь белковой частицы, они могут вступить во взаимодействие с аналогичными радикалами других пептидных цепей. Иначе говоря, до окончания фолдинга возможна агрегация новосинтезированных белковых молекул. Случившись же, такая агрегация и воспрепятствовала бы дальнейшему фолдингу этих молекул, и создала бы ненужный балласт в клетке.
Предупреждение агрегации новых белков, т.е. предупреждение «неправильных» внешних взаимодействий в ходе фолдинга — одна из важнейших задач шаперонов.
б) Другая сопряженная задача — предупреждение «неправильных» внутренних (в пределах одной пептидной цепи) взаимодействий.
в) Третий аспект той же функции — лабилизация «неправильных» слабых связей (если они все-таки образовались) с тем, чтобы пептидная цепь не оказывалась зафиксирована в «неправильной» конформации, а могла достичь наиболее оптимальной. Очевидно, здесь — прямое сходство с функциям обеих фолдаз, но только речь идет о лабилизации не ковалентных, а слабых связей.
Все вместе это и означает «обеспечение правильного фолдинга». Говоря это, под фолдингом понимают не только сворачивание пептидной цепи, но и (в случае олигомерных белков) связывание друг с другом субъединиц в четвертичную структуру.
2) Следующая функция шаперонов — контроль за рефолдингом. Имеется в виду, что под действием самых разных причин (перегрева, облучения, действия оксидантов и т. д.) белки, относительно давно синтезированные и до того успешно функционировавшие, могут терять свою нативную конформацию. Иначе говоря, частично или полностью денатурировать, что, как мы уже отмечали, сопровождается склонностью к агрегации.
Так вот, видимо, такие белки в клетке могут подвергаться рефолдингу (или ренатурации)— при активной помощи шаперонов.
Причем синтез шаперонов значительно возрастает, если клетка относительно долго пребывает в стрессовых условиях. Это показано, в частности, для бактерий(Е.coli): инкубация их (температуре 42°С приводит к резкому увеличению т. н. белков теплового шока, которые являются ничем иным как шаперонами.
Аналогичный эффект наблюдается и у эукариот. Поэтому у тех и у других шапероны часто обозначаются буквами Hsp (от английского: heat
shock proteins — белки теплового шока).
Что нужно для обеспечения этими белками рефолдинга?— практически то же, что и для обеспечения фолдинга: предупреждение агрегации и лабилизация связей пространственной структуры. Тогда пептидная цепь получит возможность вновь найти нативную (и энергетически наиболее выгодную) конформацию.
3) Третья функция шаперонов—участие в некоторых видах внутриклеточного транспорта белков: в частности, в лизосомы (для белков, «отслуживших» свой срок и не поддающихся рефолдингу) и в митохондрии.Чем вызвано участие шаперонов в переносе «старых» белков в лизосомы? Очевидно, опять-таки необходимостью предупредить агрегацию.
В митохондрии переносятся, напротив, новосинтезированные белки, за счет собственной активности митохондрий синтезируется только 5% их белков; остальные белки поступают из цитозоля, где образуется на видных рибосомах.
Фолдинг же этих остальных (95 %) белков откладывается до момента, пока они не окажутся внутри митохондрий.
Это объясняется тем, что пептидной цепи гораздо легче проникнуть через липидные слои мембран (а у митохондрий мембран целых две), если она находится в развернутом состоянии и гидрофобные радикалы не спрятаны внутрь частицы.
Что же делают шапероны? — Те из них, которые находятся вне митохондрий, сразу связываются с продуктами трансляции поддерживают их в развернутом состоянии (в состоянии пребелков) до контакта с митохондриальными мембранами. Иначе говоря, эти шапероны предупреждают преждевременный рефолдинг.
Другие же шапероны (находящиеся внутри митохондрий) принимают «гостей» и помогают им принять нативную форму.
4)Четвертая функция — поддержание ряда белков в oпределенной конформации, в состоянии как бы незавершенного фолдинга. В этом случае, очевидно, шапероны не теряют связи с соответствующим белком после его сворачивания.
Примером может служить локализующийся в цитоплазме белковый рецептор к гликокортикоидным гормонам. В отсутствие этих гормонов он связан с комплексом шаперонов (Hsp- белков теплового шока). В таком состоянии у рецептора закрыта (экранирована) т. н. ядерная метка — та часть пептидной цепи, которая необходима для проникновения белка внутрь ядра.
После же связывания гликокортикоидов белки Hsp, диссоциируют, фолдинг завершается и ядерная метка оказывается на поверхности. Поэтому рецептор проникает в ядро, переходит в димерную форму и связывается с определенным участком ДНК.
Второй пример — содержащиеся в ядре рецепторы к другим стероидным гормонам — эстрогенам и прогестерону. Эти белки тоже связаны с шаперонами (Hsp). Но теперь незавершенность фолдинга приводит не к блокированию ядерной мембраны (комплекс, как сказано, находится в ядре), а к неспособности связываться с ДНК.
Опять-таки, присоединение соответствующего гормона вызывает диссоциацию шаперонов, изменение структуры рецептора и связывание последнего с нужным локусом ДНК.
Как же выполняют шапероны все эти многочисленные функции? Надо думать, механизмы действия шаперонов различны — как разнообразны, вероятно, и сами шапероны.
Рассмотрим некоторые наиболее изученные системы, ответственные за выполнение, по крайней мере, двух первых вышеперечисленных функций, т. е. за фолдинг новообразованных и рефолдинг поврежденных белков.