Фолдинг

Некоторые белки способны самопроизвольно принимать конформацию зрелого состояния – самосборка. Самособирающийся белок способен сам сворачиваться в акнивную форму из неактивной.

Некоторые белки не способны к самостоятельному формированию правильной пространственной структуры, не обладают способностью к самосборке. Формирование активнойконформации требует участия шаперонов – специальных белков, определяющих правильную конформацию белков-мишеней. Это происходит за счет влияния шаперонов на процесс сворачивания. Фолдинг обычно происходит посредством взаимодействия м/д несколькими контактными поверхностями. Как правило, эти поверхности несут, выступающие наружу гидрофобные радикалы, кот.формируют гидрофобное ядро белка. 2 группы шаперонов: 1. Белки теплового шока – HSP70, кол-во кот. резко возрастает при действии повышенных температур., имеют 2 домена – N-концевой/АТФ-азная активность, С-концевой/взаимодействует с субстратом, связываясь с белком, предохраняют его от расщипления протеазами, потом сбрасываются, на что необходима энергия АТФ. 2. Система шапероновHSP60, GroEL/GroES, TRiC – комплекс в виде цилиндра с крышечкой, взаимодействуют с белками-мишенями облепленными шаперонами гр.1 путем их заключения в свою полость.

Ограниченный протеолиз – процесс ферментативного разложения белков, кот.катализируется протеазами. Протеаза специфически разрывает 1 или несколько пептидных связей в белке-мишени. Далее разрыв 1ой связи приводит к изменению функционального состояния.

Пример: инсулин сосоит из 2х полипептидных цепей А и В, кот.соединены S=S мостиками. Синтезируется в виде преинсулина, сост. из А и В связанных пептидом С. В ходе процессинга отщипляется 24 аминокислоты, превращаясь в проинсулин. Далее еще 2 доп. Разреза полипептидной цепи дают 2 активные цепи связанные S=S мостиками.

В ряде случаев несколько структурно и функционально различных белков синтезируются первоначально как одна полипептидная цепь большой длины, отдельные участки кот.независимо др. от др. сворачиваются в белковые глобулы, образуя полипротеин. В дальнейшем происходитразрезание специфическими протеазами пептидных перетяжек м/д отдельными глобулами, после чего полученные протеины функционируют независимо. Так разделяются компоненты полипротеина ВИЧ.

Многие ферменты синтезируются в виде неактивных предшественников – проферментов/зимогенов. В этом случае пептидная цепь фермента удлинена на несклькоа.к. остатков с N-конца – активационный пептид, протеолитическое отщипление кот.превращает его в активную протеиназу. Для предшественников панкреатических сериновыхпротеиназ: трипсиногена, химотрипсина.

Химическая модификация. Добавление небольших химических группировок к а.к. (ацетильных, метильных, фостатных), к концевым (амино, карбоксильных групп).

Гликозилирование – ковалентное присоединение углеводного компонента. О-связанное – присоединение углеводных остатков через ОН-группы серина и треонина. N-связанное – присоединение углеводного компонента через NH3-группу аспартата белковых цепей.

Ацилирование – присоединение пептидных цепей к остаткам серина и треонина. Характерно для белков ассоциированных с мембраной.

Интеиновыйсплайсинг. Созревая до функционально активного белка, полипептид может утрачивать отдельные участки этой последовательности. Удаление участков и есть сплайсинг. Удаленные участки называют интеинами, остальные участки, составляющие зрелый белок, называют экстеинами. Интеин катализирует свой собственный выход из белка, т.е. не требует затрат энергии. Весь процесс состоит в наборе перестроек химических связей, при этом экстеины смыкаются др. с др.

Транспорт белков. Котрансляционный и посттрансляционный транспорт. SRP-частица, строение.Транслокон ЭПР. Состав, особенности строения и функционирования. Особенности транспорта мембранных белков и секреторных белков. Дальнейшие пути транспорта белковых молекул. Сеть аппарата Гольджи, танспортные везикулы (COPI, COPII, клатриновые везикулы)

Транспорт

Синтезируемые в цитоплазме эукариотической клетки белки должны транспортироваться в разные органоиды клетки: ядро, митохондрии, эндоплазматический ретикулум (ЭПР), аппарат Гольджи, лизосомы и др., а некоторые белки должны попасть во внеклеточную среду. Для попадания в определённый отдел клетки белок должен обладать специфической меткой. В большинстве случаев такой меткой является часть аминокислотной последовательности самого белка (лидерный пептид, или сигнальная последовательность белка), но в некоторых случаях меткой служат посттрансляционно присоединённые к белку олигосахариды.

Транспорт белков в ЭПР осуществляется по мере их синтеза, так как рибосомы, синтезирующие белки с сигнальной последовательностью для ЭПР, «садятся» на специальные белки на его внешней мембраны. Из ЭПР в аппарат Гольджи, а оттуда в лизосомы и на внешнюю мембрану или во внеклеточную среду белки попадают путём везикулярного транспорта. В ядро белки, обладающие сигналом ядерной локализации, попадают через ядерные поры. В митохондрии и хлоропласты белки, обладающие соответствующими сигнальными последовательностями, попадают через специфические белковые поры-транслокаторы при участии шаперонов.

Протеолиз. Лизосомальныйпротеолиз. Ферменты лизосом, особенности формирования лизосом. Микроаутофагия и макроаутофагия. Эндоцитоз. Цитоплазматический протеолиз. Протеолитические ферменты цитоплазмы (каспазы, кальпаины). Убиквитин-зависимый протеолиз. Протеасома, строение, особенности функционирования.

Деградация

Убиквитин-зависимая. Убиквитин-зависимая система протеолиза проводит поиск потенциальной мишени для протеолитической деградации среди внутриклеточных белков. Белки несут специфические сигналы деградации по аналогии с сигнальными последовательностями, которые направляют вновь синтезируемые белки к определенныммикрокомпартментам клетки. Сигналы протеолитической деградации более сложные и разнообразные, так как с их помощью не только маркируются белки, удаляемые с помощью протеолиза, но и определяется время удаления и скорость их протеолитического расщепления. Для распознавания и декодирования таких сигналов в клетках эукариот имеется убиквитин-конъюгирующая система.

Как в ядре, так и в цитоплазме эта система отделена пространственно и функционально от протеолитических ферментов, организованных в протеасомы.

Распознанные данной системой белки-субстраты маркируются путем ковалентного присоединения к ним молекул стабильного 76- звенного белка - убиквитина. Убиквитин соединяется C-концом с боковыми остатками лизина в субстрате. Наличие такой метки в белке является первичным сигналом сортировки, направляющей образовавшиеся конъюгаты к протеасомам. В большинстве случаев к субстрату присоединяется несколько молекул убиквитина, которые организованы в виде бусинок на нитке. Молекулы белков, содержащие убиквитин, по-видимому, являются для протеасом предпочтительными субстратами.

Конъюгацию убиквитина с субстратом можно представить следующим образом. Убиквитин-активирующий фермент (E1) связывает убиквитин, гидролизует ATP и образует тиоэфирную связь между AMP и убиквитином с последующим переносом молекулы убиквитина на один из своих остатков Cys. Молекула активированного убиквитина далее соединяется с одним из ферментов семейства убиквитин-конъюгирующих ферментов (E2) и часто вслед за этим с убиквитин-лигазой (E3). Процесс конъюгации убиквитина с субстратом может катализироваться как самим E2, так и E2 совместно с E3.

Убиквитин-независимая. Если третичная структура белков не может быть восстановлена, они разрушаются клеткой. Ферменты, осуществляющие деградацию белков, называются протеазами. По месту атаки молекулы субстрата протеолитические ферменты делятся на эндопептидазы и экзопептидазы:

· Эндопептидазы, или протеиназы, расщепляют пептидные связи внутри пептидной цепи. Они узнают и связывают короткие пептидные последовательности субстратов и относительно специфично гидролизуют связи между определёнными аминокислотными остатками.

· Экзопептидазыгидролизуют пептиды с концов цепи: аминопептидазы — с N-конца, карбоксипептидазы — с С-конца. Наконец, дипептидазы расщепляют только дипептиды.

По механизму катализа Международный союз по биохимии и молекулярной биологии выделяет несколько классов протеаз, среди них сериновые протеазы, аспарагиновые протеазы, цистеиновые протеазы и металлопротеазы

Аутофагия — это процесс деградации долгоживущих биомолекул, в частности, белков, а также органелл в лизосомах (у млекопитающих) или вакуолях (у дрожжей). Аутофагия сопровождает жизнедеятельность любой нормальной клетки, но стимулами к усилению процессов аутофагии в клетках могут служить нехватка питательных веществ, наличие в цитоплазме повреждённых органелл и, наконец, наличие в цитоплазме частично денатурированных белков и их агрегатов.

Различают три типа аутофагии: микроаутофагию, макроаутофагию и шаперон-зависимую аутофагию.

При микроаутофагии макромолекулы и обломки клеточных мембран захватываются лизосомой. Таким путём клетка может переваривать белки при нехватке энергии или строительного материала (например, при голодании). Но процессы микроаутофагии происходят и при нормальных условиях и в целом неизбирательны. Иногда в ходе микроаутофагии перевариваются и органоиды; так, у дрожжей описана микроаутофагияпероксисом и частичная микроаутофагия ядер, при которой клетка сохраняет жизнеспособность.

При макроаутофагии участок цитоплазмы (часто содержащий какие-либо органоиды) окружается мембраннымкомпартментом, похожим на цистерну эндоплазматического ретикулума. В результате этот участок отделяется от остальной цитоплазмы двумя мембранами. Такие двухмембранные органеллы называются аутофагосомами. Аутофагосомы сливаются с лизосомами, образуя аутофаголизосомы, в которых органеллы и остальное содержимое аутофагосом перевариваются. Видимо, макроаутофагия также неизбирательна, хотя часто подчёркивается, что с помощью неё клетка может избавляться от «отслуживших свой срок» органоидов (митохондрий, рибосом и др.).

Третий тип аутофагии — шаперон-зависимая. При этом способе происходит направленный транспорт частично денатурированных белков из цитоплазмы сквозь мембрану лизосомы в её полость, где они перевариваются. Этот тип аутофагии, описанный только у млекопитающих, индуцируется стрессом